A.12 — REQUISITOS ESPECIALES PARA EDIFICACIONES INDISPENSABLES DE LOS GRUPOS DE USO III Y IV

¿Qué cubre este capítulo?

Un hospital que resiste el sismo pero queda inservible falló en su misión. El Capítulo A.12 añade, a todo lo exigido por el resto del Título A, los requisitos para que las edificaciones indispensables puedan operar durante y después de un temblor (A.12.1.1). Aplica obligatoriamente al grupo de uso IV y a los literales (a) a (d) del grupo III según A.2.5.1; para los literales (e) y (f) del grupo III, la decisión queda en manos del propietario o de la autoridad competente.

La metodología es conceptualmente simple (A.12.1.3): se verifica que la estructura —y los elementos no estructurales no aislados de ella— se mantenga dentro del rango elástico cuando la sacude un sismo de intensidad baja pero frecuente, el sismo del umbral de daño. El procedimiento agrega cuatro pasos al diseño normal (A.12.1.4): determinar los movimientos sísmicos del umbral de daño (Paso A), convertirlos en fuerzas (Paso B), analizar la estructura (Paso C) y comprobar las derivas; si se exceden los límites, la estructura se rigidiza hasta cumplir (Paso D).

Conceptos clave

El sismo del umbral de daño, Ad (A.12.2). Se define para una probabilidad del 80 % de ser excedido en 50 años —del orden de 31 años de retorno: un evento que la edificación casi seguramente vivirá—. Su aceleración pico efectiva Ad se lee del mapa de la figura A.12.2-1, de las tablas A.12.2-1 y A.12.2-2 (Bogotá 0.06, Cali 0.09, Quibdó 0.13) o del Apéndice A-4 municipio por municipio. Como con Aa, un estudio de microzonificación puede variar el valor, pero nunca por debajo del que da el Reglamento (A.12.2.3).

Un espectro propio, no el de diseño escalado (A.12.3). El espectro Sad está definido para un amortiguamiento del 2 % del crítico —no el 5 % habitual— porque al nivel de deformaciones del umbral de daño la estructura disipa poca energía. Su forma es una versión modificada del espectro de A.2: la zona de períodos intermedios vale Sad = 1.5·Ad·S/T (ecuación A.12.3-1), donde S = 1.25·Fv amplifica el coeficiente de sitio de A.2.4 calculado entrando con Ad en lugar de Av; la meseta se limita a Sad = 3.0·Ad hasta TCd = 0.5·S; para T < 0.25 s rige Sad = Ad·(1 + 8T); y más allá de TLd = 2.4·S decae como 1.5·Ad·S·TLd/T². El período T es el mismo utilizado para el espectro de diseño del Capítulo A.2 (A.12.3.1). Si la ciudad tiene microzonificación, se usa el espectro de umbral de daño definido allí (A.12.3.5).

Análisis y cortante basal (A.12.4). Como mínimo se emplea la fuerza horizontal equivalente del Capítulo A.4, con el análisis dinámico del A.5 como opción. El cortante basal del umbral de daño es Vsd = Sad·g·M (ecuación A.12.4-1) y se distribuye en altura con las ecuaciones A.4.3-1 y A.4.3-2 usando Vsd en vez de Vs. Dos condiciones de modelado son esenciales: las rigideces deben ser compatibles con este nivel de deformaciones —respuesta lineal y elástica, grado de fisuración acorde en concreto y mampostería— y los elementos no estructurales que no estén aislados contribuyen a la rigidez y deben incluirse en el modelo, evaluando sus deformaciones y esfuerzos (A.12.4.2).

Derivas del umbral de daño (A.12.5). Los desplazamientos se calculan con la ecuación A.6.2-1 pero sin efectos P-Delta (A.12.5.1), y la deriva en cualquier punto del piso (ecuación A.6.3-1) no puede exceder los límites de la Tabla A.12.5-1: 0.40 % de hpi para estructuras de concreto reforzado, metálicas, de madera y de mampostería cuyos muros esbeltos fallen por flexión en voladizo (A.12.5.3.1), y 0.20 % de hpi para mampostería poco esbelta o gobernada por cortante (A.12.5.3.2).

Lo que no se verifica (A.12.6). No hay que comprobar esfuerzos ni en los elementos estructurales ni en los muros no estructurales para el sismo del umbral de daño: el capítulo controla exclusivamente rigidez, bajo la premisa de que si las derivas son tan pequeñas, ni la estructura ni los acabados salen del rango elástico.

Puntos críticos de aplicación

• Es una verificación adicional, no sustitutiva: la edificación debe cumplir primero todo el diseño ordinario (A.1.3.4) y además este chequeo. En edificaciones indispensables, la rigidez para el umbral de daño suele gobernar el dimensionamiento por encima de la resistencia.
• No compare Sad con el espectro de diseño a ojo: uno está al 2 % de amortiguamiento y el otro al 5 %, y el coeficiente de sitio es distinto (S = 1.25·Fv). Son curvas de naturaleza diferente.
• El modelo cambia: rigideces sin fisuración severa, elementos no estructurales integrados si no están aislados, y desplazamientos sin P-Delta. Reutilizar sin ajustes el modelo del sismo de diseño conduce a derivas equivocadas en ambos sentidos.
• En análisis dinámico, el ajuste de resultados de A.5.4.5 se hace contra Vsd, no contra Vs (A.12.4.4).
• La deriva se evalúa en cualquier punto del piso, no solo en el centro de masa: la torsión debe estar incluida (A.12.4.3.3).
• La salida al incumplimiento es rigidizar (Paso D): no existe la opción de “aceptar” derivas mayores con más resistencia.

Relación con otros capítulos

El capítulo se apoya en los grupos de uso y coeficientes de sitio del Capítulo A.2 (con Ad en lugar de Av para obtener Fv), en el método de la fuerza horizontal equivalente del A.4 y el análisis dinámico del A.5, y en las ecuaciones de desplazamientos y derivas del A.6 (sin P-Delta). Complementa el desempeño de los elementos no estructurales del Capítulo A.9 —que para los grupos III y IV exige grado superior— y alimenta la evaluación de edificaciones indispensables existentes del Capítulo A.10, cuyo análisis de vulnerabilidad debe incluir los movimientos del umbral de daño (A.10.5.2). Los valores de Ad por municipio están en el Apéndice A-4 del Título A.

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