Guía de Evaluación Sísmica de Daños Sísmicos

 

I. INTRODUCCION

El reciente terremoto ocurrido el 27 de febrero de 2010 sometió a las construcciones a una energía de movimiento mayor de la que históricamente había sucedido en la zona central del país provocando daños de diversa consideración en los edificios.
El objetivo del diseño sismoresistente, regido en Chile por la norma NCH 433. Of. 96, es impedir que la estructura resistente de un edificio colapse o se desmorone evitando así la pérdida de vidas humanas. Pero es prácticamente imposible que un sismo de tal magnitud no provoque algún tipo de daño en las construcciones.
Los propietarios de viviendas en altura o de pocos pisos pueden realizar una evaluación previa de los daños sufridos por sus propiedades siguiendo algunas sencillas recomendaciones que se entregarán en esta guía.
· Es importante distinguir entre daño estructural y no estructural. El primero es el sufrido por el sistema o esqueleto resistente del edificio (pilares, vigas, muros de carga, losas) y que compromete su estabilidad constituyendo un real peligro para los habitantes; el segundo se refiere a todos los elementos constructivos no resistentes (ciertos muros, tabiques y otros) que no comprometen la estabilidad de la obra, pero dependiendo de la magnitud del daño sufrido pueden constituir un peligro a la integridad física de los ocupantes.
· La aparición de fracturas y grietas en tabiques no estructurales pueden parecer daños realmente espectaculares, pero es importante recordar que éstos no tienen relación con la estructura resistente del edificio y que incluso su rotura ayuda a disipar la energía en la estructura principal.
· También es posible que el sismo haya generado microfracturas en las instalaciones de la vivienda (electricidad, gas, agua) las que no son evidentes en un principio, pero pueden constituir un problema con el tiempo.
· Es recomendable que los propietarios realicen un catastro fotográfico de sus viviendas en el caso de existir seguros comprometidos o para postular a los diversos fondos de reconstrucción que podría ofrecer el gobierno.

· Es imprescindible que un especialista en estructuras evalúe lo antes posible la propiedad.

II. CONCEPTOS GENERALES
Fig. 1 Fig. 2
Fig. 1 y 2: El efecto de un terremoto sobre un edificio se incrementa con cada oscilación. Las fuerzas horizontales de corte actúan poderosamente sobre su base y sus solicitaciones se van incrementando según la altura del edificio.
· La acción sísmica se traduce en esfuerzos verticales y horizontales que actúan simultáneamente por vibración sobre la estructura. Para el diseño y análisis de estructuras se suele considerar a las cargas horizontales como las más significativas por las respuestas que generan en el edificio.
· Los edificios de baja altura se comportan mejor que los altos debido al incremento de la oscilación que se produce en los pisos altos. En cualquier caso la cimentación de sus estructuras debe estar debidamente arriostrada.
· Existen dos tipos básicos de estructuraciones para absorber los esfuerzos generados por los movimientos sísmicos del suelo:
1. Estructuración de pórticos formada por vigas y pilares.
2. Estructuración de muros, los que pueden tener o no dinteles o vigas de acoplamiento
En ambos casos es muy ventajoso el uso de losas para que desarrollen la función de diafragma rígido al nivel del cielo de cada piso, ya que con ello todos los elementos resistentes se incorporan a la labor de resistir los dañinos esfuerzos horizontales (de corte) que solicitan cada piso del edificio.

Fig. 3: Tipos de estructuraciones aptas para resistir cargas horizontales.
· La estructuración de muros resistentes presenta grandes ventajas sismoresistentes, ya que conforman sistemas muy difíciles de colapsar y ofrecen gran resistencia a las deformaciones laterales minimizando con ello los daños en los elementos no estructurales y en el equipamiento del edificio. Su desventaja es su alta rigidez que atrae esfuerzos sísmicos mayores los cuales deben ser disipados por sus cimientos, y la limitación que existe en el diseño de las plantas.
· Los pórticos proporcionan estructuras más flexibles que atraen menores esfuerzos sísmicos permitiendo la disipación de los mismos, y otorgan mayor libertad en el diseño de las plantas. Su gran flexibilidad permite, sin embargo, una mayor deformación que produce daños en los elementos no estructurales, pudiendo colapsar la estructura en sismos de gran severidad.
· En Chile en la construcción de edificios de vivienda en altura se suele utilizar preferentemente un sistema mixto de pórticos reforzados mediante muros de carga internos y externos. El caso nacional tiene una amplia y ventajosa experiencia en este tipo de construcciones. En estos casos los muros tienden a tomar una mayor proporción de los esfuerzos en los niveles inferiores, mientras que los pórticos lo hacen en los niveles superiores.
· Es importante distinguir los muros resistentes de aquellos tabiques que debido al estuco y terminaciones parecen serlo. Los primeros son generalmente de hormigón armado y continuos en todos los pisos (aunque algunos edificios antiguos suelen tener gruesos muros de albañilería de ladrillo como muros resistentes), mientras que los tabiques de albañilería o de otro material más ligero no presentan una función estructural, sólo separan dependencias y pueden no estar presentes en todos los pisos.

III. RECONOCIMIENTO DE DAÑOS

· Lo primero que debe hacer el interesado es reconocer el tipo de estructura que sostiene el edificio.
Posiblemente para esto se necesite la ayuda de un profesional. Es recomendable disponer de los
planos de arquitectura y estructuras.
Fig. 4: Principales elementos de una estructura resistente de hormigón armado, en un diseño de tipo tradicional.
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Placas Tectónicas

Límites de placa

Los límites de placa se encuentran en el borde de las placas litosferica y son de tres tipos: convergente, divergente y conservativa. Amplias son zonas de deformación son características usuales de los límites de debido a la interacción entre dos placas. Los tres límites son caracterizados por sus movimientos distintos.

La primera clase de límite de placa es el divergente, o centro que se separa. En estos límites, dos placas se mueven lejos una de la otra. Como las dos se separaran, los cantos del medio del océano se crean como magma del manto a través de una grieta en la corteza oceánica y se enfrían. Esto, alternadamente, causa el crecimiento de la corteza oceánica de cualquier lado de los respiraderos. A medida que las placas continúan moviéndose, y se forma más corteza, el fondo del océano se amplía y se crea un sistema de canto. Los límites divergentes son responsables en parte de conducir elmovimiento de las placas.

Como usted puede imaginarse, la formación de la corteza nueva de cualquier lado de los respiraderos empujaría a las placas a apartarse, como vemos al canto del Medio Atlantico, que ayuda a Norteamérica y Europa a separase cada vez más lejos. Los cantos del Medio océano son encadenamientos extensos de montañas en el océano y son tan altos si no lo son aun más que los encadenamientos de montaña en el continente.

El proceso que conduce realmente al movimiento en estos cantos se conoce como convección. El magma es empujado hacia arriba a través de las grietas de los cantos por las corrientes de la convección. Mientras que un poco de magma entra en erupción hacia fuera a través de la corteza, el magma que no entra en erupción continúa moviéndose bajo la corteza con la corriente lejos de la cresta del canto. Estas corrientes continuas de la convección, llamadas células de la convección, ayudan a mover las placas ausentes de uno para permitir que más corteza sea creada y el suelo de mar crezca. Este fenómeno se conoce como separación del mar al suelo.

Los cantos del medio del océano también desempeñan un papel muy crucial en el desarrollo de la teoría de la tectónica de placas, debido a la calidadúnica que los minerales basalto que poseen. El basalto contiene una cantidad justa de minerales magnéticos, que alinean con el campo magnético de la tierra sobre la cristalización.

En el pasado, el campo magnético de la tierra ha cambiado la polaridad, causando una revocación en el campo magnético, que se preserva cuando los cristales se forman. La alineación de estos minerales magnéticos se puede utilizar para conocer la edad de la corteza, puesto que pueden ser correlacionados con edades de revocaciones magnéticas conocidas en la historia de la tierra. Esto desempeña un papel dominante en el desarrollo de la teoría de tectónica de placas porque es la primera prueba positiva que las placas se movían y lo habían estado haciendo durante la mayoría de tiempogeológico. La corteza más vieja del océano tuvo su origen hace 100-65 millones de años (cretáceo temprano), que es relativamente reciente en tiempo geológico.

Si este es el caso, ¿ a dónde se fue el resto de la corteza ?

Esto nos conduce al segundo tipo de límite de la placa, el convergente. Éstos son los márgenes de la placa donde una placa está reemplazando otra, de tal modo forzando a la otra a ir debajo de ella. Estos límites están en la forma de sistemas del foso y del arco de isla.

Toda la vieja corteza oceánica está entrando estos sistemas mientras que la corteza nueva se forma en los centros que se separan. Los límites convergentes también explican porqué la corteza más vieja que la cretácea no se puede encontrar en ningún fondo del océano -- ha sido destruida ya por el proceso del subducción.

Las zonas de subducción son donde se localizan los terremotos muy fuertes, que ocurren por la acción de la losa abajo que va obra recíprocamente con la losa que reemplaza. El " anillo del fuego " alrededor de los márgenes del Océano Pacífico es debido exactamente a las zonas del subduccion encontradas alrededor de los bordes de la placa del Pacífico.

La subducción también es la causa de la actividad volcánica en lugares como Japón: mientras que una losa va más profunda debajo de la placa que reemplaza, llega a ser más caliente y más caliente debido a su proximidad a la capa. Esto hace que la losa se derrita y forme el magma, que se mueve hacia arriba a través de la corteza y forma eventualmente los volcanes (arcos de isla) en corteza oceánica o masas intrusivas enormes (los plutons y los batolitos) en corteza continental.

Las islas aleutianas son otro ejemplo de la expresión superficial de la subducción.

Estudio del comportamiento del hormigón armado ante esfuerzos normales y tangentes mediante modelos seccionales de interacción Completa

 

El análisis del comportamiento de los sistemas estructurales puede abordarse mediante diferentes niveles de idealización, pasando desde la consideración del mismo como un sólido tridimensional, hasta su asimilación a un sistema reticular de barras caracterizadas por una sección transversal, tal como se representa en la Fig. 1.
Si bien la modelización como sólido puede ser más representativa de la realidad física de las estructuras de ingeniería, se debe reconocer que los modelos de barras presen- tan ventajas importantes respecto a aquélla. Aunque habitualmente se suele mencionar como principal ventaja el menor coste computacional de los modelos de barra, lo cierto es que ésta, aunque importante, va perdiendo relevancia con el desarrollo de software y hardware más eficientes. Actualmente, los principales aspectos que hacen que los mo- delos de barras sigan siendo, con diferencia, los más empleados para idealizar estructuras de ingeniería civil son:
• Facilidad en la construcción del modelo
• Interpretación de resultados en términos de esfuerzos generalizados directamente aplicable al dimensionamiento
• Reducción de grados de libertad del
sistema
• Menor coste computacional
• Resultados muy satisfactorios para las regiones “B” gobernadas por esfuerzos normales.
Los modelos de barras se han aplicado al análisis no lineal de estructuras de forma satisfactoria, siendo capaces de reproducir numerosos fenómenos que tienen lugar en el hormigón armado, incluyendo el comportamiento post- fisuración, próximo a la rotura, fenómenos di- feridos, acciones ambientales, etc. Ver Marí (1), Marí y Bairán (2), entre otros. En este sentido, la respuesta de toda la barra viene caracteriza- da por la respuesta de la sección transversal. Por lo tanto, una adecuada simulación de la respuesta de la sección ante los esfuerzos a la que se ve sometida es trascendental en los resultados predichos.
A pesar de la versatilidad de los modelos de barras es necesario reconocer ciertas carencias implícitas en las formulaciones de los mismos. Concretamente, al considerar que los elementos son suficientemente lar- gos, se desprecia la existencia de tensiones y deformaciones en direcciones diferentes a la normal a la sección, por lo tanto, sólo son capaces de reproducir los efectos de esfuerzos normales: axil y flexión. Asimismo, la geometría de la sección transversal
es invariable con la solicitación y sólo es posible estudiar “regiones B”. Si bien estas limitaciones no afectan a un número importante de casos prácticos, resulta necesario mejorar algunas de ellas para reproducir fenómenos de carga más generales en estructuras constituidas de materiales como el hormigón armado. Por ejemplo, los esfuerzos tangenciales (cortante y torsión) y los efectos del confinamiento producido por armadura transversal o por encamisado de chapa. En el contexto de este artículo, se denominarán “elementos fibra tradicionales” a los modelos seccionales con estas características descritas en este párrafo.
Algunos de los aspectos que pueden mejorar- se son la existencia de un estado multiaxial de tensiones y deformaciones y la presencia de armadura transversal, cuya elongación implica la necesaria distorsión de la geometría de la sección transversal. Estas limitaciones hacen que exista un importante desequilibrio entre el nivel de precisión alcanzada para solicitaciones de esfuerzos normales puros respecto a los casos en que existen esfuerzo- zos tangenciales. El interés de incluir estas mejoras en los modelos de barras abarca un gran número de aplicaciones: evaluación del comportamiento no lineal de estructuras de hormigón ante cargas estáticas que producen fuertes solicitaciones normales y tangentes, evaluación de la capacidad de redistribución real de las estructuras, estudio de estructuras de compuestos no-isótropos, etc.
Entre estas aplicaciones, cabe resaltar la gran relevancia en el estudio del comportamiento sísmico de las estructuras de hormigón, ya que en los grandes terremotos recientes los fallos estructurales en elementos supuestamente bien construidos de acuerdo a normativas modernas tienen involucradas, de una u otra forma, esfuerzos de cortante o torsión, ver Fig.
2. Por otro lado, se debe tener en cuenta que, frecuentemente, en el proyecto sismorresistente se espera la formación de zonas plásticas en los extremos de las vigas y pilares donde los esfuer zos cortantes, momentos flectores y esfuerzos axiles son máximos al mismo tiempo. Más aún, el rango natural de trabajo de estas regiones es el no lineal. Por lo tanto, la necesidad de disponer de modelos de barras capaces de re- producir satisfactoriamente el comportamiento de estas regiones es evidente.
En los últimos años se ha realizado un gran esfuerzo en el desarrollo de modelos seccio- nales capaces de dar solución a las necesi- dades arriba indicadas, Vecchio y Collins(3), Petrangeli (4), Ranzo (5), Bentz (6), entre otros. En general, estos modelos abordan el problema de flexión recta de secciones simé- tricas o bien consideran el estado de carga
más general de forma

Vulnerabilidad sísmica, rehabilitación y refuerzo de casas en adobe

Resumen

Aproximadamente un quinto de la población mundial y alrededor de 35 millones de personas en Suramérica habitan en edificaciones de adobe y tapia pisada. Este tipo de edificaciones han demostrado un pobre comportamiento sísmico en los terremotos ocurridos en los últimos cincuenta años alrededor del mundo generando miles de muertes. Adicionalmente, en Colombia, una gran cantidad de construcciones históricas y culturales en tierra están localizadas en zonas de alta sismicidad. Con estos antecedentes, se desarrolló una investigación orientada a conocer el comportamiento de esta tipología constructiva en su estado actual y proponer alternativas de rehabilitación sísmica viables desde el punto de vista técnico. Las dos alternativas propuestas, refuerzo con malla y pañete y refuerzo con maderas de confinamiento, prueban ser factibles, presentando la segunda un mejor comportamiento sísmico relativo.

Introducción, justificación y antecedentes

La tierra es uno de los materiales más antiguos usados en la construcción de edificaciones. La construcción con tierra tiene miles de años de historia y existe evidencia arqueológica que sugiere la existencia de ciudades construidas enteramente en tierra: Jericó, Çatal Huyuk en Turquía, Harappa en Pakistán, Akhlet-Aton en Egipto, Chan-Chan en Perú, Babilonia en Iraq, Duheros en España, entre otras. Todas las grandes civilizaciones del Medio Este -los asirios, los babilonios, los persas y los sumerios- construyeron con tierra apisonada y con bloques de barro. Por otro lado, cuando los españoles empezaron su conquista del Nuevo Mundo, trajeron consigo el conocimiento de la construcción con adobe y tapia pisada. Fue así como se inició la construcción de las principales ciudades capitales del reino de la Nueva Granada. Las casas urbanas del común de la gente eran edificadas en uno o dos pisos en adobe y tapia pisada. Así mismo, en las ciudades se edificaron las construcciones religiosas levantadas en piedra, en tapia pisada o en ladrillo cocido sentado en argamasa. Con el avance de los siglos, el ladrillo cocido desplazó las técnicas de construcción con tierra y estos sistemas tradicionales han ido desapareciendo. Hoy en día sobreviven diversas edificaciones en tierra que deben ser preservadas.

Esquemas de falla y patrones de agrietamiento ante terremotos de las edificaciones en tierra

Las edificaciones de adobe y tapia pisada presentan usualmente unas características constructivas que contribuyen a aumentar su vulnerabilidad sísmica. Frecuentemente la edad de estas edificaciones y el deterioro de las propiedades mecánicas de sus materiales llevan a una disminución adicional de su capacidad de soportar un terremoto.

Los principales factores que contribuyen a aumentar la vulnerabilidad sísmica de viviendas en adobe y tapia pisada son: irregularidades en planta y en altura, distribución inadecuada de los muros en planta, pérdida de la verticalidad -o plomo- de los muros, problemas de humedad, filtraciones, conexión inadecuada entre muros, pérdida de recubrimiento de muros, uso de materiales no compatibles, entrepisos pesados y ausencia de diafragmas, apoyo y anclaje inadecuado de elementos de entrepiso y cubiertas sobre muros, entrepisos muy flexibles, luces muy largas y estructuración de cubierta deficiente.

Con base en las anteriores características, las edificaciones de dos pisos construidas en tierra presentan una mayor vulnerabilidad ante la acción de las fuerzas horizontales inducidas por un evento sísmico, tal como se presenta en la figura 1.

Debido a las deficiencias anteriormente mencionadas, las edificaciones construidas en mampostería de adobe y tapia pisada presentan mecanismos de colapso y patrones de agrietamiento que pueden ser agrupados de acuerdo con la Tabla 1.