estrategias para la rehabilitación de edificios

29 Número44,(29-36),Mayo-Agosto2009

RESUMEN

Este trabajo presenta un estudio desarrolladoparadeterminar los índicesderesistenciadelosedificiosmultifamiliarestipoINFONAVITanivelna-cional.Además, seobtienencurvasdecapaci-dad lateral de los elementos portantes y se com-paran con las solicitaciones producidas por sismo. También se definen estrategias económicas derefuerzoyrehabilitaciónparalosmuroscríticos.

ABSTRACT

InordertodefineearthquakestrengthpointersofINFONAVITmultistoriedMexicanpublicbuildings,anextensiveresearchprojectispresented.Lateralcapacity strengthcurvesarealsoobtainedandthencomparedwiththeactingseismic loading.Economicalretrofittingandstrengtheningtechni-quesforcriticmasonrywallsarealsoproposed.

INTRODUCCIÓN

Anivelmundial,nomenosdel85%delosedificiosestáconstituidoporedificacionesdemamposte-ría,ya seade tabiquedearcilla recocidaodebloques de concreto. Posiblemente la mayoríadeestos edificios no satisfacen la normatividadsísmicay,portanto,suniveldesismo-resistencia

Estrategiasparalarehabilitacióndeedificiosmultifamiliaresdeinterés

socialtipoinfonavit

1 Unidad Académica de Ingeniería, Universidad Autónoma de Guerrero, arroyomatus@hotmail.com

RobertoArroyoMatus1,AlfredoGuzmánSalmerón1,RazielBarragánTrinidad1,AlbertoSalgadoRodríguez1,RogelioGuintoHerrera1,

Hugo Acevedo Morales 1

Palabras clave: Mampostería, rehabilitación, sismo-resistencia,mitigación,prevencióndedesastres.Key words: Masonry, retrofitting, earthquake resistance, mitigation, disasters prevention.

Recibido: 14 de abril de 2009, aceptado: 2 de junio de 2009

probablementeesmínimooprácticamentenulo.Porlotanto,granpartedeestetipodeconstruc-cionesnosatisfacelasespecificacionesactualesque aseguren la integridad de sus ocupantes. Enlosdesastressísmicosdelaúltimadécada,lamayorpartedelaspérdidashumanasasociadasaeste tipodeeventoshansidoproducidasporfallasestructuralesenedificacionesdemampos-tería con refuerzo inapropiado aún cuando lamagnituddel fenómenosísmicohayasidobaja(Velásquez-Dimaset al., 1998).Méxicopresentaunelevadopeligrosísmicoalolargodelazonacosterasurdebidoa lasubducciónde laPlacadeCocosbajoladeNorteamérica.Porejemplo,enlabrechasísmicadeGuerrero,lacualcuentaconunalongituddeaproximadamente230km,existeunaelevadaprobabilidaddequeocurraungransismoenlospróximosaños(Singhet al.,1981).Anteestepanorama,existeincertidumbreen el comportamiento estructural y el grado de daño que un sismo de gran magnitud pudiese causaren lasedificacionesde tipopopular, es-pecialmente, en conjuntos habitacionales conedificiosmultifamiliaresdeinteréssocialtipoINFO-NAVIT.EnalgunasestadosdelsurdelpaíscomoGuerrero, este tipo de edificios son comunes yconcentranunporcentajemuyimportantedelapoblacióndesusprincipalescentrosurbanos(Isi-dro,2003).Desafortunadamente,hayevidenciasdequemuchosdeellosnohanpresentadouncomportamientoestructuralapropiado,denota-doprincipalmenteporfenómenosnonecesaria-mentesísmicos,comodesplomosyhundimientosdiferencialesasícomoagrietamientosenlosmu-ros(Isidro,2003;Chávez,2002).

Conelfindeconocerelestadoactualenelqueseencuentranestetipodeedificios, inicial-menteseprocuróreunirinformacióndocumental

30 Número44,(29-36),Mayo-Agosto2009

de los proyectos arquitectónicos y estructurales delosedificiosmencionados,lograndoobtener-se copia de planos estructurales completos de lostrestiposdeinmueblesquepredominanenlaregión sur del país, los cuales fueronproporcio-nados por delegaciones estatales del INFONAVIT. Porotrolado,seefectuarondiversasvisitastécni-casalosdesarrolloshabitacionalesenciudadescon unaltopeligro sísmico tales comoMorelia,Acapulco,Zihuatanejo,Chilpancingo,OaxacayTuxtlaGutiérrez;pudiéndoseconstatar in-situ pe-queñasdiferenciasentreloproyectadoyloreal-menteconstruido,perosobre todo,gravesdefi-ciencias estructurales causadas por los mismos inquilinos,quieneshan realizadomodificacionesarquitectónicas y estructurales sin supervisión téc-nicaalguna.Adicionalmente,lafaltademante-nimientodeestasedificacionescontribuyealde-

teriorodesusismo-resistencia.Losmodelosarqui-tectónicosestudiadossemuestranenlasfiguras1y2,edificiosquerepresentanalosexistentesenlosestadosenlosquesellevóacaboelestudio.Parasuelecciónseconsiderósuantigüedad, laimportancia que tienen en sus respectivas ciuda-desasí como sudensidadpoblacional. Las ca-racterísticasquetienenencomúnlassiguientes:Larelaciónlargo/anchoenplantaexcedeligera-mente2.5;lasuperficieenplantaesde136m2;laalturatotalesde13m,concincoentrepisos.Laseparaciónmenorentrelosedificiosesde10cm.Paraelcasodelalosadeazotea,éstaesde10cmdeespesoradosaguas,con inclinaciónde20°.Unaporcióncentralhorizontalpermitesopor-tarcuatrotinacosde1.1m3 cada uno. Los tipos son:

Modelo A: Concimentaciónabasedezapatascorridasy profundidad de desplante de 1.50 m. Muros demamposteríadepiezashuecasconrefuerzointerior.Losade azoteamaciza e inclinada y la de entrepiso a basedeviguetaybovedilla. Ladistribuciónarquitectónicaenplantapresentaentrantesysalientes.Estetipodeedificiosseconsideraelprimeroensugénero,habiéndoseiniciadosuconstrucciónantesde1985yconcluyéndosealentrarenvigorelreglamentode1987.

Modelo B: Con una cimentación y superestructura de características físicas muy similares a las del modeloA, sólo que en este caso, seis muros de mamposteríafueron sustituidos por muros de concreto reforzado. Sinembargo,elemplazamientoconcéntricodedosdeellos,marcadoscomounaTinvertidaenelcentro,nomejorasucomportamientopuessehanobservadofisurasenvariosmuros de algunos edificios. El diseño estructural de estetipodeedificiosestábasadoenel reglamentode1987.Sedejarondeconstruiralentrarenvigorelreglamentode1989.

Modelo C: Éste se empleó para sustituir a los tipos A y B. Se desplanta sobreunalosadecimentación.Poseeunadistribuciónarquitectónicadistinta que evita las entrantes y salientes. El sistema es sustentado por un conjuntodemurosdeconcretoreforzadoydemamposteríadepiezasmacizasconfinadas.Poseevariosmurosdeconcretotransversalesquelimitan la torsión.Sudiseñoestructural sebasóen lasespecificacionesdelcódigode1989,habiéndosedescontinuadoen1995.

Figura1y2.Imágenes y croquis de los modelos estudiados (A, B y C).

31 Número44,(29-36),Mayo-Agosto2009

MATERIALES Y MÉTODOS

Este trabajode investigaciónestableceunpro-cedimiento que considera las experiencias de informesrelacionadosalasevaluacionesestruc-turales previas efectuadas en edificaciones demampostería (Isidro, 2003;Chávez, 2002).Cabeseñalar que esta investigación está basada enelempleodeherramientasdeanálisisexclusiva-mente en el intervalo elástico. Lo anterior puede tenerfuerteslimitacionesenlosresultadosdebidoaquelarespuestanolinealdeestetipodeedifi-caciónantesismosfuertes,nonecesariamentese

Etapa 1. Selección de prototipos. Inspección físicade los inmuebles.Selecciónde losprototiposvalorando laimportancia que tienen los conjuntos habitacionales para su respectivo municipio, densidad poblacional,existenciadeprototipossimilaresenotrasciudades,distribuciónarquitectónica,cantidaddeedificiosynúmerode viviendas de interés social que contienen. Se consideró la antigüedad de las construcciones y el tipo de normatividad aplicada.

Etapa 2. Investigación documental y confirmación de su validez en campo. Investigación de la documentación existente(planosypermisosautorizados)ysurepresentatividadrespectoalorealmenteconstruido.Definicióndeloscoeficientessísmicosenfuncióndelaregionalizaciónsísmicadelpaísydeltipodesuelo.

Etapa 3. Cálculo de las acciones y respuesta de la estructura.Seconsideraronlageometríadelaestructura,lasseccionesdeloselementos,lascargasverticalesactuantesylosespectrosdediseñosísmicocorrespondientealtipodesuelodelaregiónestudiada.ConayudadelosprogramasinformáticosSAP2000yANEMgcWseaplicóunanálisissísmicoporelmétododinámicomodalespectralconsiderandouncomportamientoelásticolinealysecompararon los resultados.

Etapa 4. Cálculo de la resistencia de elementos estructurales.Cálculodelasresistenciasporcargavertical,fuerzahorizontalymomentosdevolteodeloselementosverticalesdesoporte,conbaseenlainformacióndelosplanosestructurales y aplicando los lineamientos que marcan las normas técnicas complementarias para el diseño y construccióndeestructurasdemamposteríayconcreto.

Etapa 5. Cálculo de refuerzo estructural. Definiciónde los índicesde resistenciade lasestructurasestudiadas,obtención de los elementos deficientes y establecimiento del grado de vulnerabilidad de los prototipos.Establecimientodelaspropuestasestratégicasderefuerzo.Losíndicesderesistenciasonpropuestosapartirdelarazónexistenteentrelafuerzacortanteactuanteylaresistenteencadamuroestructural.

puede extrapolar de la respuesta lineal. Por este motivo,losresultadospuedenconsiderarseapro-piados a condición de que las demandas en los edificiosnosobrepasenlasdistorsionespermisiblessugeridas por el respectivo reglamento de cons-trucción.Dichaevaluacióncumpliólosrequisitosdelreglamentodeconstruccioneslocalvigente,asícomolasdisposicionesdelasNormasTécnicasComplementarias para Diseño y Construcción de EstructurasdeConcretoylasdeMampostería.Acontinuación se describen, de forma resumida,lasetapasconsecutivasqueseformularonen:

Figura3.Metodología empleada en el estudio.

RESULTADOS

Enlasfiguras4,5y6semuestraunacomparaciónentrelafuerzahorizontalactuanteylaresistenciaqueofrecenrespectivamentelosmodelosA,ByCobtenidaconelprogramaSAP2000. Enellasseobservaclaramenteque,deformaglobal,losprototiposposeensuficientecapacidadparare-sistir lassolicitacionesporsismo.Sinembargo,esnecesario realizar un análisis individual de cada

elementodesoporteconelfindeverificarsiéstosse encuentran en una situación de riesgo.

EnelcasodelmodeloB,enlosejesXyY,en-tre losniveles3y4, seobservaunadisminuciónconsiderabledelaresistenciadebidoalcambiobruscoderigidezintroducidoporlaausenciademurosdeconcretoapartirdelnivel3.

32 Número44,(29-36),Mayo-Agosto2009

Este efecto altera lige-ramente la pendiente de la curva en la gráfica dedesplazamientos (figura 7).Respecto al modelo C, elcomportamiento de la cur-va en la figura 6, entre lospisos3y4,reflejaunaligeradisminución de la resistencia al cortante en la dirección estudiada. Este comporta-miento se atribuye a la dis-minución del diámetro del refuerzo transversal de losmurosdeconcreto13 y 14,en los que se pasa de estri-bosde5/16”a1/4“.Obser-vando el comportamiento de los tres modelos puede apreciarse que, respectoa losmodelosAyB,elpro-totipo C se somete a car-gas laterales menores. Esto se debe a que posee unamasamásbaja,puesposeeuna densidad de muros me-nory,además,seencuentradistribuidaapropiadamenteen planta.

La figura 7 muestra losdesplazamientos laterales máximos bajo la combi-nación crítica por efectossísmicos y gravitacionales,obtenidos conel programaANEMgcW.Puedeobservar-se,porejemplo,enladirec-ciónXdelmodeloA,queeldesplazamiento relativo de entrepisopromedioesde0.6cm,mientrasqueeldespla-zamiento global es de 2.60cm. De acuerdo a la norma vigente, el desplazamientomáximo permisible, en estecaso, es de 8 cm. Por estemotivopuedeafirmarsequese cumple de manera satis-factoria la recomendacióndel reglamento, ademásde que la separaciónmíni-ma existente entre edificiosesde10cm.Los índicesderesistencia son propuestos a

Eje X (x 9.8066 kN ) Eje Y (x 9.8066 kN )

Ent

repi

soE

ntre

piso

Eje X (x 9.8066 kN ) Eje Y (x 9.8066 kN )

Entrepiso

Ent

repi

so

Eje X (x 9.8066 kN ) Eje Y ( x 9.8066 kN )

Entrepiso

Figura4. Acciones (Vu) y resistencias (Vr) del Modelo A (Programa SAP 2000).

Figura5. Acciones (Vu) y resistencias (Vr) del Modelo B (Programa SAP 2000).

Figura6. Acciones (Vu) y resistencias (Vr) del Modelo C (Programa SAP 2000).

Figura7. Desplazamientos laterales en modelos A, B y C (Programa SAP 2000).

Ent

repi

sos

Entrepisos

Desp lazamiento eje X (cm ) Desp lazamien to eje Y (cm )

33 Número44,(29-36),Mayo-Agosto2009

Figura9. Muros con índices de resistencia menor que la unidad (Programa ANEMgcW).

Figura8. Índices de resistencia global por carga lateral (Programa ANEMgcW).

partirdelarazónexistenteentrelafuerzacortan-te actuante y la resistente en cada muro estruc-turalydependennaturalmentedel porcentajeorazóndemurosquepodríanfallar respectoaltotal existente en un entrepiso y en una dirección determinada.Lasgráficasdelafigura8muestrandichosíndicesypuedeapreciarseuncomporta-miento similar y paralelo de los modelos A y C. El prototipoBreflejaundecrementoderesistenciaentre losniveles3y4debidoa lareducciónderigidezendichosniveles.Además,eláreautiliza-da por los elementos de soporte con respecto altotalenplantadecadapiso juegaunpapelmuy importante en la resistencia estructural ante cargaslaterales(Tejedaet al.,2004).Lavariaciónde las características estructurales en la alturade este tipo de edificaciones puede amplificarlarespuestaestructuralydebeserestudiadadeformamásextensa.

Asimismo, se analizó el comportamiento es-tructural resistente de los modelos en estudio re-ferenciados por sus índices de resistencia paracadaentrepisoydirección.Lafigura9muestrael

porcentajedemurosquefallandebidoalaac-ción del sismo. Por solicitación vertical sólo el mo-deloApresentóproblemas,estableciéndosequeel23%yel19%desuselementosenlosentrepisos1 y 2 presentan solicitaciones inadmisibles. Porcargalateral,elmodeloCtienecomplicacionesenel23,19,14y2%desusmuros(entrepisos1,2,3y4,respectivamente).Porflexocompresión,lostres modelos presentaron serias irregularidades;porejemplo,enelentrepiso5delmodeloA,to-dosloselementosportantestuvieronproblemas;eledificioCtuvoel18%;mientrasqueeledificioBtuvoel40%.

Los elementos portantes que tienen proble-mas en el modelo C corresponden a muros de poca longitudygranesbeltez.Enestecaso,di-chosmuros deben transformarse en divisorios yser desligados de la estructura para evitar que se presentenfisuras.Respectoa losmodelosAyB,elresultadoespocofavorableydebenbuscarsesoluciones efectivas que favorezcan una ade-cuadaresistenciaantesolicitacionessísmicas.

Ent

repi

sos

Índ ices de resistenc ia en e l eje X Índ ices de resistenc ia en e l eje Y

34 Número44,(29-36),Mayo-Agosto2009

DISCUSIÓN

Elprocedimientoparael refuerzodeestructurasantelaacciónsísmicadependedelosespectrossísmicos del sitio, así comode los resultadosdela evaluación de la capacidad de los elementos verticales de soporte. En consecuencia, la pro-puestade refuerzodebebrindar una respuestaestructural satisfactoriaante sismos futuros.Conelfindegarantizarque losmurosdivisoriosseanrealmentenoestructurales,sedeberánaislardeformaapropiada.Además,deberágarantizarse,queelmuroquedeadheridoalosmurostransver-

salesoperpendicularesa finde lograrenéstosúltimosladisminucióndelriesgodedeformacio-nes o de pandeo lateral. Las propuestas presen-tadasenlafiguras10,11y12correspondenalaspropuestasderefuerzoóptimasparacadacaso.Obtenidas a través de varios análisis realizadoscon arreglos de muros que no alteraran la con-figuración geométrica de los edificios. Por otrolado, el emplazamiento definitivo de los murosmostrados evita la concentración de esfuerzosen la cimentación original. Las propuestas de re-fuerzosemuestranenlasfigurassiguientes:

Modelo ASe propone un procedi-miento que incremente la rigidez global hasta quelos elementos existentes sean suficientemente re-sistentes y que la reacción en el terreno en los que és-tos sean desplantados no modifique el diseño de lacimentación. Después de varias iteraciones de aná-lisis sísmico con diferentespropuestas estructurales,se concluyó adicionar mu-ros deconcreto reforzadoen lasesquinasdeledificioysustituir,porotro lado, loselementosdemamposteríaexistentes1,2,34y35porconcretoreforzado.Conestapropuestaderefuerzoestructuralseintentómantenerlasimetríaentreloselementosadicionadosyseincrementóelplanohorizontaldelalosaentreloslímitesdelosmuros17,38,58y60.Deestaformasepuededarunamejorcontinuidadaldiafragmarígidodelentrepisoysepodríatrans-mitirmásadecuadamentelaacciónsísmicaaloselementosverticales.Tambiénseproponeunircontrabesperaltadaslosmuros1-3,2-4,34-36-58y35-37-59.

Modelo BAligualqueelmodeloA,elBsereforzóconcuatroelementos nuevos (58,59, 60 y 61) de concretoreforzado, colocados enlas dos esquinas extremas de la parte superior,como se muestra en la figura11.Paraelcasodelas esquinas de la parte inferior, se ampliaron losmuros existentes 1 y 2.La cara vertical de estos seis miembros tiene unaforma trapezoidal y sus

salientes al exterior son inapreciables.

Figura10.Propuesta de refuerzo del modelo A.

Figura11.Propuesta de refuerzo del modelo B.

35 Número44,(29-36),Mayo-Agosto2009

Modelo CDeacuerdoalosresultadosdelestudiodelosíndicesderesistencia,enelmodeloCseencontrarondeficienciasporcargaverticalyflexocompresión.Lasoluciónestructuralóptimasepresentaenlafigura12.Enestapropuestaseeliminaronlosmurosnoconfinadosnireforzados(15,16,17,18,25,26,27y28)porloqueeláreatributariaseredistribuyóenlosmurosvecinos.Deestamanera,laestructurapresentóunarespuestafavorableyel100%deloselementosverticalessoportaronsatisfactoriamentelasaccionessísmicas.

CONCLUSIONES

Lainvestigaciónrealizadapermitiódefinirlosíndi-cesderesistenciadetresmodelosdiferentesdeedificiosmultifamiliares tipo INFONAVIT.Además,se identificaron los elementos de soporte defi-cientes y se definieron propuestas estratégicasderefuerzoparaincrementarlaresistenciadelaestructura,principalmentebajosolicitacionessís-micas.Seprocurónoafectarenexcesolacimen-tacióndelosprototiposestudiadosafindeabatirloscostosde la rehabilitación.Los resultadosdeeste estudio muestran la urgencia de emprender programasdegobiernopararehabilitarestetipodeedificios.

El procedimiento descrito en este trabajodebe afinarse a fin de optimizar el proceso decálculo, el cual puede ser aplicado, inclusive,a estructuras similares de vivienda del estado o particulares.A reservademejorar lapropuesta,losíndicesderesistenciapodríaneventualmente

utilizarse como guías en la generación de pro-puestas de refuerzo de edificaciones, o bien,para aplicarlos como criterios de base para laformulaciónde reportesodictámenes técnicosde seguridad estructural.

Los resultados del presente estudio tambiénsehanestadodifundiendono sóloante lasau-toridades competentes, sino también de formasimplificadaentrelosinquilinosdedichasestruc-turas a fin de concientizarlos sobre la urgenciade implementar programas de rehabilitación yrefuerzoquelesofrezcanmejorescondicionesdeseguridadparaprotegerasusbienes,perosobretodo,asusfamilias.

Se pretende aplicar las propuestas refuerzoencincoedificiosde launidadhabitacional“ElColoso”en laciudaddeAcapulco.Dichos tra-bajosseránfinanciadospor lospropios inquilinoseiniciaránenjuliodel2009.

Figura12.Propuesta de refuerzo del modelo C.

36 Número44,(29-36),Mayo-Agosto2009

• ALCOCER,S.et al. Comportamiento Dinámico de Mu-ros de Mampostería Confinada. Series del Instituto de Ingenieríano.616,México,1999.

• CORONA,G.Programa ANEMgcW Versión 3.6. Análisis yrevisióndeedificiosdemampostería.G.C.IngenieríayDiseño,S.C.Puebla,Puebla,pp.1-24,México,2006.

• CHÁVEZ, C. Evaluación de la Capacidad Sismoresis-tente en estructuras de Mampostería Confinada de la Ciudad de Chilpancingo, Gro.XIIICongresoNacio-nalde IngenieríaEstructural.Puebla,Puebla.México,2002.

• GobiernodelDistrito Federal.Normas Técnicas Com-plementarias para Diseño y Construcción de Estructu-ras de Concreto. GacetaOficial.México,D.F.,2004.

• GobiernodelDistrito Federal.Normas Técnicas Com-plementarias para Diseño y Construcción de Estruc-turas de Mampostería. Gaceta Oficial. México, D.F.,2004.

• GobiernodelDistrito Federal.Normas Técnicas Com-plementarias para Diseño por Sismo. GacetaOficial.México,D.F.,2004.

• Gobierno del Estado de Guerrero. Normas Técnicas Complementarias al Reglamento de Construcciones

R E F E R E N C I A S

Diseño y construcción de estructuras de mampostería y Normas Técnicas Complementarias para diseño por sismo.Periódicooficial,Chilpancingo,Guerrero,Méxi-co,1989.

• Gobierno del Estado de Guerrero. Reglamento de Construcción para los Municipios del Estado de Gue-rrero. Periódico oficial,Chilpancingo,Guerrero,Méxi-co,1994.

• ISIDRO,R.Vulnerabilidad sísmica de unidades habita-cionales en la ciudad de Chilpancingo, Gro. Universi-dadAutónomadeGuerrero,Chilpancingo,Gro.Méxi-co:pp.96-105,2003.

• SINGH,S.K.et al. Seismic gaps and earthquakes along the Mexican Subduction zone. A reexamination Bulletin SeismicSocietyofAmerica,no.71,USA,1981.

• TEJEDAJ.et al. Evaluación del comportamiento estruc-tural de la vivienda económica, en la zona conurbada Colima-Villa de Álvarez, durante el sismo de enero del 2003.XIVCongresoNacionaldeIngenieríaEstructural,Acapulco,Guerrero,México,2004.

• VELAZQUEZ-DIMAS,J.I.et al. Cyclic Behavior of Retro-fitted URM Walls.SecondInternationalConferenceonCompositesinInfrastructure,USA:,Tucson,Arizona,pp.328-340,1998.