ESTRUCTURAS PREFABRICADAS EN ZONAS SSMICAS(PRECAST STRUCTURES IN SEISMIC AREAS)1. ManuelBurn, Dr Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, IETcc. UCLMLuis Vega Cataln, Arquitecto. IETcc. UPMAurelio Domnguez lvarez, Arquitecto. IETccPeter Tanner, Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. IETccESPAARESUMEN SUMMARYFecha de recepcin: 23-IV-03193-28El comportamiento de las estructuras prefabricadas dehormign armado y pretensado en zonas ssmicas depende,fundamentalmente, del tipo de unin que vincula losdiferentes elementos prefabricados.stos se completandurante el proceso de montaje mediante la ejecucin de losnudos, dotando a la estructura de su configuracin definitivapara resistir las acciones de servicio.Cuando las estructuras prefabricadas presentanunatipologa de uninen la que se da continuidad a lasarmaduras que configuran los nudos rgidos, se puedeafirmar que el comportamiento de las mismas en zonasssmicas es anlogo al que corresponde a una estructura dehormign construida"in situ", sin ningn tipo de limitaciny, por tanto, son de aplicacin las mismas exigenciasnormativas que las utilizadas, con carcter general, para elproyecto yconstruccin de las estructuras de hormignestructural.El comportamientodelasestructurasprefabricadasdehormign armado y pretensado en zonas ssmicas depen-de, fundamentalmente, deltipo de unin quevincula losdiferentes elementos prefabricados en los que se divide laestructura parasufabricaciny que, duranteel procesode montaje, reproduce los nudos que completan la estruc-tura proyectada, dotndola de su configuracin definitivapara resistir las acciones de servicio.Cuandolasestructurasprefabricadasqueseconstruyenen zonas sismicas presentan unatipologa deuniones enla que se da continuidad a las armaduras que configuranlos nudos rgidos, o bien, sise trata de materializar rtu-las, sedisponenpasadoresmetlicoscapacesderesistirJos esfuerzos cortantes que en ellos producen las accioneshorizontales (ya que las reacciones verticales, generalmen-te, se transmiten mediante apoyo directo), se puede afir-mar que el comportamiento de estas estructuras en zonasssmicases anlogoal quecOlTespondea una estructuraPresstessed and reinforced precast concrete structuresbehaviour in seismic areas depends mostly on the kind ofjointbetween elements. The final configuration ofthe structure forresisting actions is granted by the e.xecution ofrigidconnections during the building phase.When joints in precast structures have continuity ofthereinforcement in the connections, the behaviour ofthesestructures in seismic areas is quite similar to cast-in-situ ones.Therefore, no limitation should be applied and the samerequirements statedfor common structures should bevalidatedfor precast ones.de hormign construida "in situ", sin ningn tipo de limi-tacin y, por tanto, son de aplicacin las mismas exigen-ciasnormativasquelasutilizadas, concarctergeneral,para el proyecto y construccin delas estructuras de hor-mign estructural.La ductilidad delas secciones de los elementos prefabri-cados y de sus juntas se determina conlosmismos crite-rios quelos establecidos paraelanlisis de cualquier es-tructura de hormign armado y pretensado.Las recomendaciones aconsiderar enestructuras dehormignenzonas ssmicas, referentes azunchadodelhormign, longitudes de anclaje, disposicin y cuantas dearmaduras, ejecucin de nudos,tambin deben cumplirseenlasestructuras prefabricadas, tantoenloselementoscomo en las uniones. Las secciones donde se materializanrtulas, mediante pasadores metlicos, deben armarse paraasegurarlaadecuadatransmisindelacargalocalizada,decarcterdinmico, que introducendichos pasadores,encargados de resistir ytransmitir, puntualmente, las28lnfonnes dela Construccin, Vol. 54, n 484, marzo-abril 2003Figura1.- Puente prefabricado en zOlla sismica.fuerzashorizontales que la accin ssmica produce sobrela estructura. La ejecucin de los forjados prefabricados ysu vinculacin al resto de la estructura prefabricada debengarantizar, en estas zonas, el efecto diafragma, en cuanto ala capacidadde arriostramientohorizontal entre losdiferentes elementos que forman la estructura en cada unade las plantas.En definitiva, un diseo adecuado de las uniones entre loselementos prefabricados, permite aplicar a las estructurasprefabricadas, de hormign armado y pretensado, en zonasssmicas idnticotratamientoqueel establecido, concarcter general, por las Normas e Instrucciones para seraplicado a las estructuras de hormign estructural.ParalaaplicacindelaNormaSismorresistenteNCSE-02alasestructurasprefabricadasdehormignhayqueconsiderar, en primer lugar, la estructura en su conjunto,Figura 2.- Pila prefabricada en zOlla sismica.valorando la posibilidadde contar con elementosestructurales en las dos direcciones ortogonales en las que,generalmente, seanalizael efectode laaccinssmicasobre dicha estructura.Las estructuras prefabricadas que presentan prticos unidosentres medianteelementosestructurales, cuyosnudosson capaces de transmitir reacciones horizontales, de modoqueexistanprticosendosdireccionesperpendicularesen planta, no precisan ser comprobadas bajo la accin delFigura 3.- Estnctura prefabricada con prticos de nudos rigidos (solucin Iludo hueco). Apropiada para zonassismicas.sismo, siempre que constituyanconstrucciones deimportancia normal (segnladefinicinde laNormaNCSE-02) situadas enzonas enlas que la aceleracinsismica bsica es inferior a [0,08 g].Si el edificioprefabricadotiene ms de 7plantas ylaaceleracin ssmica de clculo es igualo mayor que [0,08g], deber comprobarse frente a la accin ssmica aunquela construccin tenga importancia normal y la aceleracinssmica bsica sea inferior a [0,08 g]Lasiguiente consideracinarealizar se refiere a latipologa estructural que la estructura prefabricadamaterializay quedeterminasucomportamientofrentealasaccioneshorizontalesdeorigen ssmico. Deacuerdocondichatipologaestructural seadoptarel valordelcoeficientedecomportamientoporductilidad[Il]. Estecoeficiente se adopta de acuerdo con los criterios indicadospor la Norma NCSE-02, considerando la estructuraprefabricadacomounaestructuradehormignarmado,siempre que las uniones entre elementos prefabricados, yel dimensionado de secciones y armaduras, se realice conlos criterios anteriormente expuestos.Valores[ =4], correspondientesaductilidadmuy alta,pueden adoptarse en estructuras prefabricadas con prticosdenudosdctiles rgidosyvigas de canto, capacesderesistir las acciones horizontales producidas por el sismojunto al resto de acciones concomitantes con ellas, siemprequesecumplan"las reglasdediseoyprescripcionesconstructivasenedificaciones" incluidas enlaNormaNCSE-02, al objetode asegurar, paradichonivel deductilidad, la formacin de mecanismos estables con muyaltacapacidaddedisipacindeenergaproporcional alciclo de histresis.Si laresistenciaalasaccioneshorizontalesseconsiguemediantencleosrgidos, cumplindoseel restode lascondiciones a que se refiere el prrafo anterior, particula-rizando las reglas y prescripciones para un nivel de ducti-lidad alto, se deber adoptar un valor [Il =3], correspon-diente a ductilidad alta.Figura4.- EstructuraprefabricadaCOII prticosdeIludas rigidos(solucilIIludo macizo).Apropiada para zOllas ssmicas.29Infonnes dela Construccin,Vol. 54,n" 484, marzo-abril 2003Figura5.-EstructuraprefabricadaCOII lIcleosrgidos(palltallas).Apropiada para zOllas ssmicas.Figura6.- Estructura prefabricada tipo plldulo illvertido.Cuando la estructura prefabricada es asimilable al tipo depnduloinvertido, o cuando no se cumplenlas condicio-nes a que se refieren los prrafos anteriores, se adoptar elvalor [Il = 2], correspondiente a ductilidadbaja.La deformacin horizontal de la estructura bajo las accio-nes horizontales de origen ssmico, se determinar multi-plicando por el valor del coeficiente [Il]adoptado, el des-plazamiento obtenido como resultado deun clculo els-ticoEn relacin con las estructuras prefabricadas con tipologade pndulo invertido, en las que la ductilidad est concen-tradaenlaseccindeempotramientodel pilarenlaci-mentacin, seestdesarrollandounproyecto deinvesti-gacineuropeopara verificar que, con unadecuadodimensionadodedichaseccin, laenergaquesepuededisipar en estetipodeestructurasbajola accindelsis-mo, es equivalentealaquedisipara, enlasmismas cir-cunstancias, unprticodenudosdctiles rgidoscuyospilares seran, lgicamente, ms esbeltos que los dela es-tructura en pndulo invertido. Si se verifica la bondad del30Informes de la Construccin,Vol. 54,n" 484, marzo-abril 2003modelo terico propuesto en el origen de la investigacin,en el futuro, este tipo de estructuras prefabricadas podrncomprobarse adoptando valores de] ms elevados, siem-pre que se cumplan las reglas y prescripciones coherentesconlaductilidadconsiderada.Despusdelasconsidera-cionesrealizadassobreel conjuntoestructural, hayquevolver a tratar de las uniones entre los elementos prefabri-cados que condicionan el comportamiento de la estructuray comprobar quelamaterializacinreal delosnudosre-fleja fielmentelas previsiones realizadas al determinar latipologa considerada en el anlisis estructuralLa correcta resolucin del nudo "cimentacin-pilar prefa-bricado"y del nudo"pilar prefabricado-vigaprefabrica-da" es la base de un buen comoortamiento frente al sismo.El procedimientopararealizaradecuadamentelasunio-nes, parte delassiguientesconsideracionesfundamenta-les:- La unin no puede ser un punto de discontinuidad en elcomportamiento dela estructura de hormign- Los materiales a utilizar en la unin sern los adecuadosal comportamiento mecnico que se pretende conseguir- Enlaunin se compatibilizala geometra delas piezasque en ella confluyen con los esfuerzos correspondientes.- La unin debe ejecutarse, durante el proceso de montaje,mediante un oroceso fcilmente controlable.r.'()i .... .......sT LAS ,JUNrA':iPlLA.qrsy sr R(I.J.(kARAH oc AL,T .."'''oNO lIt... lA. -'Jh,4Qvlt&.O( LA iL.. . .. Figura7.- Nudo - "cimentacin-pilar prefabricado ".Figura/J. - Nudo "pilar prefabricado-viga prefabricada" en ejecucilI.Los materiales habitualmente utilizados en las uniones sonarmaduras pasivas de acero corrugado de alto lmite els-tico y mortero "grout" de alta adherencia y resistencia comomaterial de relleno, sin retraccin, que da continuidad a laseccindehormign. Cuandoseprctcndcconscguir cs-tructurasdeelevadaductilidadlaInstruccinEHEreco-mienda el uso dearmaduras de calidadB 400 SD Ycspc-ci fica lascondicionesquedebecumplir cualquieraceropara asegurar dicha ductilidad. DichaInstruccin contie-ne, tambin, especificaciones para el dimensionado de lasestructurasdehormignestructural enzonassmicaquedeben cumplir las estructuras prefabricadas.El "grout" se utiliza, adems, para rellenar los cajetines ylasvainas corrugadas donde,enlazona deunin, se alo-janlasarmaduras. Estematerial estcompuestopor uncemento de alta resistencia y elevado grado de finura, una31Infonnes dela Construccin,Vol. 54, n 484, marzo-abril 2003arena de matriz silcea con granulometra muy fina yadi-tivospatentadosqueaseguranlaausenciaderetraccindurante el proceso de fraguado. Proporciona resistenciasa la compresin de 37 Mpa a 3 das y de 80 Mpa a 28 das,as como tensiones de adherencia a barras corrugadas de18N/mm2a28das. Suscondiciones decolocacinsonmuy favorables para su uso en las uniones ya que presentaun marcado carcter autonivelante, elevada fluidez y ho-mogeneidad en todo el cajetn rellenado.Las caractersticas descritas del "grout", permiten contarcon unas condiciones favorables para el dimensionado delas longitudes de solapo de las armaduras en los cajetines.Ademsdecomprobar lastensiones de adherencia entrelas armaduras y el "grout" de relleno del cajetn, es nece-sario comprobar las mismas tensiones en la pared del pro-pio cajetn entre el "grout" y el hormign.En la unin pilar-viga, cuando no existe apoyo directo, elmecanismo detransmisin del esfuerzo cortante requiereque se compruebe el estado de fisuracin de la seccin decontacto y la compatibilidad de ste con la formacindelabiela comprimida necesaria para dicha trasmisin. Re-sulta ventajosopara elproceso de montaje que existaunapoyo directo, aunque su capacidad est limitada a las car-gas que deba resistir durante dicho proceso.En zonas ssmicas se debe garantizar la funcin diafragmadelosforjadosmedianteel hormigonado"in situ"delacorrespondientecapadecompresin, alojndoseenellalaarmadurade launin, ademsdelapropiadedichacapa. En estos casos, la capade compresin formapartede la seccin compuesta delas vigas prefabricadas frentealascargasdeservicio, atravsdel nexo deuninqueestablecela armadura derasante sobresaliente dela sec-cin simple de dichas vigas.Si el cerramiento del edificio se realiza mediante panelesprefabricados de hormign, la comprobacin dela resis-tencia del panel y de su unin a la estructura, bajo las ac-ciones ssmicas, se comprobar sin considerar ductilidaden el panel ni en las uniones. En general, no son elementos. .",'/" ....[ 1':' .._.- --- PILAR TRAMO SUPEH1OR.. _._..AH... AOlJnA SAI.IENTE DEL;; PILAR J NF"EH (OR! i AeN LAS VAINA..