Consultas sobre el CSCR del 2002

Consultas realizadas por medio del boletín "Bitácora"

Las respuestas representan la opinión del redactor que se indica.

IntroducciÓn

¿Cuándo va a ser actualizado el código sísmico? (Diciembre-2010)

El CSCR 2002 ha sido objeto de una revisión general a partir del año 2008, luego de que fue publicado el libro de Comentarios al CSCR 2002. La labor desarrollada por los diferentes comités en que se ha organizado la Comisión Permanente de Estudio y Revisión del Código Sísmico de Costa Rica representa una dedicación de más de tres mil horas de parte de 23 profesionales.

El resultado de este trabajo es el Código Sísmico de Costa Rica 2010, que fue presentado en octubre y noviembre pasados a los colegios que integran el CFIA para las revisiones correspondientes y que finalmente fue aprobado en la Asamblea de Representantes realizada el 30 de noviembre. Actualmente está en la etapa de revisión formal por la Comisión y la Editorial Tecnológica, previa a su impresión.

El Código ha sido revisado y actualizado en todas sus secciones y capítulos. A continuación se presentan algunas de las principales modificaciones, que serán comentadas en este boletín en los próximos meses:
Sección 1: se prohíben las estructuras con comportamiento frágil y se modifica el mapa de zonificación sísmica.

Sección 2: se modifican los factores de importancia, se introduce el factor de importancia para elementos no estructurales, se varían algunos valores de ductilidad global asignada, se modifica la consideración de las irregularidades como determinantes del tipo de análisis y de la ductilidad global, se permite reducir la carga temporal en algunos casos y se modifican los límites de los desplazamientos laterales.

Sección 3: esta sección corresponde a los requisitos que deben cumplir los materiales y se han actualizado todos los temas. Se deben mencionar especialmente los capítulos de madera, que ahora es un documento completo, y el de acero, que ha sido escrito de nuevo e incluye temas adicionales como el de muros de corte a base de placas.

Sección 4: se pueden mencionar los nuevos artículos para viviendas en el capítulo de cimentaciones y para edificaciones históricas en el capítulo de diagnóstico y adecuación sísmica, así como los cambios en las fuerzas de diseño para elementos no estructurales.

Sección 5: el capítulo de vivienda presenta una guía más amplia para el diseño simplificado de viviendas, de manera que los profesionales no especialistas en estructuras puedan realizar diseños seguros, e indicaciones para las vigas superiores del sistema de prefabricados de concreto.

El Código Sísmico de Costa Rica 2010 va a estar disponible para los profesionales y público en general durante el primer semestre del año 2011.

Redactó: Ing. Roy Acuña P.

CapÍtulo 1 FILOSOFIA Y OBJETIVOS

1.1 ¿Qué daños se pueden esperar en las edificaciones de San José en caso de un sismo severo? (Enero-2010)

Lo primero que hay que aclarar es que nuestro país no tiene diferencias grandes con otros países donde los sismos han probado ser destructivos como, por ejemplo, en Kobe (Japón) y Nortridge (USA). Si en países desarrollados y con mayor riqueza que la nuestra los sismos han producido grandes daños en la infraestructura, también en nuestro país se pueden dar situaciones semejantes.
En segundo lugar, en nuestro país existen grandes edificaciones que fueron construidas antes de la edición de nuestro primer Código Sísmico (CSCR-1974). Muchos edificios "altos" en San José fueron construidos en la década de los sesentas. Es de esperar que un porcentaje considerable de estas estructuras no posean detalles constructivos típicos de una estructura sismorresistente; por lo tanto, son vulnerables ante un sismo severo.
En tercer y último lugar, la historia de los terremotos ha demostrado que las edificaciones dedicadas a vivienda son más vulnerables que otras estructuras, por varias razones. La gente de escasos recursos no puede generalmente contar con la ayuda de un profesional que los asesore en el diseño y en la construcción de su casa. Aún personas con recursos económicos, creen que las viviendas son estructuras simples y que no se necesita la participación de un profesional (esta creencia y práctica está bastante difundida en nuestro medio). Muchas viviendas se construyen en sitios vulnerables donde no se ha hecho un estudio de suelos, como rellenos mal consolidados o taludes inestables.
En conclusión, aun con la existencia de un moderno código sísmico CSCR 2002, es posible esperar que algunas edificaciones no se comportarían adecuadamente ante un sismo severo y que, a mi criterio, existe el peligro de que si un sismo como el mencionado afecta una zona densamente poblada, desgraciadamente se puede esperar la pérdida de infraestructura y de seres humanos. Hemos tenido la suerte de que algunos sismos recientes (Limón y Cinchona) no han afectado zonas densamente pobladas.
Redactó: Ing. Álvaro Poveda Vargas, M. Sc.

CApÍtulo 2 DEMANDA SISMICA

2.1 ¿Qué es un sismo moderado o uno severo y cómo se puede clasificar el sismo de Cinchona? (Diciembre-2009)

La clasificación de los sismos como moderados o severos es un recurso mediante el cual se establece un determinado nivel de aceleración efectiva del terreno cuya escogencia trata de incluir una estimación de la amenaza y una recomendación del desempeño que se debe asignar a la edificación.
Para definir la severidad del sismo de Cinchona, al igual que para los casos de sismos pasados como el sismo de Limón de 1991 o el sismo de Alajuela de 1990, el ingeniero civil debe tener en mente, tal y como se establece arriba, que la severidad está relacionada con una estimación de la demanda a la cual se verá sometida su edificación. Por lo tanto, la definición del sismo de Cinchona como un sismo severo o uno moderado es válida únicamente en el contexto de la contrastación de la demanda sísmica medida como una aceleración efectiva específica y la respuesta de la edificación en consideración. Es decir, en el contexto de la ecuación general de diseño: capacidad versus demanda.
De lo anterior se puede concluir que no se establece una severidad de un sismo sino de las características del movimiento del terreno, por lo que un mismo evento puede considerarse moderado o severo en diferentes sitios, dependiendo de la distancia epicentral, entre otros factores.
Redactó: Dr. Ing. Guillermo Santana

2.2 ¿Se pueden asociar los valores de aceleración pico efectiva de diseño, como parámetro indicador de la sacudida sísmica correspondiente a un periodo de retorno de 500 años (u otros periodos de retorno), con un sismo de cierta magnitud? (Julio-2010)

La sacudida sísmica de diseño es, por definición, la sacudida generada por todo el marco tectónico del sitio actuando en conjunto, por lo que no corresponde a ningún evento específico. Es el resultado de una evaluación probabilística de amenaza sísmica con todas las fuentes actuando conjuntamente sobre el sitio. EL CSCR, al igual que la mayoría de códigos vigentes, define la sacudida de diseño para estructuras normales como aquella sacudida con un período de retorno de 500 años.
Es posible asociar los valores de la aceleración pico efectiva que indica el CSCR (tabla 2.2) con un gran número de sismos de diferente magnitud, pues esa aceleración depende también de otros parámetros, como la distancia epicentral, por lo que es posible hacer combinaciones que produzcan el mismo resultado.
Cabe preguntarse lo siguiente: ¿de qué le sirve al diseñador conocer la magnitud si ya cuenta con un mejor parámetro de estimación de la amenaza sísmica sobre las estructuras?
Redactaron: Ing. María Laporte, M.Sc. y Ing. Guillermo Santana, Ph.D.

CapÍtulo 4 ClasificaciÓn de las estructuras y sus componentes

4.1 ¿Por qué la ductilidad global asignada para el diseño símico de toda la estructura es la menor de las ductilidades correspondientes a cada dirección principal? (Abril-2011)

La sacudida sísmica en un sitio determinado es un movimiento que presenta desplazamientos, velocidades y aceleraciones en los tres componentes cartesianos, es decir, en la dirección vertical y en dos componentes horizontales comúnmente registradas en la dirección norte-sur y este-oeste.
Estas componentes de movimiento muestran direcciones principales que se definen como aquellas donde las aceleraciones de una dirección no realizan trabajo en los desplazamientos de la otra dirección.
Usualmente la dirección vertical es una dirección principal. Estas direcciones principales pueden ser conocidas sísmicamente después de que se registre un evento sísmico en un determinado sitio. Es decir, a la hora del diseño son una incertidumbre más.
Las estructuras construidas por el hombre se ubican en el espacio tridimensional y por lo tanto están sujetas a tener una respuesta en tres direcciones. Existe un ángulo de incidencia crítico de la sacudida sísmica que causa la mayor respuesta sísmica tridimensional.
Este ángulo es desconocido a la hora del diseño estructural pues se desconoce la orientación de los ejes principales de la sacudida sísmica, ya que la misma depende de las características del evento sísmico que causa la sacudida.
El Código Sísmico de Costa Rica ha aceptado de manera simplificada que estructuras simétricas, que se verán libradas de la respuesta torsional en planta, sean analizadas como estructuras “planas” cuya respuesta en cada dirección está desacoplada de la respuesta en la otra dirección. Esto es enteramente cierto mientras la respuesta se mantenga en el rango lineal elástico. Una vez que se inicie el comportamiento no lineal, la estructura deja de ser simétrica en sus elementos en flexocomprensión. En estructuras simétricas el Código Sísmico de Costa Rica acepta que la respuesta sísmica y el diseño correspondiente se calculen independientemente para cada dirección ortogonal horizontal. Se acepta también que la respuesta vertical no es crítica y no requiere más revisiones ni diseños ya que la estructura fue diseñada para cargas verticales mayores que las que se presentan durante la sacudida sísmica. Para las asignaciones de las fuerzas de diseño en cada dirección ortogonal, se deberá usar el espectro reducido con la menor de las ductilidades asignadas a la estructura en cada dirección ortogonal. Esto es así, claro está, porque la respuesta de la edificación es tridimensional, y en la dirección principal de la sacudida tenderá a generar fuerzas mayores que las generadas en cada dirección ortogonal de la estructura.
Según lo anterior se requiere que la ductilidad asignada para generar las fuerzas de diseño sea la menor de las calculadas en cada dirección ortogonal.
Esto garantiza que las fuerzas generadas en la estructura para efectos de diseño (fuerzas reducidas por ductilidad) en la dirección principal del sismo sean iguales o mayores que las fuerzas reales en esa dirección.
En el caso de estructuras no simétricas esta argumentación sigue siendo válida.
Redactó: Dr. Miguel Cruz Azofeifa

4.2 ¿Por qué no es necesario aplicar de manera simultánea el 30% de las fuerzas de sismo en la dirección perpendicular, cuando la estructura es regular? (Mayo-2011)¿Por qué es necesario combinar los efectos de cargas en dos direcciones en estructuras no simétricas?

Como ya se mencionó en el artículo anterior, si se considera la sacudida como un fenómeno tridimensional y la respuesta como su efecto tridimensional, entonces la ductilidad demandada en estas condiciones es única y no podrá asignarse ductilidad diferente en cada dirección ya que el comportamiento no lineal se encargará de acoplar las respuestas en una sola respuesta que demanda “una sola” ductilidad. Para efectos de diseño y de manera segura, se escoge entonces la menor ductilidad asignada en cada dirección ortogonal y se utiliza como única para el diseño de toda la estructura.
En el caso de las estructuras que no son simétricas, el efecto de la respuesta tridimensional no puede desacoplarse en cada dirección ortogonal, ni aun en el rango elástico. En este caso el Código Sísmico de Costa Rica, además de requerir el uso de una única ductilidad, requiere el análisis simultáneo con cargas aplicadas en cada dirección ortogonal. Esta aplicación de cargas se estima, probabilísticamente, como el 100% de la carga en la dirección de análisis considerada más el 30% de las cargas en la dirección ortogonal. Estas combinaciones conducen a cubrir apropiadamente la variación del ángulo de incidencia de la dirección principal de la sacudida con respecto a los ejes ortogonales del edificio.
Existe un tipo especial de estructuras que tiene una dirección que se mantiene en el rango elástico; es decir, que sin importar la respuesta no lineal en la otra dirección, esa dirección en particular tiene resistencia suficiente para permanecer elástica durante la sacudida. En estos casos es evidente que la disipación de energía se da solo en la dirección más débil y entonces la ductilidad asignada para la dirección más débil puede ser usada para diseñar en esa dirección.
Puede decirse que la ductilidad de la respuesta tridimensional estará determinada únicamente por el comportamiento no lineal de la dirección más débil y por lo tanto la ductilidad para diseño en la dirección débil no se verá modificada por la respuesta en la otra dirección.
Redactó: Dr. Miguel Cruz Azofeifa

CapÍtulo 5 COEFICIENTE SÍSMICO

5.1 ¿Por qué se usa la aceleración efectiva en vez de la aceleración máxima para calcular el coeficiente sísmico y las fuerzas de diseño? (Noviembre-2009)

Tradicionalmente la mejor manera de estimar el efecto de un movimiento sísmico sobre una edificación ha sido mediante la estimación de la aceleración del terreno en vista de que es proporcional a la fuerza ejercida. Sin embargo, para estimar el efecto completo debemos analizar la variación total de la fuerza durante el intervalo de tiempo que dure la vibración de la edificación.
La primera gran simplificación de la que se echa mano consiste en el uso de valores máximos. De esta forma se concluye que la aceleración que produzca la fuerza máxima, sin importar en cuál instante de la vibración ocurra, es la fuerza que gobierna el diseño. Esta simplificación encontró cabida en los primeros códigos de diseño sismorresistente. Sin embargo, ha sido necesario introducir modificaciones y correcciones porque la aceleración máxima por sí sola no refleja otras características importantes del efecto de los sismos: contenido de energía, duración y contenido de frecuencias de la excitación
La solución al problema presentado se plasma en los códigos de diseño recientes a través de, entre otras medidas, la definición de aceleraciones efectivas. La aceleración efectiva, tal y como se establece en el CSCR-2002, resume los efectos de considerar la aceleración máxima esperable, la duración máxima esperable y la cantidad máxima de energía cinética esperable para un tipo de sitio específico.
Redactó: Dr. Ing. Guillermo Santana

CapÍtulo 7 MÉtodos de anÁlisis y desplazamientos lÍmite

7.1 ¿Es correcto suponer que las cimentaciones están empotradas en la base cuando se realiza el análisis estructural? (Marzo-2011)

Los Comentarios al Código Sismico de Costa Rica indican:
La suposición de empotramiento perfecto de los cimientos en el suelo es una suposición práctica para efectos de diseño. La consideración de la flexibilidad de la cimentación puede conducir a fuerzas internas en los elementos y a desplazamientos de la estructura muy diferentes a los obtenidos con la suposición de empotramiento perfecto. Por lo tanto, en el caso de incluirse la flexibilidad de la base en el análisis, deberá justificarse con documentos de cálculo el valor de dicha flexibilidad. Esta flexibilidad es función de las características de deformación del suelo, del nivel de deformación y de la geometría del cimiento.
Para más detalle sobre las metodologías de análisis de cimientos flexibles, el lector debe referirse a referencias especializadas como Jiménez Salas: “Geotécnia y Cimientos” (1975), Bowles: “Foundation Analysis and Design” (1988), Braja Das: “Principles of Foundation Engineering” (1999) o textos de resistencia de materiales.
Redactó: Ing. Roy Acuña P. con referencia a los Comentarios al CSCR 2002

CapÍtulo 8 Requisitos para concreto estructural

8.1 En vista de la advertencia que ha hecho el CFIA sobre varillas importadas que no tienen el diámetro esperado, ¿cuáles deben ser las condiciones que se deben solicitar en el momento de realizar la compra del material o al inspeccionarlo? (Setiembre-2009)

La Comisión Permanente del CSCR ha conocido el comunicado especial del CFIA “Utilización de varilla en las construcciones” del 18 de agosto de 2009 y presenta los siguientes comentarios y aclaraciones con el fin de que se pueda ampliar el criterio de los profesionales:

• Para garantizar el adecuado comportamiento de un elemento diseñado de acuerdo con la normativa del CSCR 2002, el acero de refuerzo debe cumplir con la norma ASTM A706 o, en su defecto, con la norma A615 para grados 40 y 60. Si el fabricante no puede garantizar el cumplimiento de las normas ASTM supracitadas, el material no es aceptable.
• La aceptación del tipo de varillas no está sujeta solo a ajustar el área a suministrar al área indicada en los planos, resultado del diseño estructural, ni tampoco a considerar únicamente el esfuerzo de cedencia del material, sino que hay otros parámetros que están también considerados en las normas aceptadas por el CSCR 2002, tales como composición química, resistencia última y elongación, entre otros.
• Las características técnicas de las varillas de refuerzo para elementos de concreto se encuentran en el inciso 8.1.2 del CSCR.
  Redactó: Ing. Roy Acuña
  

8.2 ¿Cómo se debe interpretar el cálculo del refuerzo mínimo en vigas de concreto? (Noviembre-2010)

El artículo 8.2.3 determina la cantidad mínima del área de refuerzo en tracción que se debe colocar en cualquier sección de un elemento en flexión. Se indican tres formas de calcular esa cantidad; inicialmente se debe cumplir con el mayor de los siguientes valores:

(14/ fy ) bw d, cm2.

b. (, cm2.

La primera fórmula provee la cantidad de acero que permite que la sección soporte el momento que causa el agrietamiento de la sección. Con eso se evita que la sección pierda resistencia luego de agrietarse.
La segunda tiene el mismo objetivo y rige el diseño cuando el concreto tiene resistencia superior a f’c = 300 kg/cm2.
Cuando la sección de concreto es muy grande para el momento que debe resistir, como en algunos elementos que se dimensionan de acuerdo con criterios arquitectónicos, el momento de agrietamiento puede ser muy grande comparado con el momento de diseño, por lo que no es necesario tener una cantidad de acero que soporte el momento de agrietamiento. En ese caso se toma un factor de seguridad de 1.33 y es suficiente colocar un tercio adicional a la cantidad del acero de refuerzo calculado en el análisis.
Esa cantidad de acero es la que corresponde a la zona de la sección que soporta tracción.
De manera similar se debe entender la restricción de no traslapar más del 50% del acero de refuerzo en una misma sección (8.1.5). Se refiere al área de acero en tracción.
Redactó: Ing. Roy Acuña

8.3 ¿Cómo se determinan los valores de rigidez de los elementos en una estructura de concreto (inciso 8.1.3)? (Febrero-2011)

La rigidez a flexión, EI, varía a lo largo de un elemento en flexión, desde un valor que corresponde a una sección no agrietada donde el momento flexor es menor que el momento de agrietamiento, a valores que corresponden a una sección parcialmente agrietada en secciones donde el momento flexor es mayor. Para simplificar el análisis, a menos que se cuente con una estimación más precisa del grado de agrietamiento para las cargas de servicio, se considera satisfactorio utilizar momentos de inercia equivalentes en el análisis para cargas de servicio. El momento de inercia equivalente toma en consideración la variación de EI a lo largo del miembro y el efecto de la rigidez por tracción en el concreto. Este último efecto se da ante cargas ligeramente mayores que la carga de agrietamiento, cuando está presente una parte significativa de la fuerza de tracción entre grietas. Ante cargas mayores, esta fuerza de tracción en el concreto es muy pequeña, comparada con la fuerza de tracción que toma el acero de refuerzo, por lo que la sección es prácticamente una sección completamente agrietada.
El valor de EI seleccionado para un elemento en flexocompresión procura ser una aproximación de la rigidez a flexión de la columna en el momento de la falla, considerando el tipo de falla y los efectos de agrietamiento, flujo plástico y la no linealidad de las curvas de esfuerzo – deformación en el momento de la falla. Puede darse una falla del material en una sección muy esforzada o puede ocurrir una falla por estabilidad, que ocurre antes de que la sección falle; este tipo de falla corresponde a un valor de EI mucho mayor.
Redactó: Ing. Roy Acuña P. con referencia a los Comentarios al CSCR 2002

CapÍtulo 9 Requisitos para mamposterÍa estructural

9.1 ¿Es cierto que es prohibido utilizar varillas lisas #2? ¿Se ofrecen en el mercado nacional varillas #2 corrugadas? (Setiembre-2008)

El CSCR establece en el capítulo de mampostería estructural:

• 9.3.3.c. Refuerzo de muros
  El diámetro del refuerzo horizontal no debe ser menor que 0.60 cm (varilla #2) siempre y cuando sea corrugado…
• 9.3.5. Requisitos para el refuerzo de la mampostería
  a. Varillas lisas
  El uso de varillas lisas se restringe a aquellas con un diámetro máximo de 0.64 cm (varilla # 2), y que sean aros con ganchos doblados a 135º en los extremos.
  

En el mercado nacional no se ofrecen varillas #2 corrugadas. Se ofrecen varillas lisas, algunas con diámetros menores que los indicados por el CSCR y alambre estriado con diámetro de 0.55 cm.
Redactó: Ing. Roy Acuña

9.2 ¿Es válido utilizar varillas #2 en las estructuras de mampostería? (Octubre-2009)

Se deben considerar dos casos en la utilización de las varillas #2: como refuerzo horizontal de paredes de mampostería y como aros de elementos de confinamiento.
En el caso del refuerzo de paredes se pueden utilizar las varillas #2 solo si son corrugadas y se debe cumplir con el porcentaje mínimo de refuerzo, según lo que establece el Código en el artículo 9.3. Debe notarse que en el mercado nacional no se ofrecen varillas #2 corrugadas sino alambres estriados con un diámetro inferior al de la varilla #2.
Por otro lado, sí es válido usar varillas lisas para construir los aros de columnas y vigas que se utilizan como elementos de confinamiento de las paredes de mampostería. Los aros no requieren trasmitir esfuerzos de adherencia con el concreto, por lo que las varillas lisas y los alambres estriados pueden ser utilizados. En el capítulo 17 del Código, dedicado a vivienda, se incluyen recomendaciones sobre el uso de estos aros #2.
Redactó: Ing. Roy Acuña

CapÍtulo 10 Requisitos para acero estructural

10.1 En una estructura de acero (A36 o laminado en frío) donde los efectos de la carga por empuje de viento son mayores que los de las fuerzas de diseño por sismo, ¿se debe cumplir los lineamientos del CSCR 2002 en cuanto a espesores mínimos, columna fuerte-viga débil, etc.? (Enero-2011)

Toda edificación o estructura similar en territorio costarricense debe cumplir con el CSCR 2002, independientemente de si se consideran o no las fuerzas de viento en el diseño de esta. Este código le permite al profesional responsable hacer verificaciones de comportamiento sísmico utilizando los métodos alternos de análisis del artículo 7.7 y tomar las decisiones profesionales que considere apropiadas para asegurar las ductilidades supuestas en el diseño y evitar estructuras frágiles.
Debe tomarse en cuenta que el CSCR 2010 será más explicito estableciendo expresamente la prohibición del uso de estructuras frágiles y exigiendo una ductilidad global intrínseca mínima de 1.5, calculada de acuerdo a los métodos alternos de análisis, aún en el caso en que se diseñe para un comportamiento elástico.
Redactó: Comisión del CSCR

10.2 ¿Cuáles cambios se presentan en el capítulo de acero del CSCR 2010?

El capítulo para el diseño de estructuras de acero en el nuevo Código Sísmico de Costa Rica 2010 introduce cambios importantes con respecto a la versión del 2002. En parte estas modificaciones obedecen a los cambios presentados en las nuevas disposiciones sísmicas del AISC (American Institute of Steel Construction), que están por ser publicadas en el segundo semestre del 2011, pero por otro lado se modifican también los requisitos generales y de diseño de los sistemas sismorresistentes para mayor claridad y congruencia.
Los requisitos generales para las estructuras de acero incluyen ahora una sección de planos y especificaciones, donde se indica que el profesional responsable del diseño tiene la necesidad de mostrar cuáles son los sistemas sismorresistentes, sus elementos y conexiones, así como la ubicación de zonas protegidas. De igual manera se indica la necesidad de contar con planos de taller y montaje para cualquier sistema sismorresistente y que estos documentos son responsabilidad del profesional responsable de la construcción.
De forma similar al CSCR 2002, la determinación de la ductilidad global de cada sistema sismorresistente se hace mediante la asignación de ductilidades locales; sin embargo, se han aumentado las ductilidades globales de los marcos arriostrados concéntrica y excéntricamente (SCBF y EBF) así como las de los sistemas laminados en frío de secciones esbeltas, cuando cuentan con uniones precalificadas.
Como parte de las modificaciones a las disposiciones de los sistemas sismorresistentes, se ha incluido un nuevo sistema: los muros de corte a base de placas (SPSW). Se han hecho correcciones importantes a los sistemas antes denominados “laminados en frío”, aclarando que su ductilidad es restringida cuando estos tienen elementos con secciones esbeltas y que esta restricción no tiene relación con su proceso de fabricación (laminación en frío).
En el CSCR 2010 se introducen requisitos de control de calidad, reconociendo que estos son esenciales para alcanzar el buen comportamiento de los sistemas. En este nuevo código, las disposiciones para el control de calidad son más rigurosas, con requisitos de documentación en función de la clasificación según la importancia de la estructura, así como con los requisitos para las tareas de inspección.
Si bien en la versión anterior de este capítulo se presentaron de forma incipiente detalles de uniones precalificadas, no fue hasta tiempo después que el AISC reconociera el costo de tener que hacer ensayos para cada unión en cada proyecto y es así como surge el documento AISC-ANSI 358, con requisitos para uniones precalificadas. Este catálogo de detalles de uniones precalificadas y sus requisitos de diseño se han incorporado en un nuevo apéndice del CSCR 2010, para que puedan ser utilizadas como uniones precalificadas en los sistemas de marcos tipo SMF e IMF.
Redactó: Dr. Ing. Eduardo Guevara

CapÍtulo 13 CIMENTACIONES

13.1 ¿Cómo se debe calcular la fuerza de empuje por sismo en un muro de retención? (Agosto-2010)

Redactó: Ing. Johnny Granados B.El CSCR vigente indica que en el diseño de muros de retención se debe considerar la fuerza horizontal de sismo producida por el relleno. En los Comentarios al Código Sísmico de Costa Rica 2002 se describe y amplía un procedimiento simplificado, usualmente utilizado para estimar la presión producida por esta componente horizontal de la acción sísmica.
Debe tomarse en consideración que este procedimiento simplificado es aplicable para muros de retención en voladizo, en condición de empuje activo, con relleno granular en condición de suelo no sumergido y una altura del orden de 10 m o menor.
Para el caso de suelos sumergidos se debe considerar la permeabilidad del material de relleno, que influye en la estimación del peso volumétrico del relleno a considerar y, además de la presión hidrostática, se debe tomar en cuenta la presión hidrodinámica que produce la respuesta dinámica del agua contenida en el relleno.
Para analizar el caso de muros de retención masivos cimentados en roca o de muros de sótano que están soportados en su cimentación y en su corona, de manera tal que su desplazamiento está restringido, se recomienda usar el criterio de análisis para muros rígidos, desarrollado por J. Wood.
Como referencias se sugiere consultar “Geotechnical Earthquake Engineering”; de Steven L. Kramer; “Código de Cimentaciones de Costa Rica”.

CapÍtulo 15 DiagnÓstico y adecuaciÓn sÍsmica

15.1 ¿Por qué se acepta, cuando se realiza un diagnóstico estructural de una edificación existente, que la resistencia sea superior a dos tercios de la resistencia que se le exige a una estructura que va a ser diseñada? (Junio-2009)

Muchas edificaciones fueron construidas antes de que entrara en vigencia el actual código y las construidas antes de 1972 (fecha del primer código sísmico de nuestro país) ni siquiera incluyen consideraciones sobre la sismicidad de Costa Rica. Por otro lado, el conocimiento sobre el comportamiento de las estructuras durante los terremotos y los métodos de análisis se ha desarrollado mucho durante las últimas décadas.
No se pretende que las edificaciones existentes tengan una capacidad de resistir la totalidad de las fuerzas de diseño que exige el código a las estructuras nuevas, pues ya han cumplido parte de su vida útil y se pretende no desestimular a los propietarios para que realicen las adecuaciones estructurales necesarias.
Esto también es un reconocimiento de que el desempeño estructural depende de muchos factores, y que la resistencia no es el único parámetro que determina que sea aceptable o no. Sí se exige que se eliminen los problemas de estructuración y las irregularidades que provocan desempeño deficiente.
Redactó: Ing. Roy Acuña

15.2 ¿Qué medidas se pueden tomar para reducir los riesgos en edificaciones construidas en la década de 1960 o anteriores, cuando no existía el Código Sísmico de Costa Rica? (Febrero-2010)

Muchas de las edificaciones de nuestro país fueron construidas antes de que se publicara por primera vez el CSCR en 1974 y los requisitos han sido actualizados en los códigos de 1986 y de 2002.
Se puede esperar que un alto porcentaje de las edificaciones construidas en el siglo XX tengan un riesgo mayor que las diseñadas con el código actual, pues el conocimiento de la sismicidad de nuestro país ha aumentado, los procedimientos de análisis y diseño en general son más confiables y la práctica constructiva ha evolucionado y mejorado con la aparición de las nuevas versiones del Código.
Los propietarios interesados en conocer la seguridad de sus edificaciones pueden solicitar un diagnóstico de sus inmuebles, que puede aportar información sobre su seguridad o su vulnerabilidad ante un evento sísmico destructivo, así como de las medidas que pueden ser tomadas para mejorar su condición estructural y aumentar su vida útil. El capítulo 15 del CSCR está dedicado precisamente al diagnóstico y a la adecuación de estructuras existentes.
Desde 1987 existe un decreto ejecutivo que obliga a los ministerios y a las instituciones públicas a realizar estudios de la capacidad de los edificios públicos y a realizar las obras que sean necesarias para mejorar su seguridad.

15.3 ¿Cómo se determina si una edificación existente es segura?(Julio-2011)

No solo nos debe interesar conocer los procesos que forman parte del diseño estructural que proporciona la seguridad de edificaciones nuevas, sino aquellos que se refieren al análisis del gran inventario de edificaciones públicas y privadas con que cuenta nuestra sociedad, construidas antes de que se conocieran los métodos actuales de diseño contra terremotos.
El código sísmico incluye un capítulo llamado “Diagnóstico y adecuación sísmica” que indica los requisitos que se deben cumplir cuando se requiere conocer la seguridad de una edificación existente. En este capítulo se dan las guías para que los ingenieros estructurales realicen un estudio amplio y puedan conocer las condiciones de la estructura para que las propuestas de adecuación sean las apropiadas.
En el inciso 15.1.b se lee:

El diagnóstico de vulnerabilidad sísmica de una edificación existente y su posterior adecuación sísmica requieren, de parte del profesional responsable, un conocimiento amplio de los parámetros que determinan el desempeño de la estructura ante la acción de los sismos.

Un tema que debe quedar claro es que realizar un diagnóstico estructural o estudio de vulnerabilidad sísmica no consiste en volver a diseñar la estructura y comparar los resultados, en términos de refuerzos requeridos, con los refuerzos disponibles. Eso equivale a pensar que solo el tema de fuerzas y resistencias es importante, lo cual es totalmente falso, y en caso de que el análisis se limite a esta comparación, se puede llegar a conclusiones equivocadas.
Es necesario valorar las irregularidades en planta y en altura, las condiciones de los materiales, los detalles constructivos y otros parámetros que determinan el desempeño. También se requiere conocer el mecanismo de colapso, al menos en su etapa inicial, y los daños que se pueden presentar durante un sismo fuerte.
Redactó: Ing. Roy Acuña P.

CapÍtulo 17 VIVIENDA UNIFAMILIAR

17.1 ¿Las vigas coronas pueden armarse en general con 4 varillas #3? (Noviembre-2008)

Las paredes de mampostería son estabilizadas lateralmente mediante la colocación de la viga corona, que trasmite las cargas horizontales del sismo hacia las paredes o columnas que dan apoyo perpendicular a las cargas. En consecuencia, la luz de la viga es la distancia entre esos apoyos y la “altura” de la viga es, por lo general, 12 ó 15 cm (ancho de la pared) pues las cargas son horizontales.
Es claro que a medida que aumenta la longitud de la pared y de su viga corona se va a requerir más refuerzo. En la zona sísmica III el refuerzo de 4 varillas #3 es suficiente solo en los casos en que la pared mida hasta 4 m entre apoyos.
Los refuerzos de viga corona para otras condiciones se indican en el capítulo 17 del Código sísmico de Costa Rica 2002
Redactó: Ing. Roy Acuña

17.2 ¿Cuáles requisitos debe tener una vivienda unifamiliar para poder aplicar el diseño estructural simplificado? (Febrero-2009)

En el capítulo 17 del Código Sísmico de Costa Rica 2002 se establecen los siguientes requisitos:

• Área máxima de 250 m2
• Altura de pared de piso a cielo de no más de 3.00 m
• Altura de pared incluyendo tapicheles de no más de 4.20 m
• Fundaciones apoyadas sobre suelo firme
• Paños de pared con una relación de altura sin soporte lateral a espesor no mayor que 25.
• La longitud mínima de paredes de altura completa debe ser 0.40 m por cada metro cuadrado de área de construcción en cada planta. La longitud mínima en cada dirección no puede ser menor de un tercio de la longitud mínima total.
• La distancia máxima entre los elementos que proveen la estabilidad lateral a las paredes no debe exceder de 7m.
  

Además se debe cumplir con la cantidad máxima de niveles según el material estructural que se desea utilizar (tabla 17.1)
Los profesionales tienen a su disposición el programa DSV (diseño simplificado de vivienda) dentro del espacio del CSCR que tiene la página web del CFIA.
Redactó: Ing. Roy Acuña

17.3 ¿Cómo se determina el refuerzo mínimo de las paredes de mampostería? (Diciembre-2008)

Para determinar el refuerzo se debe cumplir con las condiciones siguientes:

• La suma de las áreas de refuerzo horizontal y vertical debe ser como mínimo 0.002 veces el área bruta de la pared.
• El área de refuerzo mínima en una dirección debe ser 0.0007 veces el área bruta.
• El espaciamiento máximo de las varillas de refuerzo vertical u horizontal debe ser 80 cm.
  

Se puede utilizar varias combinaciones de varillas con diferentes diámetros y separaciones, que varían de acuerdo con el espesor de las paredes.
Se debe tomar en cuenta que todas las varillas verticales y horizontales deben quedar embebidas en concreto en toda su longitud con un recubrimiento mínimo de 1.5 cm a la pared del bloque.
Redactó: Ing. Roy Acuña

17.4 ¿Cuales sistemas prefabricados están autorizados por el CSCR? (Febrero-2009)

El código sísmico provee normas para el diseño formal de las estructuras, que deben ser cumplidas por los diseñadores que utilizan los sistemas prefabricados.
Para el caso del diseño simplificado, que solo puede ser aplicado en viviendas unifamiliares, se autoriza utilizar sistemas prefabricados de concreto para casas de un piso, que deben cumplir los requisitos indicados en el artículo 17.1. Se pueden utilizar los sistemas de columnas con baldosas horizontales y de baldosas verticales. Es muy importante seguir los detalles indicados en el código para lograr que las piezas prefabricadas se integren y formen una estructura estable ante movimientos sísmicos.
El CSCR no autoriza sistemas específicos de los fabricantes, sino que da las guías para los sistemas comentados. Es responsabilidad de los diseñadores y de los fabricantes analizar las condiciones de cada vivienda para determinar si las condiciones mínimas que exige el código son suficientes. Por ejemplo, el tamaño de las piezas que sirven de amarre superior y los detalles de unión con las columnas o baldosas deben ser recomendados por el fabricante o diseñados por el profesional responsable.
Redactó: Ing. Roy Acuña

17.5 Si una pared de bloques tiene 9 m de longitud y se coloca una columna intermedia, ¿eso es suficiente para cumplir con el requisito de que las paredes no excedan 7 m entre apoyos? (Mayo-2009)

Para realizar el diseño estructural simplificado de una vivienda, uno de los requisitos es que la distancia máxima entre los elementos que proveen la estabilidad lateral a las paredes no debe exceder los 7 m.
Una columna del ancho de la pared no provee estabilidad lateral porque es un elemento que no es mucho más rígido que la pared. Lo que se requiere es una columna perpendicular a la pared, con una cimentación apropiada para soportar los momentos de volcamiento. También se puede utilizar una mocheta formada con bloques reforzados.
Los detalles de las columnas, mochetas de mampostería y las placas de cimentación se encuentran en el artículo 17.3.4 del Código sísmico, donde se indica también el refuerzo de esos elementos.
Redactó: Ing. Roy Acuña

17.6 ¿Cuándo en una casa se coloca refuerzo vertical y horizontal dentro de las paredes de bloques, pero también se colocan columnas de concreto en varios lugares, el sistema estructural es de mampostería reforzada o de marcos rellenos de mampostería?(Julio-2009)

El sistema de mampostería integral consiste en paredes de bloques con refuerzo vertical y horizontal que debe cumplir con cantidades mínimas y separaciones máximas. En las intersecciones se colocan varillas adicionales para que la unión sea adecuada.
En el sistema de marcos rellenos de mampostería los elementos principales son las columnas que deben tener una separación máxima de 3 m cuando la pared tiene bloques de concreto. Además, deben existir columnas de concreto reforzado en intersecciones y esquinas de paredes, en ambos extremos de paredes aisladas, en los bordes libres de toda pared y alrededor de puertas y ventanas.
Las paredes de mampostería integral pueden incluir columnetas de concreto para soportar cargas verticales, para lograr confinamiento o para otros objetivos, de acuerdo con los criterios de diseño del profesional. Este es un sistema muy utilizado en nuestro país en casas de uno o de dos pisos. En este caso se debe cumplir con los refuerzos de las paredes que establece el CSCR en el artículo 17.3.3
Redactó: Ing. Roy Acuña

17.7 ¿Es posible aplicar el diseño simplificado para viviendas en cualquier parte del país? (Octubre-2008)

El capítulo 17 del CSCR incluye las condiciones que se deben cumplir en una vivienda para poder aplicar el método simplificado. Se incluyen recomendaciones para elementos de concreto que difieren según la zona sísmica. En cuanto al terreno se indica en los Comentarios al CSCR:

Las fundaciones deben estar apoyadas sobre suelo firme. Para efectos de esta sección del código, se puede entender como suelo firme aquel que posea una capacidad soportante a la falla de por lo menos 30 ton/m2. El profesional debe a través de un estudio de suelos conocer las características del terreno. El diseño simplificado no se debe usar cuando la vivienda se encuentra sobre estratos compresibles, rellenos mal consolidados construidos sin el equipo y la compactación necesaria, arcillas expansivas, suelos donde se pueda dar el fenómeno de licuación o cuando es necesario usar fundaciones profundas como pilotes. Tampoco es recomendable cuando la pendiente del terreno excede los 30°.

Como los laboratorios de materiales acostumbran reportar la resistencia admisible del terreno, se aclara que la resistencia mínima es 10 ton/m2 con un factor de seguridad igual a 3.
Redactó: Ing. Roy Acuña

17.8 Cuando se trabaja con mampostería integral, en la figura 17.24 del CSCR se dan dos opciones  de viga corona. La consulta es la siguiente: ¿la viga-bloque indicada se puede utilizar como viga a nivel del entrepiso que es parte del sistema sismorresistente que soporta las viguetas de entrepiso? (Sobre todo en vigas que descansan en su totalidad en muros de corte). (Setiembre-2010)

El capítulo 17 del código sugiere detalles para el "diseño simplificado" de viviendas y en nada sustituye la responsabilidad del profesional en el diseño de los elementos estructurales que resisten las cargas gravitacionales. Es el profesional del proyecto el responsable de verificar si el sistema propuesto es seguro y económico.
El uso de vigas de mampostería para soportar cargas de entrepiso es permitido y es una práctica común en otros países; sin embargo, en términos prácticos es recomendado si y solo si se usan unidades de por lo menos 20 cm de espesor. Esto para que los elementos del entrepiso tengan suficiente apoyo y para que los esfuerzos de aplastamiento en la mampostería no sean excesivos.
Redactó: Ing. Álvaro Poveda Vargas, M. Sc.

17.9 ¿En qué casos es necesario utilizar bloques de 15 cm de espesor en las paredes de viviendas? (Octubre-2010)

En el capítulo 17 se indica que el espesor mínimo de los bloques es de 12 cm para paredes de bloques, en casas diseñadas mediante el método simplificado. Sin embargo, utilizar bloques de 12 cm puede no ser seguro en las paredes de la planta baja en casas de dos niveles.
En casas de un piso, las paredes deben soportar las fuerzas horizontales que se generan cuando ocurre un sismo, que son proporcionales al peso de las paredes y del techo. En este caso las paredes de 12 cm de espesor pueden aportar la resistencia para soportar esas fuerzas.
En casas de dos niveles, las paredes que soportan el entrepiso deben aportar la resistencia a las fuerzas horizontales, que son proporcionales a la suma de los pesos del entrepiso, del techo y de las paredes de planta baja y de planta alta. Es claro que estas fuerzas son mayores que las fuerzas que se presentan en una casa de un piso con la misma área. En estos casos se necesita una cantidad de paredes mayor para soportar esas fuerzas.
El uso de paredes de 15 cm en planta baja ayuda a aumentar la resistencia al cortante en paredes que soportan entrepisos, no solo porque tienen un área mayor, sino porque tienen más cantidad de refuerzo que las paredes de 12 cm. Por eso es conveniente utilizar bloques de 15 cm en paredes de planta baja en casas de dos pisos.
Redactó: Ing. Roy Acuña