Resistencia a la Torsión en Planta: Prevención Sísmica

Publicado originalmente el 21 de mayo de 2021, actualizado el 16 de marzo de 2023

La resistencia a la torsión es el salvavidas ante el declarado como peor enemigo de las estructuras, y por ende el más peligroso. Hablamos del Sismo.

Resistencia a la torsión en planta: Prevención sísmica

Uno de los peores enemigos de todo tipo de estructuras debido a sus devastadoras consecuencias es el terremoto. Estos movimientos se producen en la corteza terrestre por causa de la liberación de energía repentina de las capas tectónicas. Si no se cuenta con las construcciones adecuadas, son capaces de causar daños importantes, e incluso colapsar las estructuras más rígidas. 

Uno de los principales atributos que pueden ayudar a un edificio a resistir la fuerza destructiva de los terremotos es su capacidad de resistencia a la torsión en estructuras. Esta característica se refiere al comportamiento del material y su resistencia a la deformación y distorsión en caso de un terremoto.

Así, la resistencia a la torsión en planta y en los materiales de construcción es fundamental para garantizar la seguridad de un edificio. Es por eso por lo que este aspecto tiene un peso tan importante en el programa del Máster en Cálculo de Estructuras de Structuralia.

¿Quieres saber más sobre qué es y cómo funciona la resistencia a la torsión? Te lo contamos en este artículo.

La resistencia a la torsión en edificios

Las fuerzas horizontales, como lo son los sismos, generan en las estructuras portantes de los edificios una importante torsión en planta, que es la que pone en crisis toda la estabilidad de la estructura. Por ese motivo, es el concepto clave para poder diseñar estructuras sismo-resistentes.

La torsión

Desde el punto de vista de la mecánica la torsión, se da cuando se aplica un momento de fuerza sobre un eje longitudinal de una pieza o elemento. Esto implica dos fenómenos simultáneos en dicha pieza: 

1. 1. Genera tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal del elemento. Si estas se representan por un campo vectorial sus líneas de flujo "circulan" alrededor de la sección.

   2. A menos que la pieza posea una simetría circular perfecta, lo cual es extremadamente complicado, existirán alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.

Fuente: istockphoto

Torsión en planta

Cuando trasladamos los conceptos anteriores, de un elemento estructural hacia el comportamiento de un conjunto de ellos (estructura de un edificio arriostrada al suelo), podemos entender lo que sucede cuando un movimiento tectónico incide horizontalmente sobre una estructura en reposo, contemplando que el eje de rotación longitudinal se convertirá en el centro de rigidez de la estructura.

De hecho, la resistencia a la torsión en plantas de la estructura de un edificio, influirá considerablemente por la posición del centro de rigidez de la misma, con respecto al centro de masa del edificio. Se ganará mayor resistencia, mientras más concéntrica sea la relación entre ambos.

Fuente: goconqr

¿Cuáles son los efectos de la torsión?

Los edificios en su totalidad, se verán influenciados de manera diferente, dependiendo de los esfuerzos que actúan sobre cada elemento estructural. Los componentes más vulnerables serán aquellos verticales y encargados de transmitir las cargas a la fundación, como lo son los vanos y muros.

En el caso de las vigas transversales, estarán sometidas a grandes momentos flexionantes y torsionales que harán que se distorsionen en su plano longitudinal y transversal. A esto se le conoce como deformación torsional, siendo una de las principales razones por la que los ingenieros pueden recurrir a refuerzos simétricos para resistir mejor estas cargas.

Finalmente, la resistencia a la torsión en losas irá determinada por el esfuerzo longitudinal y transversal del acero, el cual actúa como elemento resistente frente a las deformaciones.

Fuente: MECANICA DE MATERIALES - ÁNGULO DE GIRO O DE TORSIÓN, EN EL RANGO ELÁSTICO Ejercicio 3-38 Beer 5ªed -  PROFE JN El canal del ingeniero (Youtube)

¿Cómo se mide la resistencia a la torsión?

Este tipo de resistencia torsión se mide mediante estudios, llamados ensayos de torsión. Estos ensayos se ven reflejados en las diferentes normativas existentes para los cimientos, como el Eurocódigo 8. Se trata de ensayos no destructivos, en los que se medirá la resistencia a la torsión por secciones transversales sin dañar los materiales.

¿Qué dice la Ley de la Torsión?

La Ley de Torsión es una ley matemática que explica la distribución de esfuerzos debido a la torsión. Esta nos dice que, a medida que nos vamos alejando del eje de giro, los esfuerzos disminuyen en proporción inversa al cuadrado del radio. Esta ley se usa para calcular la resistencia a la torsión en estructuras, y puede ser útil para comprender la resistencia a la torsión en planta y en los materiales usados en edificios.

¿Cómo hacer estructuras resistentes a la torsión en planta?

A la hora de proyectar edificios sismo-resistentes, debemos tener muy en cuenta cómo afectará la torsión en planta a nuestro edificio, y buscar la forma de minimizar su efectos. Con estas sencillas consideraciones se puede dotar a una estructura de resistencia a la torsión, antes de entrar en la fase del cálculo.

• Simplicidad y regularidad: Siempre, en la fase de diseño, se debe apuntar a una disposición lógica, y si es posible, simétrica. Esto permitirá tener más control sobre el centro de masa y de rigidez, así como repartir equitativamente los elementos resistentes de la estructura. 

• Hiperestaticidad: Es muy útil apuntar a estructuras hiperestáticas, esto favorece a una redundancia de elementos estructurales, y por lo tanto, a la distribución de una fuerza sísmica uniformemente en toda la estructura.  

• Resistencia y rigidez en dos direcciones ortogonales: Esto asegura contrarrestar la torsión de la estructura, sea cual sea la dirección del sismo. 

• Cimentación adecuada: Ninguno de los puntos anteriores tendrá efecto si la cimentación no está proyectada y ejecutada correctamente, en base al diseño de la estructura y a una profunda valoración del tipo de suelo sobre el que se apoyará la estructura. Para profundizar sobre los tipos de cimentaciones recomendamos nuestro artículo: Cimentación superficial: ¿Cuándo se utiliza y qué tipos existen?.

Con estas cuatro simples consideraciones, desde la fase de concepción y diseño del edificio y la estructura, ya estaremos aumentando considerablemente la resistencia a la torsión en planta, y por lo tanto estaremos más cerca de una estructura verdaderamente.