estructuras sismicas peritaje

Aspectos a considerar en el Peritaje de Estructuras afectadas

por Sismos

Centro de Peritaje

Consejo Departamental de Lima

Colegio de Ingenieros del Perú

Expositor: Ing. Oscar Fernández Cruz Ingeniero Civil Pontificia Universidad Católica del PerúDocente Universitario con cátedras ofrecidas en:

Pontificia Universidad Católica, Universidad Ricardo Palma, Universidad San Cristóbal de Huamanga y Universidad Peruana de Integración Global.

Docente SENCICOMiembro del American Concrete Institute (ACI).

Capítulo Peruano.Miembro del Instituto de Construcción y Gerencia

(ICG).Miembro de la Comisión Calificadora de Proyectos en

la especialidad de Estructuras (CODEMU) del CD Lima CIP

Miembro del Centro de Peritaje del CD Lima CIPDirector Gerente de CIEPSAT (Consultoría enIngeniería Estructural: Proyectos, Supervisiones y Asesoría Técnica), habiendo realizado el diseño de las estructuras de edificios de hasta veintiún pisos y cuatro sótanos.Consultor independiente en estructuras con servicios a ASB Contratistas Generales EIRL, Inversiones ARISO SAC, Constructora e Inmobiliaria CDR SAC, entre otros.

www.ciepsat.com

Peritaje Estructural

• Perito: Persona versada en una ciencia, arte u oficio, cuyos servicios son utilizados para esclarecer un hecho que requiere conocimientos especiales, científicos o técnicos.

• Peritaje: examen y estudio que hace el perito sobre un problema encomendado para luego entregar su informe o dictamen pericial.

• Estructura: Sistema destinado a soportar las cargas actuantes sobre una edificación.

Por tanto, el Peritaje Estructural es el estudio y examen que hace un Perito(Ingeniero Civil, con experiencia en diseño y evaluación de edificaciones) para investigar un problema particular que involucra la estructura de una edificación, es decir, el sistema destinado a soportar las cargas que actúan sobre ella.

Filosofía del Diseño Sismo-resistente:

(Norma E-030, 2003)

1) Evitar pérdidas de vidas

2) Asegurar la continuidad de los servicios básicos.

3) Minimizar los daños a la propiedad.

“Los sismos NO matan a la gente. Los edificios pueden matar a la gente si no se diseñan para soportar sismos”. (Dr. Javier Piqué)

Objetivos del Diseño Sismo-resistente:

(Norma E-030, 1997)

1) Resistir sismos leves sin daños

2) Resistir sismos moderados, considerando la posibilidad de daños estructurales leves.

3) Resistir sismos severos con la posibilidad de daños estructurales importantes, con una posibilidad remota de ocurrencia del colapso de la edificación.

Se reconoce que dar protección sísmica a todas las estructuras no es técnica ni económicamente factible. En concordancia:

Principios para el Diseño:

a) La estructura debe soportar sismos severos y NO colapsar ni causar graves daños a personas durante los sismos (estado último)

b) La estructura debe soportar sismos moderados, experimentando daños aceptables (estado de servicio)

Antes y después del sismo de México 28/07/1957 (M =7.7)

Hotel Saada, antes y después del sismo de Agadir, Marruecos 29/02/1960

Palacio Nacional de Haití, antes y después del sismo 12/01/2010 (M = 7.0)

Edificio “Alto Río”. Av. Padre Hurtado 776, Concepción, Chile. Sismo Chile, 27/02/2010

(M = 8.8)

Edificio “Alto Río”, antes del sismo

Edificio “Alto Río”, después del sismo

Requisitos para el buen Desempeño Estructural:

1. Resistencia(La estructura debe ser capaz de soportar el sistema de cargas verticales y horizontales, estáticas y dinámicas, que actúen sobre ella)

2. Rigidez(Los desplazamientos horizontales deben ser pequeños)

3. Ductilidad(La estructura debe permitir un comportamiento inelástico en determinadas zonas, lo que significa fisuración, sin perder su resistencia ni que se produzca una falla frágil)(La estructura debe tener un comportamiento elástico durante sismos leves e inelástico durante sismos severos)

Para que la estructura sea rígida: El proyecto arquitectónico debe permitir ubicar muros de corte (de Concreto Armado o Albañilería Confinada, que limiten los desplazamientos laterales)

Para que la estructura sea dúctil: Se deben cumplir las exigencias de la Norma de Concreto Armado, especialmente los artículos referidos al Diseño Sismo-resistente. Esto trata principalmente del tipo de estribos, su espaciamiento, longitudes de anclaje, longitudes de traslape y detalles sobre la colocación de las armaduras dentro de las vigas.

1. Acerca de la Resistencia:

• Proporcionar resistencia sísmica por lo menos en dos direcciones perpendiculares.

• Incluir líneas sucesivas de resistencia (Ventaja del sistema dual Pórticos-Muros de Corte)

• Buscar trayectorias continuas para las cargas, desde su punto de aplicación hasta su punto final de resistencia.

“Las obras no se construyen para que resistan. Se construyen para otra finalidad o función, que lleva, como consecuencia esencial, que la construcción mantenga su forma y condiciones a lo largo del tiempo.

La resistencia es una condición fundamental, pero no es la finalidad única. Ni siquiera es la finalidad primaria”

Eduardo Torroja

2. Acerca de la Rigidez:

• Es importante proporcionar elementos que resistan fuerzas horizontales sin deformaciones importantes (¡Placas!)

• Antiguamente se consideraba el criterio de diseñar estructuras flexibles sobre suelo rígido, y estructuras rígidas sobre suelo flexible (para alejar sus frecuencias de vibración). Hoy esto se considera obsoleto y se exige siempre RIGIDEZ.

Deriva o DriftEs la razón entre el desplazamiento relativo de

entrepiso y la altura del mismo

Concreto armado Δ/h ≤ 0.007

Albañilería Δ/h ≤ 0.005

Acero Δ/h ≤ 0.010

3. Acerca de la Ductilidad:

• Diseñar estructuras capaces de ingresar a una etapa plástica, sin perder su resistencia y sin llegar a la falla.

• Prevenir la formación de rótulas plásticas en elementos que afecten menos la estabilidad de la estructura (antes en vigas que en columnas)

• Diseñar conexiones entre elementos, de manera que se permita desarrollar la ductilidad.

• Proporcionar adecuadas longitudes de anclaje

• Considerar que la falla por corte es frágil y causa pérdida repentina de resistencia sin suficiente disipación de energía.

Detallado NO dúctil de estructuras de Concreto Armado

- Refuerzo insuficiente

-Falta de continuidad en el refuerzo

-Confinamiento insuficiente

Concepto de Seguridad Sísmica

Ante eventos sísmicos severos, se apela a la ductilidad de la estructura para reducir las fuerzas laterales elásticas y llevarlas a niveles de diseño compatibles con la economía y la factibilidad.

→ Se trata de conseguir un modo de falla dúctil, con capacidad de disipar energía.

Comportamiento súper dúctil en columnas de

edificio

Sismo NorthridgeLos Angeles, U.S.A.17/01/94 (M = 6.7)

Edificio de estacionamientosCal State Campus

03 pisos, Prefabricado

Observaciones básicas:• El diseño estructural no es un cálculo matemático

exacto (interesan más el comportamiento y los modos de falla)

• Las fuerzas de sismo deben tratarse con la misma importancia que las de gravedad (Fuerzas muy grandes con pequeña probabilidad de ocurrencia y durante tiempos muy cortos).

• La forma estructural influye decisivamente en el comportamiento sísmico.

• Se trata principalmente de evitar el colapso frágil de la estructura.

“El Diseño Estructural es el arte de usar materiales que en realidad NO conocemos, para formar estructuras que en realidad NOpodemos analizar, de manera que resistan cargas que en realidad NO podemos evaluar… y hacer todo esto de modo que el público no se dé cuenta de nuestra IGNORANCIA”

(Dr. Roberto Melli Piralla)

Bases para el Diseño Estructural(Códigos y Normas)

Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE)• Norma E-020→ Determinación de Cargas (pesos propios, S/C)• Norma E-030→ Determinación de Fuerzas Sísmicas• Norma E-060 (Capítulo 21)→ Diseño sísmico en Concreto Armado• Norma E-070→ Diseño en Albañilería• Norma E-050→ Aspectos relativos a Suelos y Cimentaciones.• Norma E-090→ Diseño en Acero

Código de Hammurabi (Babilonia, 1760 A.C.):

“Si un constructor ha edificado una casa para otra persona y la construcción no ha resultado sólida y la casa que se construyó se cae, causando la muerte de su propietario, ese constructor debe ser ejecutado. Si causa la muerte del hijo del propietario, deberá ejecutarse al hijo del constructor”.

Evaluación del estado de una edificación después de un sismo

• Se trata de establecer una metodología para la evaluación del daño y el nivel de seguridad de una edificación luego de estar sometida a la acción de un sismo.

• El propósito es establecer el grado de amenaza que representan los daños sobre la seguridad integral de la edificación, para clasificarla en términos de las acciones que se deben tomar

Inspección preliminar

Comprende básicamente la inspección ocular y la recopilación de la información de la edificación en estudio.

a) Inspección ocular: Revisión global de las estructuras dañadas y toma de fotografías, a fin de analizar la naturaleza y magnitud del problema.

b) Recopilación de información:

b-1) Datos generales

b-2) Datos técnicos (estructurales y arquitectónicos)

b1) Datos generales

Ubicación: Posición que ocupa dentro del área urbana.

Uso: Referida al uso que se le da al momento del estudio.

Antigüedad: Permite conocer el comportamiento ante sismos anteriores e identificar las normas vigentes en dicha época.

Topografía y suelos: Permite conocer las características geotécnicas.

b2) Datos técnicos

Material: Conocimiento del tipo, cantidad, homogeneidad y propiedades mecánicas del material utilizado en la construcción.

Sistema estructural utilizado: Permite modelar la estructura para su análisis (aporticado, dual, albañilería confinada, etc.)

Número de pisos: Permite estimar el período de la estructura.

Características de la configuración utilizada: Permite predecir el comportamiento ante sismo (resistencia, rigidez, ductilidad, simetría, continuidad)

Cimentación: Permite analizar la concordancia entre las características del estrato resistente con el tipo y magnitud de las cargas transmitidas al terreno.

Principales Sistemas Estructurales Utilizados en

nuestro País

Edificio aporticado (vigas y columnas de C⁰A⁰)

Aporticado con muros (tabiques) de relleno

Edificios de Albañilería

Mixto I (Pórticos y Albañilería)

Mixto II (Pórticos y Muros Estructurales)

Sólo Muros Estructurales

Edificios de muros de ductilidad limitada

Sistema dual (muros estructurales y pórticos)

Edificios de losas sin vigas

Procedimiento para la inspección ocular de edificaciones

El procedimiento de inspección debe iniciarse con un reconocimiento del área asignada, evaluando la distribución de daños en la zona, ya que la presencia generalizada de daños comparada con la aparición de daños sólo en algunas edificaciones, puede ser un factor importante para determinar varios parámetros cualitativos, como la extensión y severidad de la afectación.

a. Observar el suelo alrededor de la edificación, para determinar la posible presencia de grietas, hundimientos, deslizamientos o cualquier anomalía en el terreno, que pueda afectar a la edificación.

b. Examinar desde el exterior la edificación, para evaluar los aspectos preexistentes relevantes.

(Ej: “Piso blando” en la primera planta)

c. Observar desde el exterior el estado general de la edificación, daños en fachadas, balcones, alféizares, parapetos, etc. así como el estado de las edificaciones vecinas, estableciendo si las vías de

acceso y evacuación son seguras.

d. Evaluar, de la mejor manera posible, la integridad estructural de la edificación, en términos de la seguridad para ingresar y realizar la evaluación en el interior, observando la integridad de los elementos estructurales (vigas, columnas, placas, losas) y no estructurales (tabiques, cielos rasos) o elementos que representen peligro para la vida.

e. Una vez calificada la edificación como segura para ingresar, evaluar en el interior la situación del sistema estructural, clasificando el grado de daño de los diversos elementos estructurales y estableciendo el porcentaje de elementos dañados en las áreas afectadas.

f. Evaluar los elementos no estructurales, estableciendo el grado de daño.

g. Clasificar el grado de afectación de la edificación con los resultados de la evaluación y establecer si la edificación es segura (total o parcialmente) o si requiere ser evacuada.

(Earthquake Engineering Research Institute) Oakland, California

Vulnerabilidad Sísmica

Es el nivel o grado de daño que la edificación está expuesta a sufrir, cuando se encuentra sometida a la acción de un sismo.

• Es inversamente proporcional a la capacidad sísmica con la que se encuentra construida.

• Es variable con el transcurrir del tiempo.

Algunos factores que determinan la Vulnerabilidad Sísmica

1) Vulnerabilidad de sitio y tipo de proyecto

Amplificación de intensidades sísmicas

Posibilidad de licuefacción

Terrenos inestables

2) Vulnerabilidad estructural por configuración arquitectónica

Simetría

Continuidad y Proporcionalidad

Incumplimiento de Hipótesis de Diafragma Rígido

Columnas cortas

3) Vulnerabilidad global de la estructura

Piso blando

Torsión en planta

Incompetencia sísmica por falta de rigidez

4) Vulnerabilidad por deficientes juntas de separación sísmica e interacción entre estructuras.

5) Vulnerabilidad por falta de compatibilidad entre Arquitectura, Estructuras e Instalaciones

6) Vulnerabilidad por mala praxis constructiva

Características básicas para un Sistema Estructural Sismo-resistente

En general, independientemente del sistema estructural empleado, puede evaluarse las características sismo-resistentes de una edificación, con el siguiente cuestionario:

I. ¿La estructura es estable ante cargas laterales?

II. ¿La estructura es liviana?

III. ¿La estructura es regular en planta y en altura?

IV. ¿La estructura es rígida?

V. ¿La cimentación es compatible con el suelo?

VI. ¿La edificación tiene un sistema estructural apropiado?

VII. ¿La edificación está construida con materiales competentes?

VIII.¿La edificación presenta buena calidad de construcción?

IX. ¿La estructura tiene capacidad de absorber y disipar energía?

Si se contestan afirmativamente estas preguntas, es probable que la estructura tenga un grado de sismo-resistencia adecuado. De lo contrario, es probable que sea vulnerable ante eventos sísmicos.

I. ¿La estructura es estable ante cargas laterales?

• Aunque a simple vista una edificación parezca sólida, o el simple hecho de haber sobrevivido muchos años, no implica que la estructura sea verdaderamente estable ante cargas laterales significativas. La estabilidad de la estructura está relacionada con aspectos que incluyen la capacidad de la cimentación para resistir empujes horizontales bajo cargas dinámicas.

Edificio colapsado por volteo.

Sismo México 1985

II. ¿La estructura es liviana?

• Las cargas sísmicas son fuerzas inerciales, es decir, dependen de la masa de la edificación, puesto que son precisamente la combinación entre la masa de cada nivel y su respuesta diferencial ante la aceleración del suelo impartida por el sismo, lo que resulta en fuerzas relativas que pueden causar daño, colapso parcial o total. Así, a menor masa, menor solicitación inercial.

Estructura con masa concentrada en nivel superior: comportamiento de péndulo

invertido

Colapso de autopista elevada de Kobe, sismo 1995

Restaurant La Réserve, antes y después del sismo de Agadir, Marruecos 29/02/1960

III. ¿La estructura es regular en planta y en altura?

• Las irregularidades en planta o en altura, en términos de masa, resistencia o rigidez, pueden ocasionar concentraciones de esfuerzos, o desviaciones entre los centros de masa y rigidez, que ponen en peligro la integridad de la estructura.

Efecto de torsión en planta, causado por tanque elevado

Torsión en planta en edificio de esquina

Irregularidad en elevación

Edificio de albañilería demasiado esbelto (H/B > 4) →Efecto de compresión en talones de muro

Fallas relacionadas con la SIMETRÍA

Torsión en planta

Asimetría en planta

Asimetría en elevación

Simplicidad y Simetría.

Acerca de la simplicidad:

• Las estructuras simples son más fáciles de idealizar y de predecir su comportamiento.

• Peso mínimo (sobre todo en los pisos altos)

Acerca de la simetría:

• La simetría evita la presencia de efectos torsionales (coincidencia entre el centro de masa y el centro de rigidez).

Torsión en planta

Falla de edificación con asimetría en planta

Hotel Embassy. Sismo Pisco 15/08/2007 (M = 7.9)

Sismo Armenia, Colombia 25/01/1999

(M= 6.2)

Sismo México 19/09/1985 (M = 8.1)

Falla de columna esquinera por

efecto de la torsión en planta

Daño en columna perimetral por vibración

torsional

Posibles soluciones para reducir el problema de plantas asimétricas:

Edificios con asimetría en planta

(Formas L, T ó H) (La asimetría ocasiona esfuerzos importantes debidos a la torsión)

Fenómeno de “aleteo”

Central de Telecomunicaciones. México

1985

Anchorage, Alaska 1964

(Plantas con esquinas entrantes)

En general, tratar de evitar las plantas con esquinas entrantes, ya que en dichos vértices se producen concentraciones de esfuerzos, por lo que deben evitarse, procurando que la planta del edificio sea lo más compacta posible.

Plantas con alas muy alargadas:

(Cuando el edificio tiene alas muy alargadas, estas tienden a vibrar en diferentes direcciones, generando grandes concentraciones de esfuerzos en las esquinas entrantes de la planta)

Posibles soluciones para edificios con alas muy largas:

Edificios con asimetría en elevación.

(Efecto de “latigazo” debido al cambio brusco de rigidez → concentración de esfuerzos)

Daños causados por sismo debido al cambio de rigidez de la estructura

Efecto de “latigazo” en vivienda con irregularidad vertical en planta

(Sismo Pisco 15/08/07)

Posibles soluciones a la reducción en elevación:

IV. ¿La estructura es rígida?

• Aunque la estructura sea estable y de forma regular, la deformación total ante cargas laterales depende en gran medida de su rigidez. A menor rigidez, mayor deformación; y a mayor deformación, mayor probabilidad de daños.

Edificación con pórticos en una sola dirección

Edificio Av. Venustiano Carranza y Gante. México 1985

Fallas relacionadas con la RIGIDEZ

Insuficiente competencia sísmica en

una dirección

Choque entre edificios

Edificios que han colapsado debido a mala competencia sísmica en una dirección

(Ej: Pórticos de vigas chatas y columnas de poco peralte en la denominada dirección “secundaria” → excesiva deriva en dicha dirección)

Daños por mala competencia sísmica en una dirección

Edificación de pórticos flexibles en la dirección transversal

Edificaciones con insuficiente rigidez lateral en la dirección transversal

Sismo Huaraz 31/05/70 (M = 7.6)

Choque entre edificios

Si no existe suficiente separación sísmica entre edificios adyacentes, su manera distinta de vibrar ante la solicitación sísmica puede producir el choque entre ellos. Esto es más peligroso cuando los edificios adyacentes no coinciden en sus alturas de entrepiso.

Junta de separación sísmica

Choque de edificios, Sismo México 1985

Sismo Tokachi-Oki, Japón, 1968

Sismo Pisco15/08/2007

V. ¿La cimentación es compatible con el suelo?

• El suelo debe ser compatible con el tipo de cimentación empleado. Así por ejemplo, un suelo blando puede no ser compatible con cimentaciones superficiales aisladas convencionales y un suelo rígido no requiere de cimentaciones profundas. Así mismo, existen taludes que pueden fallar como un conjunto, por lo que es necesario determinar la superficie de falla para garantizar que la cimentación se realice con la profundidad adecuada.

Amplificación sísmica en suelos blandos

Amplificación símica en terrenos desfavorables

La topografía del terreno influye en la amplificación del movimiento sísmico cuando se trata de ubicaciones desfavorables (bordes de mesetas, cimas y laderas de cerros)

Fallas relacionadas con la CIMENTACIÓN

Deslizamiento de taludes

Asentamiento diferencial

Licuefacción del suelo

Acerca de la Cimentación

• Debe tener una acción integral de la misma durante un sismo.

• Debe diseñarse considerando los siguientes efectos:

a) Capacidad portante del terreno

b) Transmisión del corte basal de la estructura al terreno.

c) Previsión de momentos de volteo.

d) Posibilidad de asentamientos diferenciales de la cimentación.

e) Licuefacción (licuación) del suelo

f) Posibilidad de giro de la cimentación.

Deslizamiento por inestabilidad de taludes

Urbanizaciones de playa (Km 111 Panamericana Sur) sobre plateas superficiales en talud pronunciado de arena suelta.

Edificio de 13 pisos en Shangai, con cimentación sobre pilotes

Secuencia del colapso del edificio

Asentamientos diferenciales

Fenómeno de licuefacción del suelo

Afloración de agua por licuefacción del suelo

Licuación de suelo arenoso con napa freática alta

Condiciones:

1) Suelo granular suelto

2) Napa freática superficial

3) Vibración sísmica

Licuefacción de suelos

Tambo de Mora,

Chincha

Sismo 15/08/2007

Tambo de Mora, Chincha. Sismo 15/08/2007

Licuación del suelo que ha comprometido la estabilidad de las edificaciones. Sismo Nigata, Japón 16/06/1964

VI. ¿La edificación tiene un sistema estructural apropiado?

• No todo sistema estructural es apropiado para todo tipo de cargas. Las Normas vigentes reflejan estas experiencias. Sea cual fuere el sistema estructural utilizado, debe cumplir con ciertos requisitos mínimos de configuración y continuidad para garantizar su respuesta a las solicitaciones impuestas. Por ejemplo:

Los elementos verticales deben ser continuos desde la cimentación.

Se debe cumplir la hipótesis de diafragma rígido.

Edificio informal de siete pisos, que originalmente fuera de tres

Edificación con sistema de “Piso Blando”

Sismo Pisco 15/08/2007

Entrepiso blando generado por proyecto (?) con deficiencia estructural

Fallas relacionadas con la CONTINUIDAD

Discontinuidad de elementos estructurales

Piso blando

Acerca de la Uniformidad y Continuidad

• Evitar cambios bruscos de rigidez, que causan concentraciones de esfuerzos (caso de placas que se interrumpen en niveles inferiores)

Colapso por discontinuidad de elementos estructurales verticales

Daños en edificación con discontinuidad estructural vertical (Pisco 2007)

Efecto de concentración de

esfuerzos

Problema de transición de columna(Origina articulación en el nudo → Los momentos de la columna superior no se pueden transmitir a la inferior)

Discontinuidad de columna en obra

Graves deficiencias de autoconstrucción

Falla de dintel peraltado discontinuo

Falla en columnas sin continuidad vertical

Efecto de “piso blando”

Muros o placas que se eliminan en el primer piso, concentrando demandas de ductilidad excesivas para las columnas del primer piso, dado el comportamiento de sólido rígido de las placas superiores

(Las deformaciones por desplazamientos laterales se concentran en un solo piso y pueden exceder la capacidad de deformación de dicho piso)

Edificio “Don Tristán”, Maipú, Santiago,

Sismo Chile 27/02/2010

Sismo Popayán, Colombia(31/03/1983)

Sismo El Salvador 10/10/1986 (M = 7.5)

Sismo Managua, Nicaragua 23/12/1972

(M = 6.2)

Sismo San Fernando, California, E.E.U.U.

09/02/1971 (M = 6.6)

Sismo Erzinkan, Turquía, 1992

Sismo México 19/09/1985 (M = 8.2)

Colapso de pisos blandos intermedios(Sismo de Kobe, 1995)

Fallas relacionadas con la HIPÓTESIS DE DIAFRAGMA RÍGIDO

Aberturas grandes en las losas de piso

Formas rectangulares muy alargadas

Acerca de la Hipótesis de Diafragma Rígido

• Permitir que la losa pueda considerarse rígida en su plano para poder distribuir las fuerzas horizontales de acuerdo a la rigidez lateral de los elementos verticales (placas y columnas).

• Evitar grandes aberturas, reducciones en planta, formas alargadas en planta, formas T, L ó H.

Edificios con aberturas importantes en las losas de piso

(Comportamiento no unitario de la estructura) (Ej: Edificios de bloques unidos por “puente”)

Edificios de formas rectangulares muy alargadas.

La hipótesis de diafragma rígido NO es válida y el efecto de la torsión accidental es muy importante.Además, ante la acción del movimiento del terreno, los movimientos de la base difieren de un extremo a otro. Las vibraciones en planta, incrementan las solicitaciones en la parte central del edificio.

Sismo México 1985

Posibles soluciones para plantas muy alargadas o con aberturas importantes:

VII. ¿La edificación está construida con materiales competentes?

• Existen materiales que, debido a su propia naturaleza, tienen una pobre competencia ante cargas dinámicas. En cambio otros, pueden considerarse competentes para la fabricación de estructuras sismo resistentes. Además, el nivel de la resistencia y la calidad de los materiales determinan en buena parte el desempeño de la edificación durante su vida útil.

Esta lista incluye:

Concreto armado

Albañilería reforzada (confinada o armada)

Acero

Madera

Albañilería de tierra cruda: Adobe (izquierda) y Tapial

(abajo)

Colapso de viviendas de adobe

Fallas en muros de adobe por fuerza perpendicular al plano del muro

Estructuras con elementos sismo-

resistentes de madera

Edificaciones de pórticos flexibles y muros de ladrillo pandereta

Ladrillo tubular, con excesivo porcentaje de perforaciones

Vivienda de albañilería con ladrillo artesanal y ausencia total de

reforzamiento

Edificación de albañilería no reforzada

VIII. ¿La edificación presenta buena calidad de construcción?

• Es posible determinar la calidad de la construcción mediante evidencias físicas de la propia edificación, tales como la textura superficial de los elementos y la precisión de la construcción, entre muchas otras.

Vivienda de autoconstrucción, con parapetos y tabiquería de fachada sin reforzar

Necesidad de una buena praxis constructiva y una inspección estructural rigurosa

Aspectos a destacar:a) Importancia de un detallado adecuadob) Importancia de la selección y uso adecuado de los

materialesc) Importancia de una adecuada construcción y

supervisión.d) Consideración de las condiciones localese) Compatibilidad entre arquitectura, estructuras e

instalaciones.Conclusiones:• Un buen diseño y un adecuado detallado son

indispensables, pero no suficientes.• Las Normas no son suficientes

Supervisión de procedimiento constructivo

Curado del concreto

Empalme en zona inadecuada de columna

Falta de vibrado en el concreto de la columna

Estribos abiertos

Estribos deficientes(Mala habilitación del

fierro)

Daños por ausencia de viga solera

Colapso de edificación de albañilería con ausencia de solera

Procedimiento incorrecto: vaciado de la solera en dos etapas

Grieta en zona de unión de alféizar, por falta de independización

Comportamiento sísmico de muros no confinados

Trituración de celdas vacías en muro armado parcialmente relleno

Estructuras inestables

Ausencia o deficiencia de Proyecto Estructural

Mala configuración estructural de entramados

que forman pórticos

Falla en unión de vigas fuera del plomo de la

columna

Exceso de cuantía en refuerzo de columna (1% ≤ρ≤ 6 %)

Aplastamiento en muro de albañilería

Falla en muro de albañilería por punzonamiento de descanso de escalera

Problemas de recubrimiento

.

Falta de recubrimientos

Insuficiente recubrimiento en refuerzo de viga

Insuficiente recubrimiento en refuerzo de columna

Cangrejeras y falta de recubrimiento

Cangrejera en una vigueta de aligerado

Cangrejeras en columna (f´c = ??)

Problemas de corrosión

Volados expuestos a la brisa marina

Columnas con alto grado de

oxidación

Alto grado de corrosión por acción

de la brisa marina

Falta de protección temporal en las armaduras. → Futuro problema de corrosión

Problemas de compatibilidad con instalaciones eléctricas y sanitarias

Ductos y cajas para instalaciones

eléctricas. (Del muro de

concreto no quedó nada)

Tubería en medio de núcleo confinado de placa

Tubería en sección crítica de volado

Tubos para instalaciones sanitarias. (¿Y el

muro portante de ladrillo?)

Problemas relativos a juntas

Juntas de construcción

Juntas de llenado

Junta de construcción que se transformó en rótula plástica

Juntas de llenado en placas→ ¿Transferencia del cortante???

Deflexiones excesivas

Aparición de rótulas plásticas en losas, por deflexiones excesivas

Falla de volado por deflexión debida a

acción sísmica

Colapso de escalera por formación de articulación

Tanques de agua apoyados en columnas muy débiles en relación con la viga que las une (viga

pared del tanque)

• (Además, muchas veces las columnas nacen de las vigas de la azotea → diseñar por sismo vertical)

IX. ¿La estructura tiene capacidad de absorber y disipar energía?

• Este aspecto es el más difícil de determinar sin un estudio exhaustivo y minucioso de la estructura. Depende de su diseño y su detallado. Por ejemplo, para que un pórtico tenga capacidad de disipar energía, debe detallarse con refuerzo adecuado, no sólo en cantidad sino en configuración. Así, los estribos deben cerrarse con ganchos de 135⁰ y deben colocarse con un espaciamiento pequeño en las vecindades de las conexiones entre vigas y columnas.

Columna sin refuerzo transversal. Colegio San Luis Gonzaga Ica. Sismo 15/08/2007

Columnas sin confinamiento de estribos. Sismo Sur 06/06/2001 (M = 6.9)

Hotel Ambassador, Pisco. Sismo 15/08/2007

Caso de Hotel Ambassador(Sismo Pisco 15/08/07)

1) Baja calidad de los ladrillos, que dio lugar a una baja resistencia al corte de los muros.

2) Baja densidad de muros en la dirección corta, donde sólo habían dos muros perimetrales.

3) Mala distribución en planta de los muros, donde el muro longitudinal no aporta resistencia a fuerza cortante en la dirección corta, sino más bien genera torsión.

4) Piso blando, por existencia de cocheras.Este tipo de estructura debe evitarse.

Fallas relacionadas con la DUCTILIDAD

Columnas colapsadas en edificios aporticados

Falla en nudos sin ductilidad adecuada

Insuficiencia de longitud de anclaje

Columnas colapsadas en edificios aporticados

(Caso de vigas más resistentes que las columnas, las rótulas plásticas se forman en las columnas antes que en las vigas, originándose mecanismos de falla)

Resistencia a flexión de las columnas, en las caras de los nudos

Generación de rótula plástica en viga

Recomendación: HiperestaticidadProcurar estructuras hiperestáticas (mejor capacidad resistente y mejor disipación de energía sísmica por formación de rótulas plásticas)

Falla por falta de diseño de nudos

Cortante de diseño en el nudo

Nudos sin ductilidad, por ausencia de estribos

Falla de conexión en nudo

Fallas por insuficiencia de longitud de anclaje (La solicitación sísmica es cíclica y produce inversión de cargas)

Falla en la unión por falta de anclaje en la conexión

de la columna con el sistema de piso

Falla de anclajes en unión de vigas

Columna que no llega a anclar refuerzo en zapata (ld = ?)

Longitud de anclaje en tracción (barras rectas)f’c=210 fy=4,200

Fallas estructurales más frecuentes causadas por los sismos en los elementos estructurales y no

estructurales

a. Fallas relacionadas con la RESISTENCIA

a1. Insuficiente resistencia al cortante de entrepiso

a2. Fallas en vigas

a3. Fallas en columnas

a3. Fallas en muros de corte (placas)

a4. Falla en vigas de acoplamiento

b. Fallas relacionadas con la PARTICIPACIÓN DE ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES

b1. Daños en tabiquería

b2. Columna corta

c. Fallas relacionadas con OTROS EFECTOS SÍSMICOS

c1. Resonancia local

c2. Mecanismo push-over

c3. Punzonamiento de la losa de techo

a. Fallas relacionadas con la RESISTENCIA

a1. Insuficiente resistencia al cortante de entrepiso

a2. Fallas en vigas y columnasa3. Fallas en muros de corte (placas)a4. Falla en vigas de acoplamiento

a1. Insuficiente resistencia al cortante de los entrepisos

Se produce por insuficiente resistencia a carga lateral de los elementos verticales de soporte: placas y columnas.

Muy peligrosa porque puede conducir al colapso total de la edificación.

Sismo Haití 12/01/2010 (M = 7.0)

Av. Chapultepec. Sismo México 19/09/1985

Edificio Televisa, Av. Chapultepec, Sismo

México 19/09/85

Sismo Bucarest, Rumanía, Mar. 1977

(M = 7.2)

a2. Falla en vigas:

• Grietas diagonales → Cortante

• Rotura de estribos → Cortante

• Grietas verticales → Flexión

• Rotura del refuerzo → Flexión

• Aplastamiento del

concreto → Flexión

Falla por flexión en viga (mala evaluación de las cargas actuantes)

Falla por cortante en viga

Falla por corte (tracción diagonal) en vigas

a3. Falla en Columnas:

• Grietas diagonales → Cortante

• Grietas verticales → Compresión

• Desprendimiento

del concreto → Compresión

• Aplastamiento del concreto y pandeo de las barras de refuerzo → Flexocompresión

Falla por compresión en columna

Efecto combinado de carga axial y momento flector sobre columna sin y con refuerzo

transversal

Falla frágil de cortante o tracción diagonal en columnas o vigas, por insuficiente confinamiento de estribos en los extremos adyacentes a los nudos.

(Ante el inadecuado confinamiento de estribos, estos se abren y el concreto estalla, seguido del pandeo lateral del refuerzo longitudinal)

Falla por compresión en columna con estribos muy separados

Falla por falta de confinamiento de estribos en columnas y posterior pandeo de refuerzo longitudinal

(Sismo Chile 27/02/10)

Pandeo en armadura de columnas

Pandeo en refuerzo de columnas

Edificio

Obispo Masías. Concepción, Chile

Sismo (27/02/10)

Falla de columna por excesivo paso del zuncho (30.5 cm)

(La fuerza cortante superó la resistencia del zuncho y no fue

capaz de confinar al concreto)

Colapso total de columna por excesiva separación de refuerzo transversal, en edificio de 02 pisos. San Fernando 1971.(no se consiguió suficiente confinamiento al concreto ni suficiente resistencia al corte)

a4. Fallas en muros de corte (placas)

Sin un diseño adecuado para los niveles de ductilidad esperados, se suelen presentar fallas por flexión o por cortante en muros estructurales, que constituyen la resistencia primaria a fuerzas laterales en los edificios. Estas fallas suelen presentarse en la unión con los sistemas de piso.

Principales formas de falla en placas

Confinamiento en elementos de borde

Borde en compresión por flexión

Tienen por finalidad prevenir el pandeo de los extremos de los muros por las compresiones originadas por la flexión

Falla por flexión en base de placa

Falla por flexión en placas

Ausencia de núcleos confinados en extremos de placas

Fallas por cortante (tracción diagonal) en placasEdificio “Toledo”, Viña del Mar(Sismo Chile 27/02/10)

Falla en placa por cizallamiento(corte horizontal)

Sismo Anchorage, Alaska 1964,

(M = 8.5)

Sismo Anchorage, Alaska, 1964 (M = 8.5)

Grieta horizontal y desprendimiento de concreto en unión de placa con sistema de piso.

Sismo San Fernando, California, 1971

Edificio Central Park, Santiago. Sismo Chile (27/02/10)

Edificio “Bahía”, Viña del Mar.(Sismo Chile 27/02/10)

Edificio Centro Mayor, Concepción, Chile. (Sismo 27/02/10)

a5. Falla por corte en vigas de acoplamiento

(Vigas muy cortas ubicadas entre dos muros o placas)

Edificio “Torre O´Higgins”, Concepción(Sismo Chile 27/02/10)

Esquema que ilustra la falla por tracción diagonal en vigas de acoplamiento

Diseño de vigas de acople entre placas

Diseño y armado correcto para viga de acople entre placas

b. Fallas relacionadas con la PARTICIPACIÓN DE ELEMENTOS

NO ESTRUCTURALES

b1. Daños en tabiqueríab2. Columna corta

Acerca de la participación de elementos NO estructurales

• Independizar los tabiques de albañilería (sobre todo en estructuras flexibles)

• Analizar la posibilidad de generar columnas “cortas”

• Considerar la participación de los muros portantes de albañilería confinada como muros de corte (sobre todo en estructuras conformadas exclusivamente por pórticos)

b1. Daños en tabiquería de ladrillo, vidrios, cornisas y parapetos

(Por tener estructuras muy flexibles, con poca rigidez lateral y sin detallado especial)

(En realidad NO se trata de una falla estructural, pero causa problemas de estética y alarma a los residentes del edificio)

Comportamiento sísmico de muros no confinados

Daño por falta de reforzamiento en

aberturas

Daño por falta de separación en

ventanas y puertas

Colapso de tabique de fachada sin elementos de confinamiento

Conexión dentada (insuficiente) y arriostrada (correcta) en tabiques en aleros

Falla de tabique no arriostrado

Falla de parapeto

Consecuencias de técnica constructiva inadecuada

(Sismo Pisco 15/08/2007)

Daños en tabique en encuentro con viga

Falla en unión de tabique con placa

Falla en unión de tabique con solera

Falla en tabique no independizado de estructura sismo-resistente

Daños serios en tabiquería, Moquegua, Sismo Sur 23/06/2001 (M = 7.9)

Colapso total de tabiques divisorios

Sismo Nazca 12/11/96 (M = 6.4)

Falla de tabique por ausencia de independización→ pudo generarse también columna corta

Grieta por efecto de “muro corto”

Efecto de “muro corto”

Aislamiento adecuado de alféizares (albañilería armada y confinada)

(Observar desprendimiento de reparaciones ejecutadas por daños de sismos anteriores)

Técnica tradicional de reparación de muros de albañilería confinada

1. Reemplazo de ladrillos

2. Reparación de columnas

3. Resane de fisuras

4. Relleno de zona central con concreto simple

b2. Falla de columna corta

(Efecto de tabiques de ladrillo con ventanas altas)

(La porción libre de la columna adquiere mucha mayor rigidez que las no restringidas, generando sobre ella elevada demanda de corte → Falla frágil por tracción diagonal ante elevados esfuerzos cortantes)

Como la rigidez lateral es inversamente proporcional al cubo de su longitud →

La columna de menor longitud tendrá mayor rigidez y por tanto asumirá mayor fuerza cortante.

Deformación de columna corta confinada parcialmente por muros

Problema de “Columna Corta”

Sismo Nazca 1996A pesar de tener tecnoport separando 2 cm, las columnas de los tabiques de los colegios sufrieron daño porque la deformación era mayor.

Solución al problema de columna corta en centros educativos: independización de tabiques y uso de

columnas estructurales más rígidas

c. Fallas por efectos sísmicos de más difícil previsión

c1. Resonancia local

c2. Mecanismo push-over

C3. Punzonamiento de la losa de techo

j1. Resonancia local o “Chicoteo”

Al propagarse la vibración sísmica desde la base hasta la cúspide, se presentan amplificaciones a lo largo de la altura, que conducen a una elevada concentración de acciones internas.Algunos autores consideran que este colapso se debe a la unión del concreto viejo con nuevo por interrupción del vaciado durante el proceso constructivo.

Edificio Charaima de 11 pisos (sólo quedaron 07) Sismo 29/07/1967, Caracas, Venezuela. (M = 6.5)

Hotel Continental, México 1985 (colapso de pisos superiores)

Edificio LACSA. México 1985

(Observar daño en los pisos superiores)

j2. Falla en columna por mecanismo push-overdebido a cargas cíclicas

j3. Falla por punzonamientode la losa de techo:Esta falla puede ocurrir en los edificios de losas planas sin vigas. Las columnas atraviesan a la losa y los sistemas de piso quedan sin apoyo, produciéndose el colapso total de los pisos.

Es recomendable usar ábacos o capiteles

Falla en edificio de losas planas sin vigas, por

punzonamientode la losa

Edificio de losas planas sin vigas: Hospital Juárez Sismo México 1985 (punzonamiento de las losas)

Muchas gracias por su atención

Ing. Oscar Fernández Cruz

www.ciepsat.com