Cuando la tierra tiembla, no todas las estructuras responden igual. El comportamiento sísmico de una estructura depende de su masa, su rigidez, su forma, su suelo y, de manera muy importante, del material con el que está construida. El acero y el concreto reforzado son los dos materiales más usados en Colombia, y cada uno tiene una forma distinta de enfrentar un sismo: uno por su ligereza y ductilidad, el otro por su masa y su rigidez, siempre que los detalles de diseño y construcción estén bien resueltos.

En este artículo comparamos cómo se comportan las estructuras metálicas y las de concreto ante un terremoto, qué fortalezas y debilidades tiene cada una, qué detalles hacen la diferencia y qué lecciones han dejado los sismos. Lo escribimos desde la experiencia de INSTALCOM SAS, que desde 2004 diseña, fabrica y monta estructuras metálicas y ejecuta obras civiles en Colombia, un país con amenaza sísmica significativa en buena parte de su territorio.

Qué le pide un sismo a una estructura

Un terremoto mueve el suelo en varias direcciones, de forma rápida y repetida. La estructura, por su inercia, se resiste a seguir ese movimiento, y se generan fuerzas internas proporcionales a su masa. Para sobrevivir, una estructura necesita:

• Resistencia: para soportar las fuerzas sin romperse.
• Rigidez adecuada: para limitar los desplazamientos y los daños.
• Ductilidad: para deformarse más allá del límite elástico sin colapsar, disipando energía.
• Continuidad: para que las fuerzas viajen sin interrupciones desde cada elemento hasta la cimentación.

Ninguna estructura económica se diseña para resistir un terremoto fuerte sin daños. La estrategia de la ingeniería moderna es aceptar daños controlados en ciertos elementos, diseñados para ello, y proteger los elementos cuya falla causaría el colapso.

Comportamiento sísmico del acero

Fortalezas

• Ligereza: una estructura metálica pesa mucho menos que una de concreto equivalente, por lo que recibe fuerzas sísmicas menores.
• Ductilidad: el acero puede deformarse mucho antes de romperse, lo que le permite disipar energía y dar aviso.
• Material homogéneo y controlado: se fabrica en planta con propiedades conocidas.
• Facilidad de reparación: los elementos dañados se pueden reemplazar o reforzar con relativa facilidad.

Debilidades

• Conexiones: son el punto crítico. Soldaduras con defectos o detalles mal diseñados pueden fallar de forma frágil.
• Pandeo: los elementos esbeltos en compresión y las placas delgadas pueden pandearse durante las deformaciones grandes.
• Flexibilidad: algunos sistemas metálicos son muy flexibles y generan desplazamientos que dañan los elementos no estructurales.

Comportamiento sísmico del concreto reforzado

Fortalezas

• Rigidez: los muros y pórticos de concreto limitan los desplazamientos.
• Monolitismo: los elementos vaciados juntos forman uniones continuas.
• Buen desempeño cuando está bien detallado: con estribos suficientes, nudos confinados y refuerzo bien anclado, puede ser muy dúctil.
• Experiencia local: es el sistema más usado en edificaciones del país.

Debilidades

• Masa: recibe fuerzas sísmicas mayores.
• Fallas frágiles por cortante: si faltan estribos, las columnas y vigas pueden fallar de forma repentina.
• Dependencia de la calidad en obra: el concreto mal compactado, el refuerzo mal colocado o los traslapos en lugares inadecuados reducen mucho su capacidad.
• Columnas cortas: muros parciales que acortan la altura libre de una columna pueden concentrar daños.

Cinco factores que definen el comportamiento sísmico

1. La masa

Las fuerzas que genera un sismo son proporcionales a la masa de la estructura. Por eso aligerar una estructura es una de las formas más eficaces de reducir esas fuerzas. Esto explica por qué los tanques de agua pesados en las cubiertas, los rellenos innecesarios o los acabados muy pesados aumentan el riesgo.

2. La rigidez

Una estructura muy rígida se desplaza poco, pero puede recibir fuerzas mayores. Una muy flexible recibe fuerzas menores, pero se desplaza más y puede dañar muros, ventanas e instalaciones. El diseño busca un equilibrio según el uso de la estructura y el tipo de suelo.

3. La forma y la regularidad

Las estructuras simétricas y regulares reparten mejor las fuerzas. Las formas en L, en T o con grandes voladizos, los cambios bruscos de rigidez entre pisos y la distribución desigual de los muros generan torsión y concentran los daños.

4. La ductilidad

Es la capacidad de deformarse sin perder resistencia. Permite que la estructura absorba la energía del sismo mediante deformaciones controladas, en lugar de romperse. Depende del material y, sobre todo, de los detalles de diseño.

5. La cimentación y el suelo

Una buena superestructura sobre una mala cimentación puede fallar por asentamientos o volcamiento. El suelo, además, modifica el movimiento que llega a la estructura.

Elementos no estructurales: el daño que más se ve

En muchos sismos moderados, la estructura principal resiste sin problemas, pero los muros divisorios se fisuran, los cielos rasos caen, las fachadas se desprenden y los equipos se vuelcan. Estos daños pueden herir a las personas, interrumpir el funcionamiento de la edificación y costar tanto como un daño estructural. Su comportamiento depende de la rigidez de la estructura: una estructura flexible, como algunos pórticos metálicos, exige que los muros y fachadas se separen o se fijen con detalles que permitan el movimiento. Una estructura rígida protege mejor estos elementos.

Reparar después del sismo

La capacidad de reparar una estructura después de un terremoto también es parte de su comportamiento. En las estructuras metálicas, los elementos que fluyeron pueden reemplazarse, las conexiones pueden reforzarse y los arriostramientos dañados pueden cambiarse, muchas veces sin desocupar por completo la edificación. En el concreto, las reparaciones de columnas y nudos dañados son más complejas: requieren apuntalamiento, retiro del concreto dañado, reposición del refuerzo y nuevos vaciados o encamisados. Esta diferencia es una de las razones por las que el acero es muy usado en estructuras que deben volver a funcionar rápido después de un sismo.

Sistemas mixtos: lo mejor de los dos materiales

Los sistemas mixtos combinan acero y concreto para aprovechar las ventajas de cada uno. Las columnas tubulares de acero rellenas de concreto, por ejemplo, tienen una gran capacidad y ductilidad: el tubo confina el concreto y el concreto evita el pandeo local del tubo. Las vigas de acero con losas de concreto conectadas funcionan como una sola sección. Los núcleos de concreto con pórticos metálicos combinan rigidez y ductilidad. Estos sistemas son cada vez más comunes en edificios de altura y en infraestructura.

Cómo evaluar una estructura existente ante el sismo

Muchas estructuras del país se construyeron con normas anteriores o sin norma. Evaluar su comportamiento sísmico implica revisar su configuración, sus materiales, sus detalles y su estado actual, modelar la estructura con los parámetros sísmicos vigentes y, si es necesario, diseñar refuerzos. En estructuras de concreto, los refuerzos típicos son muros adicionales, encamisados de columnas o fibras de carbono. En estructuras metálicas, arriostramientos adicionales, refuerzo de conexiones y placas base. Ver más en el artículo de evaluación estructural.

Comparación directa

• Fuerzas sísmicas: menores en acero por su menor masa; mayores en concreto.
• Ductilidad: natural en el acero; en el concreto depende del detallado del refuerzo.
• Punto crítico: las conexiones en el acero; los nudos, el cortante y el confinamiento en el concreto.
• Control de calidad: en planta para el acero; en obra para el concreto.
• Desplazamientos: pueden ser mayores en sistemas metálicos flexibles; menores en sistemas de concreto con muros.
• Reparación después del sismo: generalmente más sencilla en acero; más compleja en concreto con daños severos.

Ninguno es superior en todos los aspectos. Por eso muchos proyectos combinan ambos: cimentaciones y núcleos de concreto con estructuras metálicas, o sistemas mixtos que aprovechan las ventajas de cada material. Profundizamos en estas diferencias en el artículo sobre acero y concreto.

Detalles que hacen la diferencia

En estructuras metálicas

• Conexiones viga-columna con desempeño demostrado.
• Soldaduras de penetración completa inspeccionadas en las uniones críticas.
• Relaciones ancho-espesor que eviten el pandeo local.
• Arriostramiento lateral de las vigas.
• Columnas más resistentes que las vigas, para que el daño se concentre en las vigas.
• Placas base y anclajes capaces de transmitir las fuerzas.

En estructuras de concreto

• Estribos suficientes y cerrados con ganchos sísmicos.
• Nudos confinados.
• Traslapos fuera de las zonas de mayor esfuerzo.
• Columnas más resistentes que las vigas.
• Evitar columnas cortas y pisos blandos.
• Concreto de la resistencia especificada, bien compactado y curado.

Lecciones de los terremotos

Los grandes sismos del mundo y de Colombia han enseñado lecciones que hoy están en las normas. En estructuras de concreto, muchas fallas se debieron a la falta de estribos, a columnas débiles frente a vigas fuertes, a pisos blandos (por ejemplo, primeros pisos abiertos para parqueaderos o locales) y a irregularidades en planta. En estructuras metálicas, sismos como el de Northridge en 1994 y el de Kobe en 1995 mostraron fracturas inesperadas en conexiones soldadas de vigas y columnas, lo que llevó a revisar por completo los criterios de diseño y a exigir conexiones probadas en laboratorio.

En Colombia, el terremoto de Popayán en 1983 impulsó el primer código sismorresistente nacional, y el del Eje Cafetero en 1999 dejó lecciones sobre construcciones informales, mampostería no reforzada y la importancia de la supervisión técnica. Cada sismo es una oportunidad para mejorar, y la ingeniería ha aprendido mucho de ellos.

El papel del suelo

El mismo edificio puede comportarse de forma muy distinta según el suelo sobre el que está. Los suelos blandos amplifican el movimiento y alargan su duración, especialmente para estructuras flexibles. Los suelos arenosos saturados pueden licuarse. Las laderas pueden deslizarse. Por eso el estudio geotécnico es parte esencial del diseño, y por eso las grandes ciudades cuentan con estudios de microzonificación que ajustan las exigencias sísmicas según la zona.

Torres, pórticos y estructuras de infraestructura

Las torres de telecomunicaciones, los pórticos viales y otras estructuras de infraestructura suelen ser metálicas y livianas. En muchas de ellas el viento controla el diseño más que el sismo. Sin embargo, el sismo no debe olvidarse: las estructuras sobre edificaciones reciben aceleraciones amplificadas, los equipos pesados en la parte alta aumentan las fuerzas y las cimentaciones deben resistir los esfuerzos combinados. Además, la infraestructura de comunicaciones debe seguir funcionando después de un terremoto, porque es vital para atender la emergencia. Ver más en el artículo de ingeniería sismorresistente.

Qué significa esto para un proyecto en Colombia

Para quien va a construir, la pregunta práctica no es qué material es mejor en abstracto, sino cuál conviene para su proyecto y su sitio. Algunas pautas generales:

• En zonas de amenaza sísmica alta, las ventajas de un sistema liviano y dúctil pesan más. Las estructuras metálicas y los sistemas mixtos son muy competitivos.
• En edificaciones de vivienda de altura media, el concreto con muros estructurales es eficiente y muy usado, siempre que se construya con supervisión técnica.
• En naves industriales y bodegas, el acero permite grandes luces con poco peso, lo que reduce las fuerzas sísmicas.
• En infraestructura de telecomunicaciones y vial, las estructuras metálicas livianas sobre cimentaciones de concreto son la solución habitual.
• En suelos blandos, reducir la masa ayuda a disminuir tanto las fuerzas sísmicas como las cargas sobre la cimentación.

En todos los casos, el factor decisivo es la calidad: un buen diseño, un detallado cuidadoso, materiales certificados, control en la fabricación o en la obra y supervisión técnica.

Mitos frecuentes sobre el sismo y los materiales

«El concreto es más seguro porque es más pesado»

Falso. El peso aumenta las fuerzas sísmicas. La seguridad del concreto viene de su detallado, no de su masa.

«El acero se dobla, así que es peligroso»

Al contrario: la capacidad de doblarse sin romperse es la ductilidad, una de las propiedades más valiosas ante un sismo. Lo peligroso es una conexión que falle antes de que el elemento pueda deformarse.

«Si resistió el último temblor, resistirá el próximo»

No necesariamente. Un sismo puede dejar daños ocultos, y el siguiente puede ser más fuerte o tener características distintas. Después de cada sismo importante conviene una inspección.

«Más acero de refuerzo siempre es mejor»

No siempre. Un exceso de refuerzo en las vigas puede hacerlas más fuertes que las columnas y cambiar el mecanismo de falla hacia uno más peligroso. El diseño busca un equilibrio entre los elementos.

El papel de la supervisión técnica

La diferencia entre una estructura bien diseñada y una estructura segura está en la obra. Por eso la supervisión técnica independiente, que el reglamento exige en muchos casos, es tan importante: verifica que el refuerzo, las soldaduras, los materiales y los procedimientos correspondan a lo diseñado. En estructuras metálicas, ese control se complementa con el sistema de calidad del fabricante.

Normativa

En Colombia, el Reglamento NSR-10 define los requisitos de diseño sísmico para estructuras de concreto y de acero, con niveles de exigencia según la zona de amenaza y el sistema estructural. Los documentos oficiales pueden consultarse a través del Ministerio de Vivienda.

Glosario

• Ductilidad: capacidad de deformarse sin perder resistencia.
• Piso blando: nivel mucho más flexible o débil que los demás.
• Columna corta: columna con altura libre reducida por muros, que concentra el cortante.
• Confinamiento: refuerzo transversal que contiene el concreto y aumenta su ductilidad.
• Deriva: desplazamiento lateral relativo entre pisos.
• Licuación: pérdida de resistencia del suelo saturado durante un sismo.

Preguntas frecuentes

¿Qué estructura es más segura ante un sismo, la de acero o la de concreto?

Ambas pueden ser muy seguras. El acero tiene ventajas por su ligereza y ductilidad; el concreto, por su rigidez. La seguridad real depende del diseño y de la calidad de construcción.

¿Las estructuras metálicas se usan en edificios en Colombia?

Sí, cada vez más en edificios comerciales, industriales y de oficinas, y en sistemas mixtos con concreto.

¿Se puede mejorar el comportamiento sísmico de una edificación existente?

Sí. Después de una evaluación, se pueden agregar muros o arriostramientos, reforzar columnas y conexiones, reducir masas innecesarias y corregir irregularidades. Muchas veces una intervención bien enfocada mejora mucho la seguridad sin necesidad de reconstruir.

¿Qué revisar después de un sismo en una estructura metálica?

Las conexiones, las placas base, las diagonales que pudieron pandearse, la verticalidad y cualquier deformación permanente. También los anclajes de equipos y los elementos no estructurales.

Una mirada final

Cada sismo pone a prueba lo que se diseñó y lo que se construyó. Las estructuras que salen bien libradas no son necesariamente las de un material u otro, sino las que se pensaron con criterio, se detallaron con cuidado y se construyeron con calidad. Esa es la verdadera lección del comportamiento sísmico: el material importa, pero la ingeniería importa más.

Por qué INSTALCOM SAS

Diseñamos y fabricamos estructuras metálicas con criterios sismorresistentes, conexiones calificadas y control de calidad bajo un sistema certificado en ISO 9001, y ejecutamos las obras civiles que las soportan. Conozca nuestro servicio de estructuras metálicas.

Conclusión

El comportamiento sísmico de una estructura no depende solo del material, sino de cómo se diseña, se detalla y se construye. El acero aporta ligereza y ductilidad; el concreto, rigidez y masa. Ambos pueden ser muy seguros si se respetan los detalles. Si necesita diseñar o evaluar una estructura en zona sísmica, escríbanos.