A.3 — REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO SISMO RESISTENTE

¿Qué cubre este capítulo?

Si el A.2 define cuánto sacude el terreno, el A.3 define cómo debe estar hecha la estructura para resistirlo. Aquí están las bases generales del diseño (§A.3.1), la clasificación de los sistemas estructurales de resistencia sísmica con sus tablas de coeficientes y límites de altura (§A.3.2, Tablas A.3-1 a A.3-4), la configuración estructural —regularidad, irregularidad y redundancia— (§A.3.3), los métodos de análisis permitidos (§A.3.4), los efectos sísmicos sobre los elementos estructurales —dirección de aplicación, torsión, diafragmas, amarres— (§A.3.6 y §A.3.7) y la puerta de entrada al aislamiento sísmico y los disipadores de energía (§A.3.8 y §A.3.9).

La lógica de fondo (§A.3.1.1): la estructura se analiza con las fuerzas elásticas Fₛ del sismo de diseño, pero sus elementos se diseñan con las fuerzas reducidas E = Fₛ/R, confiando en que el detallado del material le permita responder en el rango inelástico sin colapsar.

Conceptos clave

Cuatro sistemas estructurales (§A.3.2.1). Muros de carga (sin pórtico completo), combinado, pórtico (pórtico espacial resistente a momentos, sin diagonales, que lo resiste todo) y dual. Para clasificar como dual no basta con sumar muros y pórtico: el pórtico debe soportar las cargas verticales y resistir por sí solo al menos el 25 % del cortante basal, y los muros o pórticos arriostrados deben poder tomar al menos el 75 % (§A.3.2.1.4). Las Tablas A.3-1 a A.3-4 asignan a cada variante su R₀, su Ω₀ y sus límites de uso y altura por zona de amenaza: muros de concreto DES como muros de carga tienen R₀ = 5.0 y tope de 50 m en zona alta; un pórtico de concreto DES alcanza R₀ = 7.0 sin límite de altura; el dual de muros y pórticos DES logra el máximo del Reglamento, R₀ = 8.0.

DMI, DMO y DES según la zona (§A.3.1.3). El grado de capacidad de disipación de energía del material no es una elección libre: como regla general, en zona alta se exige DES, en zona intermedia basta DMO y en zona baja se admite DMI. Los sistemas frágiles quedan confinados: los pórticos losa-columna (incluido el reticular celulado) DMO tienen R₀ = 2.5 y máximo 15 m en zona intermedia, prohibidos en alta (Tabla A.3-3); la mampostería no reforzada solo se permite en zona baja con Aₐ ≤ 0.05, grupo I y dos pisos (Tabla A.3-1, nota 3).

R = R₀·φₐ·φₚ·φᵣ (§A.3.3.3, ecuación A.3.3-1). El coeficiente básico R₀ se castiga por irregularidades en altura (φₐ), en planta (φₚ) y por ausencia de redundancia (φᵣ). La Tabla A.3-6 define cinco irregularidades en planta —torsional 1aP (φₚ = 0.9), torsional extrema 1bP (0.8), retrocesos en esquinas 2P (0.9), discontinuidades del diafragma 3P (0.9), desplazamiento de planos de acción 4P (0.8) y sistemas no paralelos 5P (0.9)— y la Tabla A.3-7 las de altura: piso flexible 1aA/1bA (0.9/0.8), masas 2A (0.9), geométrica 3A (0.9), desplazamiento dentro del plano 4A (0.8) y piso débil 5aA/5bA (0.9/0.8). Con varias irregularidades simultáneas del mismo tipo se aplica el menor φₚ y el menor φₐ, no su producto. La redundancia φᵣ vale 1.0 en sistemas DMI; en DMO/DES vale 0.75 salvo que la falla de una diagonal, un vínculo, una viga o un muro no reduzca más del 33 % la resistencia del piso ni genere torsional extrema, o que la planta sea regular con al menos dos vanos perimetrales del sistema en cada dirección (§A.3.3.8.2).

Métodos de análisis (§A.3.4). La fuerza horizontal equivalente (Capítulo A.4) sirve para: toda edificación en zona baja; las del grupo I en zona intermedia; las regulares de hasta 20 niveles y 60 m; y las irregulares de hasta 6 niveles y 18 m — salvo suelos D, E o F cuando T > 2·Tᴄ (§A.3.4.2.1). Todo lo demás exige análisis dinámico elástico (§A.3.4.2.2). El análisis inelástico y el push-over (Apéndice A-3) se permiten con condiciones fuertes, incluida la revisión por dos profesionales independientes en el caso inelástico (§A.3.4.2.3).

Reglas de combinación y efectos locales del sismo (§A.3.6). En zonas intermedia y alta deben considerarse los efectos ortogonales: 100 % del sismo en una dirección más 30 % en la perpendicular, o la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados (§A.3.6.3). La torsión accidental supone la masa desplazada un 5 % de la dimensión en planta, amplificada por Aₓ ≤ 3.0 cuando hay irregularidad torsional (§A.3.6.7.1). Además: vigas de amarre de cimentación para 0.25·Aₐ veces la carga del elemento más cargado (§A.3.6.4.2), anclaje de muros a diafragmas con mínimo 0.10·Mₚ·g (§A.3.6.10), columnas que soporten elementos discontinuos (4P/4A) con axiales amplificadas por 0.4·R y detallado DES (§A.3.6.12), y voladizos verificados con ±30 % de su carga muerta en zona alta y 15 % en intermedia (§A.3.6.13).

Puntos críticos de aplicación

• R no es el número de la tabla. Usar R₀ directo, olvidando φₐ, φₚ y φᵣ, es el error más costoso del análisis corriente: una estructura torsional extrema (0.8), con piso débil (0.8) y sin redundancia (0.75) trabaja con menos de la mitad del R₀ nominal.

• Combinar sistemas tiene peaje. En altura, la mezcla clasifica la estructura como irregular 5aA/5bA y obliga a usar en cada nivel el menor R de los sistemas superiores (§A.3.2.4.1); una estructura rígida apoyada sobre otra más flexible directamente no es aceptable (§A.3.2.4.4). En planta, el R del sistema más dúctil se limita a 1.25 veces el del menos dúctil (§A.3.2.5).

• Las fuerzas E ya están mayoradas. Vienen al nivel de resistencia: no se vuelven a multiplicar por coeficientes de carga en las combinaciones del Título B, y en el método de esfuerzos de trabajo se afectan por 0.7 (§A.3.1.8, §A.3.6.2).

• Elementos frágiles con sobrerresistencia. Cuando el material lo exige, conexiones y elementos frágiles se diseñan con E = Ω₀·Fₛ/R ± 0.5·Aₐ·Fₐ·D (ecuación A.3.3-2), con Ω₀ de 2.0 a 3.0 según las tablas.

• La excepción de la deriva 1.3 ahorra análisis. Si la deriva de cada piso es menor que 1.3 veces la del piso superior, no hay irregularidades 1aA, 1bA, 2A ni 3A y φₐ = 1.0 (§A.3.3.5.1) — una verificación barata antes de castigar el R.

• Aislamiento y disipadores no están “por fuera” de la norma. Se permiten cumpliendo integralmente FEMA 450 o ASCE/SEI 7-05, con supervisión técnica permanente (§A.3.8, §A.3.9). Los prefabricados parten de R₀ = 1.5 salvo demostración experimental (§A.3.1.7).

Relación con otros capítulos

El A.3 consume los movimientos sísmicos del Capítulo A.2 (la zona de amenaza decide qué sistemas y qué detallado se permiten) y despacha el cálculo hacia el Capítulo A.4 (fuerza horizontal equivalente) o el A.5 (análisis dinámico) según §A.3.4.2. Los desplazamientos se verifican contra las derivas del Capítulo A.6; los elementos ajenos al sistema de resistencia sísmica se tratan en el A.8 y los no estructurales en el A.9. Las combinaciones de carga provienen del Título B, el detallado DMI/DMO/DES de cada material vive en los Títulos C, D, E, F y G, la interacción suelo-estructura en el Capítulo A.7 y la cimentación se remata con el Título H.

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