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Irregularidades en planta y en elevación: cómo afectan el diseño sísmico

Dos edificios con la misma resistencia y el mismo peso no se comportan igual en un sismo si uno es una caja simétrica y el otro tiene un núcleo en una esquina, una planta baja casi sin muros o una torre que se angosta de golpe. La razón es que el daño no depende sólo de la fuerza: depende de dónde se concentran las deformaciones. Las normas llaman a esto irregularidad estructural, y en las NTC de la Ciudad de México cambió de forma importante en la edición 2023. Este artículo repasa qué condiciones se revisan y qué consecuencias tienen, según el texto de la norma que consulté.

Por qué importa la regularidad

En un edificio regular, la fuerza sísmica se reparte de forma bastante uniforme entre los elementos y las distorsiones de entrepiso son parecidas en todos los niveles. En uno irregular, ciertos puntos o ciertos pisos se deforman mucho más que el promedio, y ahí se concentra el daño. El comentario de la norma lo plantea así: en una estructura irregular no actúan fuerzas laterales mayores, sino que ocurren mayores deformaciones en ciertas partes.

La norma distingue tres clases: regular, irregular y fuertemente irregular. Define ocho condiciones de irregularidad: cinco en planta y tres en elevación. Conviene revisarlas con el modelo de análisis que incluya todos los elementos que participan en la respuesta, no con una inspección a ojo.

Irregularidades en planta

• Torsión. Hay irregularidad si en algún nivel existe un punto cuyo desplazamiento lateral, bajo las acciones de diseño, excede en más de 15 % el desplazamiento promedio de los extremos de la planta en la dirección de análisis. Es fuerte si excede en más de 30 %. La edición anterior usaba 20 % para la primera; el umbral bajó.
• Forma geométrica. Entrantes o salientes mayores que 40 % de la dimensión de la planta, medida paralelamente a la dirección del entrante o saliente (antes, 20 %).
• Flexibilidad excesiva del diafragma. Se compara el modelo con el diafragma flexible contra otro con diafragma rígido: si algún punto se desplaza con una diferencia mayor de 30 %, hay irregularidad. Si tu programa no permite diafragma rígido, la norma sugiere multiplicar por cien las rigideces en el plano del sistema de piso.
• Discontinuidad del diafragma. Una reducción brusca de más de 40 % en el ancho del diafragma por aberturas. Se mide el ancho útil para transmitir fuerzas, no el porcentaje de área abierta: una abertura alargada puede ser más dañina que una cuadrada más grande.

Irregularidades en elevación

Para revisarlas, la rigidez de entrepiso se obtiene como el cociente del cortante de entrepiso entre su deformación lateral, tomada en el punto donde está el centro de masa de la losa superior.

• Reducciones geométricas. Una planta con ancho menor en más de 25 % que el del nivel inmediato superior, o menor en más de 40 % que el del nivel inmediato inferior. Se exceptúan cuartos de elevadores e instalaciones en azotea, aunque su respuesta como apéndice sí debe evaluarse.
• Cambios bruscos de rigidez. La rigidez de un entrepiso es 15 % menor que la del superior, o 30 % mayor que la del superior.
• Fuerte irregularidad por rigidez. La rigidez de un entrepiso es menor que 50 % de la del superior, o menor que 50 % del promedio de los niveles contiguos. Es el conocido entrepiso blando o débil, ahora contemplado también en pisos intermedios, no sólo en planta baja.

Qué cambia en el diseño: se castigan las distorsiones

La novedad más importante es el tipo de corrección. En ediciones anteriores se reducía el factor Q', lo que equivalía a pedir más resistencia. La norma explica por qué eso no siempre funciona: más resistencia no necesariamente reduce las deformaciones, y en periodos cercanos al del terreno incluso puede aumentarlas. Ahora la corrección se aplica a las distorsiones límite de entrepiso, que se multiplican por un factor menor que 1.

El comentario de la norma da una idea de lo que implica: si no cambias la distribución de rigideces, una estructura fuertemente irregular por torsión necesita aproximadamente 67 % más rigidez lateral que una regular para cumplir con su límite reducido; con otra irregularidad adicional, cerca del doble.

Entrepiso blando: Q' = 1 y análisis no lineal

Cuando hay fuerte irregularidad por rigidez, además de reducir la distorsión límite a un tercio, la norma pide:

• Si ocurre en planta baja, diseñar ese entrepiso para el cortante basal correspondiente a Q' = 1; los demás se diseñan con el Q' del sistema.
• Si ocurre en otro entrepiso, diseñarlo y todos los inferiores con Q' = 1.
• Si la rigidez de algún entrepiso es menor que 40 % de la del superior (o del promedio de los contiguos), hacer una revisión con análisis no lineal paso a paso, sin importar la altura, que garantice comportamiento lineal en ese nivel y los inferiores.

También hay un análisis no lineal obligatorio en torsión: si algún punto se desplaza más de 40 % sobre el promedio de los extremos, se revisa con análisis paso a paso contra los límites reducidos a la mitad.

Otros casos que penalizan

• Columnas no restringidas por vigas en dos o más niveles (mezzanines, dobles alturas): Q' se multiplica por 0.7 y la relación entre la carga crítica de pandeo de esas columnas y las contiguas no debe ser menor que 0.5. Se excluyen estructuras de dos niveles o menos.
• Elementos resistentes desfasados en elevación (columnas o muros que no continúan): Q' por 0.7, con la misma exclusión.
• Concentración de resistencia. Todo muro, columna o contraviento que aporte más de 35 % de la resistencia total de un entrepiso (cortante, torsión o volteo) se diseña con fuerzas sísmicas incrementadas 25 %.

Cómo usar esto en la práctica

1. Corre el análisis y revisa primero la torsión: compara el desplazamiento del punto más desfavorable con el promedio de los extremos, nivel por nivel.
2. Calcula la rigidez de cada entrepiso y compárala con la del superior. Un salto brusco suele venir de una planta baja con vanos libres o de un muro que no baja a la cimentación.
3. Cuenta cuántas condiciones se cumplen, porque el castigo crece con el número.
4. Si la corrección te deja sin margen en distorsiones, a menudo es más barato corregir la configuración (simetrizar muros, continuar elementos, rigidizar el primer nivel) que rigidizar todo.

Los porcentajes y las reglas de este artículo son los del texto de las NTC de Diseño por Sismo 2023 que consulté (versión de entrega). Antes de usarlos en un proyecto, verifícalos en la edición vigente publicada en la Gaceta Oficial, que es la que rige.

Fuentes

1. NTC para Diseño por Sismo 2023, Ciudad de México (texto para entrega), capítulo 5: estructuras irregulares
2. Ruiz Gómez et al.: Fragilidad de dos soluciones de rehabilitación para un edificio con planta baja débil dañado en el sismo 19/S17 (Ingeniería Sísmica 102, 2020)

Artículo de divulgación técnica. No sustituye el proyecto ni la revisión de un ingeniero estructural responsable; verifique cada requisito contra el texto vigente de la norma que aplique a su proyecto.

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