Los terremotos son uno de los fenómenos naturales más devastadores que existen. En cuestión de segundos, pueden liberar una energía inmensa capaz de reducir a escombros edificios que parecían sólidos. Sin embargo, la ingeniería moderna ha desarrollado herramientas para mitigar estos efectos. Detrás de cada edificio capaz de soportar un sismo se encuentra una disciplina fundamental: el cálculo de estructuras. Este proceso es la clave para diseñar construcciones que protejan vidas y bienes, incluso frente a las fuerzas más violentas de la naturaleza.
Vivir en una zona sísmica no significa necesariamente vivir con miedo constante. Gracias a la investigación en materiales y, sobre todo, a la aplicación de principios científicos en el diseño, hoy se pueden construir edificaciones mucho más seguras. Este post explorará la ciencia detrás de la resistencia sísmica, desglosando cómo el cálculo de estructuras se convierte en el pilar de la seguridad en zonas propensas a terremotos, con especial atención a la normativa y prácticas en España.
La normativa sismorresistente: marco legal para la seguridad
El objetivo de la ingeniería sísmica es limitar el daño producido por los terremotos en los edificios. De esta forma, se evita el colapso estructural y se permite la evacuación del edificio de forma segura.
Las reglas en las que se basa la ingeniería sísmica están recogidas en la normativa sismorresistente. Esta normativa establece los requisitos mínimos que deben cumplir las edificaciones para garantizar la seguridad frente a terremotos. Se basan en datos de sismos históricos e información geológica.
En España, la principal referencia ha sido durante años la Norma de Construcción Sismorresistente NCSE-02, aprobada en 2002. Esta norma, que puede descargarse desde la web del Ministerio, clasifica el territorio español en diferentes zonas según mediante un mapa de peligrosidad sísmica de España. Este mapa indica la aceleración sísmica básica que se puede esperar en cada área, el parámetro inicial de los cálculos estructurales antisísmicos.

Figura 1: Mapa de peligrosidad sísmica de la norma NCSE-02.
Esta norma ha quedado ya algo desfasada. Sin embargo, el Eurocódigo 8 también está vigente como normativa de aplicación, y tiene varias diferencias con respecto a la NCSE-02. En general, el Eurocódigo es más restrictivo al presentar un mapa de peligrosidad con aceleraciones básicas mayores a las de la NCSE-02. Está por ver si la futura actualización de la NCSE recoge íntegramente el Eurocódigo o si lo adapta de alguna manera. En los dos casos, las normativas proporcionan el marco indispensable para definir las acciones sísmicas de diseño para el cálculo de estructuras.
Conceptos básicos en el diseño sismorresistente
Para entender cómo se realiza el cálculo de estructuras frente a sismos, es necesario familiarizarse con algunos conceptos:
- Peligrosidad Sísmica y aceleración espectral: la peligrosidad sísmica de un lugar se cuantifica principalmente mediante la aceleración que el sismo imprime al terreno. Sin embargo, no todas las estructuras responden igual a la misma aceleración del suelo. Edificios altos y flexibles vibran más lentamente (periodo largo) que edificios bajos y rígidos (periodo corto). Esto se refleja en la aceleración espectral: representa la máxima aceleración que experimentaría una estructura con un determinado periodo de vibración natural, sometida a un sismo específico. Las normativas proporcionan espectros de diseño, que son la base para determinar las fuerzas sísmicas de diseño.
- Ductilidad: es la capacidad de un material, elemento estructural o estructura completa para deformarse más allá de su límite elástico sin perder gran parte de su capacidad de carga. En lugar de romperse, una estructura dúctil puede «ceder» y deformarse, absorbiendo y disipando la energía del terremoto.
- Disipación de energía: además de la ductilidad, que disipa energía mediante deformaciones inelásticas, las estructuras tienen otras formas de disipar la energía sísmica. Por ejemplo, se pueden usar dispositivos específicos de disipación de energía (amortiguadores viscosos, disipadores por fricción, etc.). Si no están presentes, el diseño debe buscar que la disipación ocurra en elementos designados, como rótulas plásticas en vigas.
- Regularidad estructural: las estructuras regulares en planta y en altura (sin cambios bruscos de rigidez, masa o resistencia) tienden a comportarse mejor durante un sismo. Las irregularidades pueden concentrar tensiones y deformaciones en puntos débiles, llevando a fallos prematuros. La normativa sismorresistente penaliza las irregularidades o exige análisis más complejos.
El proceso detallado del cálculo de estructuras sismorresistentes
El diseño sismorresistente es un proceso que, de forma somera, se puede describir con los siguientes pasos:
- Definición de la acción sísmica: basándose en la ubicación del proyecto, se consulta la normativa sismorresistente para definir el espectro de diseño, que proporciona la aceleración espectral correspondiente al periodo fundamental de la estructura. Un factor adicional que considerar es la importancia de la edificación. Por ejemplo, hospitales o escuelas requieren mayor seguridad.
- Modelado de la estructura: se crea un modelo computacional inicial del edificio. Este modelo representa la geometría, las propiedades de los materiales, las secciones de los elementos y las condiciones de apoyo. Si quieres más información sobre distintos materiales o elementos estructurales, puedes consultar este artículo.
- Análisis estructural: utilizando software especializado, se somete el modelo a las acciones sísmicas definidas. Existen diferentes métodos de análisis estructural para evaluar la respuesta sísmica:
- Análisis estático equivalente: simplifica la acción sísmica a un conjunto de fuerzas estáticas horizontales aplicadas a cada planta. Partiendo de un esfuerzo cortante en la base, las reacciones horizontales aumentan en cada planta del edificio. Este análisis es válido para estructuras regulares y de baja altura.
- Análisis dinámico modal espectral: considera los diferentes modos de vibración de la estructura y combina sus respuestas utilizando el espectro de diseño. Es más preciso y aplicable a una gama más amplia de edificios.
- Análisis dinámico en el tiempo (Time-History): simula la respuesta de la estructura sometida a registros de aceleración de terremotos reales o artificiales. Es el método más complejo y se reserva para estructuras especiales o muy importantes.
- Verificación: los resultados del análisis estructural se comparan con los límites y requisitos establecidos en la normativa. Es necesario identificar qué elementos no cumplen los requisitos, ya que habrán de redimensionarse.
- Iteración: si las verificaciones no se cumplen, se modifica el diseño. Se puede aumentar las secciones, cambiar la configuración estructural o añadir refuerzos, por ejemplo. Después, se repiten los pasos de análisis y revisión.
Elementos estructurales sismorresistentes
Cuando hemos hablado de disipar la energía, decíamos que el diseño de la estructura debe permitir la disipación mediante rótulas plásticas. Sin embargo, una estructura también debe resistir las fuerzas horizontales del terremoto. Este equilibrio entre resistencia lateral y ductilidad es el gran reto del diseño antisísmico.
Unos elementos muy usados en diseño antisísmico son las cruces de San Andrés. Son barras diagonales que forman parte de la estructura metálica del edificio y mejoran su comportamiento ante las cargas sísmicas, evitando la deformación que se produciría en una estructura de barras horizontales y verticales. El mismo efecto se consigue utilizando muros estructurales de hormigón, o bien muretes laterales que conecten vigas y pilares para reforzar sus uniones. La idea tras estos elementos es que el edificio resista las cargas sin colapsar, siempre que existan otros elementos que disipen la energía.
Conclusión
El cálculo de estructuras sismorresistentes es un proceso complejo para el que no existe una única solución. El diseño de un edificio debe permitir que las fuerzas provocadas por un sismo no hagan colapsar la estructura. Para conseguirlo, el diseño del edificio tiene cierta libertad, siempre dentro del marco de la normativa aplicable. De esta forma, podremos utilizar distintos elementos estructurales para optimizar el diseño de la estructura para que sea segura y viable.
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