Protegiendo lo Invisible: Estrategias de Diseño y Patologías de los ENE 4/5
- Ing. Javier Bobadilla
- 12 jun
- 6 Min. de lectura
Actualizado: 16 jun
Sección : Elementos no estructurales 4/5
Una vez que las fuerzas sísmicas han sido calculadas para los Elementos No Estructurales (ENE), el siguiente paso crítico en el proceso de diseño es definir la estrategia de interacción entre estos y la estructura principal.
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La elección de la estrategia y el material no solo impacta la seguridad, sino también la viabilidad constructiva y el costo del proyecto. La mampostería, por ejemplo, es un material omnipresente en la construcción colombiana debido a su economía y facilidad de uso. Sin embargo, si no se diseña y construye adecuadamente, esta misma popularidad puede convertirse en un factor de riesgo significativo, llevando a fallas y patologías que comprometen la seguridad del edificio y de sus ocupantes.
¿Por qué es tan importante establecer estrategias de diseño de elementos no estructurales ?
la importancia de definir estrategias de diseño para elementos no estructurales radica en la necesidad de ir más allá de la mera fijación individual de componentes. No se trata solo de anclar una luminaria o un cielo raso, sino de implementar un enfoque sistemático que aborde cómo estos elementos interactúan con la estructura principal y entre sí durante un evento sísmico. Una estrategia bien definida considera las deformaciones esperadas del edificio, la amplificación de las aceleraciones en diferentes niveles y la ductilidad de las conexiones, permitiendo que estos elementos se muevan con la estructura o se desacoplen de manera controlada para evitar fallas frágiles. Sin estas estrategias, se corre el riesgo de que incluso elementos bien anclados individualmente fallen debido a la falta de coordinación con el comportamiento global del edificio, lo que puede resultar en daños extensos, interrupción funcional y peligro para los ocupantes.
Además, el desarrollo de estrategias de diseño para elementos no estructurales es fundamental para la resiliencia operativa y la reducción de pérdidas económicas post-sismo. Un edificio puede mantener su integridad estructural, pero si sus sistemas vitales (como ascensores, sistemas HVAC, tuberías contraincendios o equipos de telecomunicaciones) fallan, la edificación queda inoperable. Al establecer estrategias claras que incluyan el uso de dispositivos sísmicos específicos, la separación adecuada entre elementos y la consideración de rutas de evacuación libres de obstáculos, se minimiza el tiempo de inactividad y los costos de reparación. Esto no solo protege la inversión inicial, sino que también garantiza que funciones críticas puedan reanudarse rápidamente, lo que es vital para la recuperación de una ciudad tras un terremoto.
Análisis en Profundidad
La NSR-10, en su Título A.9.4, ofrece dos estrategias principales que el diseñador de ENE puede adoptar para asegurar su comportamiento adecuado durante un sismo:
Separación de la estructura: Esta es una estrategia ampliamente utilizada. Consiste en aislar lateralmente los ENE de la estructura principal mediante una separación suficiente, conocida como "dilatación" o "junta de dilatación". La idea es que la estructura pueda deformarse bajo las cargas sísmicas sin afectar adversamente a los ENE. Los ENE, a su vez, deben ser capaces de resistir por sí mismos las fuerzas inerciales impuestas por el sismo, y sus anclajes deben transferir estas fuerzas horizontales a la estructura. Detalles constructivos clave incluyen juntas de 1 a 1.5 cm, rellenadas con materiales compresibles (como icopor o espuma sintética) o selladores (como poliuretano o sismoflex). La colocación de un elemento aislante para la varilla de refuerzo en el extremo superior de los muros es crucial para darles mayor longitud libre y permitir la deformación lateral mientras se soporta el muro. Pruebas de laboratorio han demostrado que muros con este aislamiento pueden soportar desplazamientos significativos sin daño.
Disposición de elementos que admiten las deformaciones de la estructura: En este enfoque, los ENE están en contacto directo con la estructura y, por lo tanto, deben ser lo suficientemente flexibles para resistir las deformaciones que la estructura les impone. El daño en los ENE no debe superar el grado de desempeño prefijado. Este criterio requiere un diseño más complejo que asegure la flexibilidad y compatibilidad de deformaciones entre el ENE y la estructura principal.
Materiales Comunes: La Mampostería En Colombia, las unidades de mampostería son el material que generalmente ocupa la mayor área en las construcciones. Son populares por su costo, facilidad de uso y accesibilidad. Empresas como Ladrillera Santafé fabrican bloques estructurales, no estructurales y de fachada que cumplen con las Normas Técnicas Colombianas (NTC). Los bloques más utilizados para muros divisorios, por ejemplo, son el Bloque No. 4 y el Bloque No. 5, con variantes de perforación vertical y horizontal.
Patologías o Fallas Comunes en Elementos No Estructurales La identificación de patologías en los ENE es vital, ya que un comportamiento irregular o un fallo puede generar inseguridad y riesgo de colapso. El Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático (IDIGER) y la NSR-10 enfatizan la importancia de un diseño adecuado, dado que los ENE son los que más vidas cobran durante un evento sísmico. Algunas patologías clave incluyen:
Fisuración por flexión, aplastamiento de borde o deslizamiento de junta (Muros Macizos/Sólidos): Desde fisuras delgadas horizontales hasta fracturas diagonales y desprendimiento de mortero o unidades.
Comportamiento por flexión fuera del plano (Muros Sólidos/Diafragma): Fisuras cada tercio de la altura sin desprendimiento (daño mínimo), hasta fisuras graves en la parte inferior y superior de cada nivel con caída de mortero y afectación de unidades (daño grave). Un mecanismo crítico de colapso es el volteo para muros apoyados solo en la base.
Comportamiento de aplastamiento en las unidades (Muro Diafragma/Relleno de Pórtico): Desprendimiento de mortero alrededor del elemento y aplastamiento cerca de las esquinas (sismo leve), fisuración en las unidades (sismo medio), y pérdida de unidades en las esquinas con fisuras diagonales de gran calibre (sismo mayor).
Desplazamiento de juntas (Muro Diafragma/Relleno de Pórtico): Desde aplastamiento de mortero y fisuras en las esquinas (baja magnitud) hasta fisuras de mayor calibre que cubren la superficie del muro y numerosas fisuras horizontales (gran magnitud).
Tracción diagonal (Muro Diafragma/Relleno de Pórtico): Pequeñas fisuras diagonales y desprendimiento del mortero (sismo leve), cadena de fisuras en forma de "escalera" en la diagonal (sismo medio), y fisuras "en escalera" más gruesas con gran pérdida de mortero (sismo mayor). Una solución efectiva es separar el elemento de la estructura de confinamiento para evitar fuerzas no inerciales.
La ruta de falla y colapso de un ENE ante fuerzas externas (sismo, viento) es un proceso secuencial: agrietamiento, propagación de fisuras, debilitamiento de secciones, pérdida de estabilidad, y finalmente, el colapso, que representa un riesgo inminente para la seguridad de los ocupantes.
Recomendaciones y Consideraciones Prácticas: El diseño de los ENE es un arte que combina la previsión de fuerzas sísmicas con la selección adecuada de materiales y la aplicación de criterios constructivos que permitan un comportamiento seguro.
Recomendaciones y Consideraciones Prácticas
El diseño de los ENE es un arte que combina la previsión de fuerzas sísmicas con la selección adecuada de materiales y la aplicación de criterios constructivos que permitan un comportamiento seguro.
Para Diseñadores: Elija el criterio de diseño (separación o flexibilidad) en función del comportamiento esperado y las características específicas del ENE y la estructura. Al usar mampostería, asegúrese de que la unidad y el mortero cumplan con las NTC y que el detalle constructivo del anclaje sea compatible con el comportamiento sísmico deseado. Preste especial atención a los detalles de las juntas de dilatación y la continuidad del refuerzo.
Para Constructores: La calidad de la mano de obra y el apego estricto a los planos de diseño son cruciales. Un mal proceso constructivo puede llevar al deterioro y la falla de fachadas, elementos decorativos y divisorios, comprometiendo la seguridad. Realice un seguimiento y control de calidad adecuados en los procesos constructivos.
Para Propietarios y Administradores de Edificios: Las patologías en los ENE no son solo problemas estéticos; son indicadores de vulnerabilidad sísmica. Ante la presencia de fisuras, desprendimientos o cualquier comportamiento irregular, es fundamental buscar una evaluación profesional. Las estructuras construidas antes de 1998 en Bogotá, aunque su estructura principal pudo mejorar tras el Decreto 1400/84, aún pueden presentar un riesgo latente debido al comportamiento no mejorado de sus ENE.
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