Influencia de la interacción suelo estructura en edificios con planta baja flexible ubicados en la Ciudad de México

Abstract

The first story free of obstacles, open spaced, with natural light and ventilation, is one of the most attractive architectural configurations in buildings for the human use. This first story is usually composed of frame systems and the upper stories are built with masonry walls. Given the presence of a major density of structural elements in upper stories, the stiffness and strength are greater, classifying the building as soft and weak first-story structures. These abrupt changes of stiffness and strength generates a yielding mechanism that spread extensive, severe damage and even the collapse when a major earthquake strikes. More than 284 buildings in Mexico City were classified with moderate and severe damage, including some collapses, during the September 19, 2017 earthquake. Statistics showed that 53% of the buildings were classified as soft and weak first-story structures. This seismic event left 370 deaths, 3 289 injured, between 4 000 and 8 000 million (USD) in economic losses and more than 40 buildings in collapsed situation. Mexico City has three well defined geotechnical zones, hard soil, transition zone and lake zone, the latter with four subdivisions (IIIa, IIIb, IIIc y IIId). Clays with low static and dynamic stiffness predominate in transition and lake zone, far from the hypothesis of a stiff support. The severe, damaged, or collapsed structures in the September 19, 2017 earthquake were in the transition and lake zone area, zones where the dynamic soil structure interaction must be accounted in the response. Unfortunately, the codes used to design these structures, did not indicate the criteria or restrictions for designing soft first-story buildings, nor the recommendations to account the effects of soil structure interaction in the analysis.

Las edificaciones con planta baja libre de obstáculos, con grandes espacios, ventilación e iluminación, son una de las configuraciones arquitectónicas más atractivas para el uso humano. Esta planta usualmente se estructura con base en marcos, y los entrepisos superiores se construyen con muros de carga y corte, con una mayor densidad de elementos en comparación de la planta baja. Dichos entrepisos superiores poseen mayor rigidez y resistencia clasificándose la construcción como de planta baja flexible y débil respectivamente. Este cambio abrupto de rigidez y resistencia genera un mecanismo de disipación de energía que, en caso de un evento sísmico importante, provoca daños extensos, severos e inclusive el colapso. En el temblor del 19 de septiembre de 2017, más de 284 construcciones en la Ciudad de México se clasificaron con daños moderados, severos o en situación de colapso. Al evaluar dichas edificaciones, se observó que el 53% tenían una irregularidad estructural clasificada de planta baja flexible y débil. Este evento sísmico dejó un saldo de 370 defunciones, 3 289 heridos, daños con pérdidas económicas entre 4 000 y 8 000 millones de dólares y más de 40 edificaciones colapsadas. La Ciudad de México presenta tres zonas geotécnicas importantes, clasificándose como terreno duro, zona de transición y zona de lago, esta última subdividiéndose en cuatro (IIIa, IIIb, IIIc y IIId). En las zonas de transición y de lago predominan suelos clasificados como arcillosos, los cuales poseen baja rigidez estática y dinámica, distando de la hipótesis de un desplante rígido. En el evento sísmico descrito con anterioridad, se observó que las estructuras con daños moderados, severos e incluso de colapso, estaban situadas en zonas clasificadas como de lago y transición, donde los efectos de la interacción dinámica suelo estructura, deben incluirse en los análisis.