El mejoramiento del comportamiento sísmico de la estructura.

Este criterio, de acuerdo con el artículo A.3.6.4.2 de la NSR-98 (1), establece que las vigas de fundación deben resistir una fuerza ya sea de tracción o de compresión (C ó T), dada por la expresión:

C ó T = 0.25 Aa Pu                     (2)

Donde:

Aa : Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva para diseño.  El valor de este coeficiente debe determinarse de acuerdo con lo estipulado en las secciones A.2.2.2 y A2.2.3 de las NSR–98 (1).

Pu: Valor de la fuerza axial mayorada o carga última correspondiente a la columna más cargada (comparando las dos fuerzas axiales a las cuales están sometidas las dos columnas unidas por la viga de amarre).

Por ejemplo, para la ciudad de Medellín el valor de Aa es de 0.20; por lo tanto, para este caso particular, C ó T = 0.05 Pu.  Esto significa que una viga de fundación en Medellín debe resistir, a tracción o a compresión, una fuerza axial equivalente al 5% de la fuerza axial (Pu) que actúa sobre la columna más cargada que une la viga.

Para el valor de la fuerza Pu que se presenta en la mayoría de los casos prácticos, la fuerza de tracción o de compresión (C ó T) que actúa sobre la viga de fundación es muy inferior al valor de la fuerza a tracción o a compresión que puede resistir una viga de sección pequeña que usualmente se utiliza, por ejemplo, una viga de 300 mm X 300 mm reforzada de acuerdo con el criterio de refuerzo longitudinal mínimo para columnas (artículo C.10.14.8 (f) de la NSR-98 (1)), el cual especifica:

Esta afirmación se puede corroborar así:

Supóngase que la viga de fundación esté sometida a una fuerza axial de compresión C.  De acuerdo con el artículo C.10.3.5.2 de las NSR-98 (1), la resistencia de diseño a fuerza axial de un elemento no preesforzado, reforzado con estribos cerrados, sometido a compresión, está dada por la expresión:

Remplazando para los valores particulares del ejercicio, se tiene:

C =0.80 x 0.70 x [0.85 x 21 x (3002 – 1136) + 420 x 1136] =1’155.472 N = 116 ton.

De acuerdo con lo expresado en la ecuación (2) para el caso particular de la ciudad de Medellín, una fuerza sísmica axial de compresión de 116 ton en la viga de amarre, implica una fuerza axial (Pu) en la columna más cargada de 116/0.05 = 2320 toneladas.  Para cargas superiores a este valor tendría que aumentarse la sección de la viga.

Análogamente, supóngase que la viga de fundación esté sometida a una fuerza axial de tracción T.  En este caso, la resistencia de diseño a fuerza axial de la viga (despreciando la resistencia a tracción del concreto), está dada por la expresión:

Este resultado indica que una viga de fundación de 300 mm x 300 mm, reforzada con 4f 3/4”, funciona adecuadamente siempre y cuando, la fuerza axial (Pu) que actúa sobre la columna más cargada no sea superior a 860 toneladas, equivalente a la carga gravitacional que sobre esta columna transmitiría un edificio de aproximadamente 25 pisos.  A partir de este valor, sería necesario modificar la sección transversal de la viga de fundación, por este concepto.

En conclusión, para la mayoría de los casos prácticos la viga de fundación de 300 mm x 300 mm, reforzada con 4f 3/4”, resiste la carga sísmica en forma eficiente.  Sin embargo, es importante advertir que concebida de esta manera, la viga de fundación no toma momentos del empotramiento columna – zapata; y que por lo tanto la zapata requiere diseñarse a flexión biaxial.

La viga de fundación de 300 mm x 300 mm, reforzada con 4f 3/4”, tiene sentido en suelos buenos, donde es poco probable la rotación de la fundación, y por lo tanto tiene mayor garantía de cumplimiento la condición de empotramiento columna – fundación. 

En suelos blandos es preferible concebir las vigas de amarre como elementos estructurales que toman momento, y esto obligaría a aumentar la sección.