CONSIDERACIONES PARA TOMAR EN CUENTA CUANDO SE CONCIBEN SÓTANOS AL LADO DE EDIFICIOS EXISTENTES

Actualmente la densidad poblacional y el aumento de la migración a las capitales han inducido a la verticalidad estructural y con ello a la generación de estructuras con soterrados, los cuales en su generalidad son utilizados para parqueos. La alta sensibilidad de los edificios vecinos a los movimientos y tensiones producidas en sus cimentaciones unidos a la falta de medios y criterios de cálculo que sufren los profesionales que deben diseñar estos sistemas de contención, producen, cada vez con más frecuencia, afectaciones inaceptables durante el proceso de construcción.

Excavar un terreno siempre es complejo, pero lo es aún más en un entorno urbano. La ejecución de cualquier contención de tierras produce, entre otros efectos, movimientos en el terreno situado en el perímetro, el cual, en el ámbito urbano, suele estar ocupado por edificaciones sensibles a estos movimientos.

La ejecución de excavaciones contenidas por pantallas para la construcción de sótanos produce deformaciones en los terrenos de su entorno. Estas deformaciones, que pueden ocasionar alteraciones en los edificios y servicios colindantes, deben ser conocidas con la mayor precisión posible durante el proyecto, controladas con cuidado durante la ejecución de la obra e, idealmente, durante un cierto tiempo después de la puesta en servicio del edificio.

Al momento de concebir una edificación con sótano se deben tomar las siguientes previsiones:

Las excavaciones de las estructuras se realizarán en suelos o en rocas.
Las excavaciones generarán deformaciones a las estructuras colindantes.
Se deberán realizar entibaciones antes de realizar dichas excavaciones para sótanos.

Es por esto que, antes de realizar cualquier edificación que contemple la realización de un sótano, se deben ejecutar estudios previos como un Estudio Geotécnico, que nos permita analizar las características geológicas, las propiedades físicas y mecánicas del subsuelo y áreas adyacentes al proyecto, este estudio en su alcance debe incluir según lo establecido en el Reglamento para Estudios Geotécnicos en Edificaciones (R-024) lo siguiente:

Un análisis de Estabilidad de Talud, considerando todos los posibles mecanismos de fallas o líneas de falla, y el factor de seguridad a largo plazo deberá ser mayor a 1.5.

Determinar las deformaciones que serán inducidas a las estructuras adyacentes de acuerdo con la estratigrafía del sitio, los parámetros elásticos y la resistencia del suelo a deformarse. Las deformaciones horizontales (εh) y las distorsiones angulares (β) deberán ser menores a εh<0.15% y β<0.20%.

Recomendaciones para mitigar los efectos de las excavaciones a estructuras adyacentes, de ser necesario, que podrá incluir sin ser limitativo al uso de anclajes activos, inyecciones de compensación en las zapatas y otros métodos de pre-soporte y monitoreo de asentamientos en las estructuras adyacentes.

En este sentido, todo lo que ocurra en las estructuras existentes producto de las excavaciones realizadas para la construcción de sótanos es responsabilidad del dueño de la construcción y debe reparar los daños, y en caso de colapso de las estructuras debe construirla nuevamente.

Por lo general, el análisis de estabilidad de taludes se desarrolla con métodos de equilibrio limites (MEL) y métodos de elementos finitos (MEF). Los métodos de equilibrios límites recomendados para realizar la evaluación son el Método de Bishop Modificado, Janbu o el Método de Spencer; la evaluación en nuestro país debe contemplar las condiciones estática y dinámica por fuerzas sísmicas.

A manera de reflexión en la actualidad han ocurrido algunos deslizamientos producto de excavaciones de estructuras soterradas, entre ellas y relevantes, la ocurrida en Los Prados y en la calle Leopoldo Navarro Esq. Av. Simón Bolívar, Gazcue.

De acuerdo con las evaluaciones postevento realizadas, han ocurrido por:

Cambio de estado de humedad debido a las lluvias constantes y a la vez, debilitamiento de las caras de los taludes, aumento de las presiones intersticiales y disminución de su resistencia al cortante.

Acciones externas que no fueron consideradas en su análisis, como el peso y vibraciones del tránsito, erosiones superficiales y meteorización de la roca.Por dejar excavaciones abiertas durante un largo período cuando fueron analizadas a corto plazo.

Es por ello por lo que se insta a tomar en cuenta, todos estos factores cuando se realizan las excavaciones para soterrados y sobre todo las condiciones no previstas para el análisis de estabilidad.

AISLADORES SÍSMICOS

Uno de los aspectos que representa el presente y el futuro de la ingeniería sismorresistente lo es sin duda el uso de aisladores sísmicos. El efecto mágico de estos nos permite garantizar la integridad de nuestras edificaciones esenciales principalmente y habitacionales o de cualquier índole.

Los aisladores sísmicos son elementos elastómeros empleados en estructuras para flexibilizar estructuras y así disminuir los daños debido a los sismos. Estos tienen gran capacidad elástica, y generalmente se ubica entre la cimentación y la estructura, disminuyendo la cantidad de movimiento cuando se presente un evento sísmico a diferencia los edificios con base fijan los cuales reciben las vibraciones sísmicas que pueden afectar de manera negativa a las estructuras.

La garantía de prácticamente cero daños después del terremoto esperado, garantizando no solo la vida de sus ocupantes, sino también la edificación, nos da la oportunidad de diseñar estructuras modernas, a un costo competitivo en el mercado dado que se compensa con una reducción considerable en las dimensiones de los elementos estructurales, así como, de su cuantía de acero, que se puede llegar a reducir a un 30% de la requerida por los cálculos convencionales,

Lo anteriormente expresado se justifica, porque los aisladores alteran las características dinámicas de las estructuras, por su flexibilidad, el periodo de vibración se amplía y sus aceleraciones bajan considerablemente, por lo que las fuerzas que se producen durante un terremoto, se reducen de manera importante. Estos altos periodos provocan grandes desplazamientos, pero se dan en su mayoría en el dispositivo de aislamiento, provocándolos mucho menores en la estructura.

Los aisladores sísmicos fueron pensados para no transmitir los movimientos horizontales de un sismo producidos en la base de la estructura. Los aisladores no son diseñados para los movimientos verticales que se producen en un sismo, puesto que estos movimientos son menores que los horizontales.
No obstante, a su ventaja ante vibraciones horizontales, estos son limitados por efectos torsionales en la estructura, alteraciones de las vibraciones en la interacción suelo-estructura, temperatura y las tracciones en los elementos que se apoyan en ellos debido al vuelco que puede producirse en la estructura.
Existen varios tipos de aisladores sísmicos, algunos de los que podemos mencionar son:

Aisladores con soportes de goma y láminas de acero
Aisladores con sistema de fricción pendular
Aisladores con apoyos basculantes
Aisladores con deslizadores friccionales
Aisladores compuestos por resorte y amortiguadores

La empresa de Dynamic Isolator Systems (DIS), fabrica los aisladores más probados y confiables del mundo, utilizados en zonas de alta sismicidad como son San Francisco, Tokio, Estambul, Turquía, Chile, Colombia, México y recientemente en República Dominicana. Estos aisladores admiten deformaciones mayores a 1.00 metros y permiten resistir cargas de hasta 4000 toneladas.

Dentro de las estructuras que pueden ser protegidas por aisladores sísmicos están los hospitales, centros de emergencia, escuelas, universidades, puentes, edificios históricos, gubernamentales, corporativos. En definitivo toda estructura que sea esencial para atender emergencias, mantener el orden y las que resguardan la vida de una cantidad considerables de vidas humanas o que resguarden sustancias o elementos que puedan poner en riesgo la vida de personas.

En la República Dominicana se ha implementado el uso de aisladores sísmicos en el Hospital San Vicente de Paul, en San Francisco de Macorís, también de nuestra autoría, primer edificio de la República Dominicana en contar con aisladores sísmicos para la disipación de la energía sísmica, 123 aisladores y deslizadores combinados. Este proyecto marca el inicio de lo que muchos ingenieros proponemos, la utilización de los aisladores sísmicos para todos nuestros hospitales y escuelas ya que estos son los que resisten la mayor importancia a la hora de una emergencia.

AMORTIGUADORES SÍSMICOS
En nuestro país, el único edificio que contiene amortiguadores viscosos es Novo-Centro. Este cuenta con 72 amortiguadores viscosos.

Los amortiguadores sísmicos también conocidos como disipadores sísmicos o dampers tienen como función principal disipar las acumulaciones de energía asegurándose que otros elementos de la estructura no sean sobre solicitados, evitando daños a la estructura. Estos funcionan incrementando el amortiguamiento de la estructura recibiendo así la energía producida por los movimientos sísmicos.

Dentro de los amortiguadores más utilizados en la ingeniería civil están los amortiguadores viscosos de fluidos viscosos, tanto en edificios, puentes y otras estructuras. Estos son dispositivos hidráulicos que cuando se golpean, disipan la energía depositada en una estructura por algún evento sísmico, fuertes vientos o movimientos térmicos. El funcionamiento de estos se basa en la transformación de la energía cinética del movimiento de la estructura y luego la convierte en calor mediante un pistón, un vástago de pistón y un tubo cilíndrico para después la disipa en el aire.

La resistencia de estos amortiguadores depende del flujo de material viscoso dentro de la cámara del tubo cilíndrico y el tamaño de estos es lo que determina el comportamiento del amortiguador por lo que su mantenimiento es de suma importancia para garantizar que estos funcionen correctamente a la hora de que ocurra un evento sísmico.

Existen diferentes aplicaciones de estos sistemas, estos pueden ser:

Estabilizador amortiguado: Los sistemas de estabilizadores son comúnmente para aplicaciones de viento usadas en edificios altos para proporcionar rigidez lateral al edificio conectando el núcleo rígido del edificio a las columnas perimetrales.

Amortiguación de acción directa: Un sistema de amortiguadores de acción directa es cuando los amortiguadores viscosos fluidos se integran en la estructura de un edificio o puente para ayudar a absorber energía debido al viento, los eventos sísmicos o la actividad peatonal.

Sistemas de aislamiento base: El aislamiento de base es un método de protección sísmica en el que la estructura (superestructura) se separa de la base (base o subestructura).

Estos disipadores de energía sísmica son ampliamente utilizados en la ingeniería estructural ya que proporcionan una mayor seguridad a las edificaciones y por consecuencia un mejor desempeño ante eventualidades de gran impacto como son los terremotos. Se utilizan mayormente para estructuras nuevas siendo las estructuras de acero las que mejor se adaptan por su forma de instalación, aunque también se han utilizado en estructuras nuevas de concreto cuando los aisladores sísmicos no pueden utilizarse. También tienen un amplio uso en los reforzamientos de estructuras existentes siempre y cuando el material que compone la estructura lo permita.

in lugar a duda estos dispositivos de control sísmico tanto los aisladores como los amortiguadores son lo que se considera la última tecnología de estos tiempos en la ingeniería sismoresistente, pero siempre como profesionales debemos ser conscientes de sus ventajas y desventajas o limitantes para recomendar o proponer su uso sabiendo que lo más importante a la hora de diseñar una estructura ya sea un edificio, un puente o cualquier otra obra de la ingeniería es que esta se mantenga en pie ante cualquier eventualidad resguardando la vida. Al concluir estos temas, reflexivos unos, de aporte y/o propuestas otros y de avances de la ingeniería sismorresistente al día, espero este compartir nos muestre nuestra actualidad en cuanto a la práctica de la ingeniería de uso diario, así como algunas preocupaciones hacia la preservación de la vida y de nuestras propiedades a la hora de pensar en edificaciones más seguras, actuales, futuristas y resilientes.

 

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Autor: Construmedia