Els edificis recolzats en parets de càrrega i el sisme Funcionament de la fàbrica davant dels terratrèmols

L’estructura, esquelet de l’edifici, té un paper rellevant en l’espai arquitectònic, alhora que sustenta, i transmet totes les càrregues de l’edifici al terreny. Un clar exemple és el sistema estructural de parets de càrrega, sistema extensament emprat fins a mitjans del segle passat, que configurava el disseny de l’edifici i distribuïa les càrregues extraordinàriament repartides en la fonamentació.

Actualment els murs portants encara configuren la majoria de la nostra trama urbana i rural. Aquest model funciona sobretot isostàticament, on les biguetes descansen directament sobre murs, i els nusos adquireixen un reduït grau hiperestàtic (menor de 0,30), només produït pel propi pes de la paret superior en cas d’existir.

A l’article “La verificació d’estructures de paret de càrrega sense cadena perimetral” de L’Informatiu al desembre del 2.015 s’explica el seu funcionament. Aquestes estructures al no localitzar lligat a la mateixa alçada del sostre, reparteixen principalment càrrega i redueixen la transmissió de moments a la fàbrica de maó, però a la vegada també minven la seva resistència davant les càrregues horitzontal, i en especials les de sisme, per manca de lligat del conjunt.

Per la diagnosi d’edificis de parets de càrrega, una lectura molt interessant és la del manual “Recomanacions per al reconeixement, la diagnosi i la teràpia d’estructures de fàbrica de maó”, realitzat a l’ITEC per Josep Mª Genescà Ramon i Joan Ramon Rosell i Amigó. Aquest treball però, no contempla les patologies provinents dels esforços horitzontals, tal i com el propi document indica, ja que aquestes sol·licitacions són complicades i difícils de valorar.

Tot i la dificultat de verificació de la resistència d’aquestes estructures en front el sisme, hi ha uns certs criteris bàsics a contemplar, que ajuden a comprendre el seu funcionament estructural. Aquests depenen bàsicament de la forma arquitectònica i estructural de l’edifici, i ajuden al tècnic a saber quins casos són més òptims i quins disposaran de més conflictes.

 

Per aquesta raó s’ha estructurat el sistema de parets de càrrega en tipologies que garanteixen una millor resistència davant les accions horitzontal, que moltes vegades s’havia realitzat per tradició, sense tenir en compte que són fonamentals pel seu adequat funcionament estructural.

Tipologies fonamentals funcionals de murs de càrrega

Tot seguit s’enumeren les tipologies de murs portants més essencials davant la resistència a accions horitzontals:

SISTEMA	ESQUEMA	DESCRIPCIÓ
Sistema cel·lular de murs		El seu funcionament davant del sisme és molt bo ja que transmet les càrregues verticals a tots els murs, aconseguint una estructura rígida del sistema vertical. Aquest sistema és però, molt poc comú, a causa de l’elevat pes de la llosa i per tant de l'elevada transmissió de càrregues verticals als murs. El seu cost a causa de la llosa també és excessiu produint que sigui una estructura molt poc utilitzada. És però uns dels sistemes més òptims davant les càrregues horitzontals.
Disposició soble de murs transversals		En aquest tipus d'estructures es barregen la direcció dels sostres. D'aquesta manera per una banda obtenim la façana oberta a l'exterior i entrada d'il·luminació, i d'altra banda murs perpendiculars resistents que rigiditzen el conjunt de l'estructura enfront d'accions horitzontals. Aquest sistema es va començar a realitzar a partir dels anys 40, on s’exigia una arquitectura més oberta a l’exterior. Però just a la inversa és el sistema més utilitzat en el tipus “Eixample” de Barcelona, on la façana funcionava com element resistent, i en la zona interior el sostre recolzava en el nucli de comunicació. Tot i que el funcionament òptim, és la col·locació de murs portants perpendiculars a façana, la barreja del sentit del recolzament del sostre millora notablement la rigidesa d’aquest en front les accions horitzontals.
Disposició simple de murs transversals		La disposició simple de murs transversals està conformada per estructures de murs paral·lels en que les parets de càrrega són perpendiculars a l'eix longitudinal de l'edifici, la façana. L'estabilitat longitudinal global del sistema s'obté per mitjà d'un passadís de parets com mostra la figura. Aquest tipus d'estructura és adequada per a hotels i hospitals que tenen un gran nombre d'habitacions idèntiques. La col·locació de parets de càrrega en el sentit perpendicular a la profunditat més reduïda i amb major esveltesa millora la seva resistència als esforços horitzontals. Les parets longitudinals que configuren el passadís han de ser també resistents doncs el format de caixó millora la inèrcia del conjunt.
Disposició complexa		Estructura mixta de formigó armat i murs de càrrega: exemples realitzats entre anys 50 i 70s. Aquesta tècnica s'aconseguia col·locant pilars metàl·lics o de formigó armat en façana o en patis interiors, i en alguns casos en ambdós costats. La planta soterrani i la planta baixa amb estructura porticada per alliberar la planta i poder situar les zones comercials o garatges en elles. En certes zones, alguns d'aquests pòrtics s'allargaven fins a les últimes plantes i formaven els anteriors pòrtics rigiditzadors. La col·locació d’estructura porticada augmentava la rigidesa del conjunt, produint més resistència davant les accions horitzontals. En alguns casos, el disseny de murs en L o U tal i com s’indica en la figura, també augmentava la rigidesa del conjunt de l’estructura.

Els inicis de càlcul al sisme a Espanya

La norma antisísmica va ser una de les més tardanes en implantar-se. La primera normativa sobre càrregues va ser gairebé nul·la en la consideració sísmica en edificis convencionals. Així que no va ser fins l’aparició de la Norma PGS-1 (1.968) i la posterior PGS-1 (1.974), que es va exigir la consideració sísmica en la construcció de tots els edificis, incloent els de fàbrica de maó. Tot i així, moltes vegades en les construccions tradicionals s’ignorava els requeriments d’aquestes normes. A l’actualitat, la norma d’obligat compliment és la NCSE-02.

Les consideracions de les ordenances antisísmiques

No va ser fins l’any 1.968 que en el disseny estructural d’un nou edifici s’havia de considerar la resposta d’aquest davant les accions del sisme. L’estructura havia de complir una sèrie de verificacions estructurals.

Aquestes consideracions són generals per a tot tipus d’estructures, a més a més l’estructura de parets de càrrega havia de ser reforçada mitjançant encadenats horitzontals i verticals, constituint una retícula amb elements de formigó armat o metàl·lics. Aquesta obligació va causar que el sistema de murs entrés en desús a partir d’aquest any, doncs si era necessari implantar lligats verticals i horitzontals, el tècnic en la majoria dels casos escollia un altre sistema com els pòrtics de formigó o els metàl·lics.

Només en les edificacions d’alçades menors de 12 metres, la norma accedia a prescindir dels encadenats verticals, limitant-se l’arriostrament només als encadenats localitzats a l’alçada del sostre, sempre hi quan s’arriostrin també amb els murs portants interiors.

REQUERIMENT	DESCRIPCIÓ DE LES CONDICIONS	TRETS PER AFAVORIR LA RESISTÈNCIA AL SISME
El moment torçor	Aparició del moment torçor del conjunt de l’edifici, en el moment de la càrrega de sisme. Aquesta sol·licitació es pot evitar si el disseny de l’edifici compleix les següents trets:	La simetria del disseny arquitectònic en planta de l’edifici, com ara circular, quadrada, etc. Les plantes sense centre de simetria (planta en L, en T, etc.) són desaconsellables. Quan calgui emprar aquestes disposicions han de descompondre mitjançant juntes de dilatació planes, en elements que compleixin sensiblement la condició assenyalada. La simetria de sobrecàrregues en planta. Relació menor entre ample façana i profunditat edificable de 2.5.
El centre gravetat de l'edifici	La importància del centre de gravetat en el centre de l’edificació.	La normativa considera que el centre de gravetat ha d’estar màxim a una relació de 1.5 de la base. És a dir, si, el centre de gravetat és s més 1.5 de la base, aquest pes alçat, pot afavorir al bolcament del conjunt.
La rigidesa dels elements	La importància de rigidesa dels elements verticals per fer front a les accions horitzontals	Normalitat de distribució de masses, ni canvis bruscos en la rigidesa dels elements verticals.

L’actual norma del sisme

L’actual norma és d’obligat compliment també en reformes i rehabilitació, a fi de que els nivells de seguretat dels elements afectats siguin superiors als que posseeixen en la seva concepció original. És a dir, en cap cas, en una actuació de rehabilitació es podrà reduir la seva resistència davant al sisme. Per tant, és necessari saber quines parts de l’estructura són essencials, per a millorar l’estabilitat davant del sisme i minimitzar les actuacions en elles. Els requeriments generals de disseny estructural, són però, molt similars a les anotades en la primera norma:

REQUERIMENT	DESCRIPCIÓ DE LES CONSIDERACIONS	TRETS PER AFAVORIR LA RESISTÈNCIA AL SISME. NORMA NCSE -02
El moment torçor	Aparició del moment torçor del conjunt de l’edifici, en el moment de la càrrega de sisme. Aquesta sol·licitació es pot evitar si el disseny de l’assignatura compleix les següents trets	Forma de l’edifici: simetria i regular S’ha de procurar una distribució uniforme i simètrica de rigideses en planta i una variació gradual d’aquestes en alçada. Cap element estructural ha de canviar bruscament de rigidesa.
El centre de gravetat de l'edifici	La importància del centre de gravetat en el centre de l’edificació.	Disposició de masses Si es confia amb la resistència dels esforços horitzontals a través de murs, aquests s’han de col·locar en dos direccions, ortogonals, en posició simètrica i preferiblement en el perímetre exterior de la planta.
La rigidesa dels elements	La importància de rigidesa dels elements verticals per fer front a les accions horitzontals	Si existeixen plantes amb diferent esveltesa o diàfanes en edificis amb la resta de plantes molt compartimentades, s’ha de tenir en compte la diferència de rigidesa entre plantes. En el cas de disposar els elements de gran rigidesa en forma de nucli, es prioritari que aquest es situí en la planta en una posició centrada (Aquest cas és el mateix que el que indica l’antiga normativa respecte a la necessitat del centre de masses en el centre de l’edifici).

A més, per estructures de fàbrica de maó, la norma afegeix:

• Per complir els requisits d’índole general anteriorment esmenats, s’han de disposar murs resistents en les dues direccions principals en planta de la manera més uniforme i simètrica possible. A més a més, s’evitaran canvis bruscos de rigidesa produïts per canvis en els materials.
• En el cas de la perillositat que tenim aquí Catalunya, l’actual norma exigeix una alçada màxima d’estructura de murs de 4 plantes i cadascuna d’elles no serà superior a 20 vegades el gruix del mur. No es presentaran canvis de rigidesa per causa de variacions del gruix superiors a mig cantell del sostre en el pas d’una planta a una altra, ni per disposició de buits molt diversos entre plantes successives. I afegeix, una nova consideració, que en zones de més perillositat sísmica, com és en el nord de Catalunya (valors de ac ≥ 0,08 g), tots els elements portants d’un mateix edifici es realitzaran amb la mateixa solució constructiva. Així doncs, actualment en aquesta zona, ja no podríem realitzar les solucions antigues en que es combinava fàbrica de maó i estructura porticada de formigó armat o acer, principalment en plantes baixes.

Conclusions sobre les actuacions en edificacions existents

Ha quedat clar amb els requeriments anteriorment esmenats, que la forma de l’edifici és bàsica pel seu comportament estructural. En el moment d’actuar en una edificació existent caldrà sempre tenir en compte els següents criteris:

• Una forma quadrada o rectangular no gaire distorsionada millora considerablement el funcionament estructural, i redueix considerablement el possible moment torçor. Així mateix, la homogeneïtat de càrregues en planta és fonamental per al conjunt de l’edifici.
• No és adequat els àtics enretirats, i encara menys els que ubiquen àtic i sobreàtic. La col·locació del nucli d’escala en el centre de la planta millora notablement el funcionament. Així doncs, els edificis en cantonada, a causa de la dificultat d’implantació del nucli just al centre, sempre són més desfavorables davant les accions horitzontals.
• Pel que fa al disseny en alçada, el pes elevat en plantes superior, provoca l’elevació del centre de gravetat respecte el centre geomètric, i augmenta la probabilitat de bolc.
• En aquest mateix sentit, les estructures de planta baixa, totalment buides i porticades, no funcionen correctament a causa del canvi de rigideses entre plantes i l’augment de centre de masses en alçada, perillant l’estabilitat del conjunt. En aquest sentit, la localització d’estructura porticada que lliga la totalitat de l’edificació, millora considerablement el conjunt estructural.
• La realització d’elevats estintolaments interiors provoca canvis bruscos de rigideses entre plantes, i redueix considerablement la resistència al sisme.

Conclusions sobre les actuacions en edificacions catalogades

L’arquitecte José Luis Gonzalez considera a l’Aplicació del CTE a les obres de restauració arquitectònica, document d’ajuda per actuacions en edificacions existents, que, garantir la seguretat estructural davant el sisme pot entrar en conflicte amb la preservació del valor arquitectònic del monument.

S’aconsella l’adopció de solucions alternatives que compleixin de manera suficient amb els requeriments normatius, ja que l’exigència de nivells de seguretat similars als que es consideren per a noves construccions pot donar lloc a intervencions de molt alt impacte i cost cultural.

A Itàlia i davant del sisme, la nova normativa introdueix el concepte de “millora” pel qual, l’exigència davant de sisme es limita a requerir que tota intervenció de lloc a una millora en el comportament resistent. I l’actual normativa NCSR-02 espanyola suggereix aquest mateix concepte.

En aquesta línia, i tal i com molt bé s’indica en “El comportamiento sísmico de las construcciones tradicionales de paredes de obra de fábrica”, de Pere Roca a la publicació Mètode Rehabimed, a més a més, d’explicar les lesions que sorgirien en un possible sisme, aconsella que la restauració estructural derivi del coneixement de les tècniques constructives locals i del reconeixement de les seves possibles deficiències. El coneixement dels procediments constructius locals és fonamental i ha de guiar l’elecció de les intervencions.

És preferible que les intervencions, abans d’alterar profundament la naturalesa constructiva i resistent de les construccions, tendeixin més aviat a controlar o mitigar les possibles debilitats de l’edifici. La intervenció pot dissenyar, en coherència amb les tècniques constructives tradicionals o històriques, perquè contribueixi a limitar les deformacions experimentades durant el terratrèmol o evita l’excessiva separació entre parts.

Autoria de l’article