AISLADORES SÍSMICOS DE 800 AÑOS

Granada es conocida por complejos monumentales como la Alhambra, por el común de las personas y por ser el punto de España con mayor aceleración sísmica, por los ingenieros, ya sea en la NCSE-02 (0.23g) o en la NCSR-22 (0.26g aprox) qué tanta oposición está generando.

Habiéndose comenzado a construir en el año 1238, la Alhambra es un monumento que casi suma 800 años desde su comienzo de construcción (que no de finalización).

Ilustración 1. Vista de la Alhambra desde la colina de Albaicín.

Es una suerte que hasta el día de hoy se mantenga en gran estado a pesar del tiempo y de los movimientos y que se pueda contemplar su arquitectura. Especialmente llamativas son las esbeltas y frágiles columnas de mármol que tan frecuentemente se encuentran:

Ilustración 2. Algunas de las columnas de mármol de la Alhambra.

Si se para a analizar la estructura, se observa que es exactamente lo contrario que cabría diseñar en una zona sísmica:

·         La mejor definición de péndulo invertido (dejando de lado los depósitos elevados), concentración masa en la parte superior de la estructura

·         Una discontinuidad semejante a la de piso blando, en la que se da una discontinuidad vertical severa en la rigidez del sistema cuando se pasa de las columnas de mármol a los arcos de yeso con mármol molido.

Si se realiza un corte transversal del pasillo (Ilustración 4), el pórtico resultante se compone por una sección masiva de muro de carga, un forjado entrevigado de madera rígido sobre la que descansa una cubrición pesada de teja y la columna de mármol que carga los arcos de yeso.

Ilustración 3. Esquema estructural, excentricidad torsional y reparto de cortante basal.

Del esquema se desprenden dos detalles:

El primero, es que el centro de gravedad y de rigideces del esquema estructural, no se pueden presumir superpuestos, ya que a pesar de que la parte más masiva y rígida sea el muro, la masa del forjado desvía la posición del centro de gravedad de la sección. Esto genera una excentricidad entre centros, que en caso de acción símica derivan en el pernicioso momento torsor accidental.  

Ilustración 4. Clara discontinuidad de rigideces en pasillo aporticado.

El segundo detalle, es que la contribución a la resistencia frente a cortante basal de la columna no puede ser despreciado a priori, a pesar de que cuantitativamente la rigidez de la columna se sustancialmente inferior a la del muro, dada la distribución de masas del sistema (la mitad del forjado tenderá a descansar sobre la hilera de columnas y la totalidad de la sucesión de arcos de yeso).

Este análisis descriptivo se realiza sin ánimo de exhaustividad y dejando de lado otras precisiones a nivel de cálculo (frecuencias y modos de vibración, no linealidades del material, fisuraciones, rigidez de piso, aberturas, etc.).

Acción - reacción

Llegado a este punto, ¿Cómo es que las columnas pueden soportar la acción cortante? La respuesta: no generando oposición al cortante, o al menos minimizando o mitigando esta oposición mediante juntas que permitan el deslizamiento relativo entre partes. Toda reacción es resultado de la coacción de desplazamientos o giros, si se elimina la coacción y se permite el giro o el desplazamiento, la reacción correspondiente desaparece.

Ilustración 5. Juntas de plomo.

En este caso, se permite cierto grado de deslizamiento entre partes disponiendo concretamente 3 chapas de plomo: 1 en la base y dos en los capiteles que trabajan como aisladores símicos.

Si se recorre la Alhambra buscando este detalle se verá que esta propuesta de aislamiento sísmico para columnas de mármol se repite numerosas veces, tanto en patios, en accesos como en pasillos, pero siempre con un punto en común y es que exista un muro más o menos próximo que actúe como punto de retenida en última instancia.

Estos aisladores podrían recordar, salvando las distancias, a aparatos de apoyo tipo «pot» bidireccional de teflón. A pesar de que el teflón se encuentre entre los materiales con un menor coeficiente de fricción (que además se ve afectado positivamente por la tensión normal), no es menos cierto que elementos mecánicos como cojinetes se diseñan de aleaciones de material suave y con bajo coeficiente de fricción como estaño, cadmio o plomo.

Ilustración 6. Reducción del cortante basal una vez dispuestos los aisladores.

La reacción de cortante basal recibida por la columna guardará proporcionalidad con la acción normal que la columna reciba y el coeficiente de fricción estática entre las superficies plomo-mármol. Mayor sea el peso que se transmite en la columna, mayor la normal y mayor el cortante.

El resto del cortante (la inmensa mayoría), será soportado por el muro. En caso de que no existieran los aisladores símicos, el reparto de cortante sería por rigideces y todo indica que las columnas no lo soportarían.