Mercedes Feriche Femndez-Castanys

DAOS PRODUCIDOS POR TERREMOTOS

Mercedes Feriche Fernndez-Castanys

Instituto Andaluz de Geofsica yPrevencin de Desastres Ssmicos

INTRODUCCIN

Las construcciones son los elementos vulnerables ms importantes ya que los daos sufridos por ellas repercuten directamente en las vctimas que pueda ocasionar un sismo. Con el fin de determinar los daos que pueden producir los futuros terremotos, es necesario conocer los distintos tipos de estructuras y su comportamiento ante los diferentes movimientos del suelo. Con relacin a los datos obtenidos, se podrn mejorar los tipos constructivos y hacer ms estrictos los controles de calidad en obras de reciente construccin.

La utilizacin de diseos antissmicos en obras aumenta considerable mente el coste de construccin, y por ello, en muchos casos, se evita su aplica cin. Sin embargo, el costo por diseo antissmico es un porcentaje muy bajo (inferior al coste de muchos elementos ornamentales) salvo el caso de estructu ras especiales. El respeto de la normativa sismorresistente deber ser riguroso para evitar daos mayores.

Cuando se produce un terremoto, los daos en las construcciones estn relacionados con los tipos de los elementos constructivos, materiales empleados, modo de ejecucin, subsuelo, topografa, etc... Este ltimo factor desempea un papel muy importante a la hora de considerar el emplazamiento de una obra en zonas ssmicas, ya que, segn las caractersticas fisiogrficas de cada zona, las ondas ssmicas variarn su comportamiento. Esto es especialmente importante cuando existen materiales sueltos o de baja coherencia, y extremadamente peli groso cuando concurren los tres factores siguientes: gradiente topogrfico alto,

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materiales inconsolidados y alto contenido en agua. Adems, en las cuencas sedimentarias, como se ha visto en el tema anterior, se producen fenmenos de amplificacin y se incrementan la amplitud y la duracin del movimiento.

Las ondas ssmicas afectan a las estructuras en funcin de diferentes caractersticas:

*Ondas de baja frecuencia: hacen que los edificios altos entren en reso nancia, afectando en menor grado a los bajos.

*Ondas de alta frecuencia: afectan sobre todo a las casas bajas y en menor grado a las grandes estructuras.

*Perodopropio del terreno.

*Perodofundamental de la estructura.

*El mayor dao se produce en terreno blando y menos en terreno duro.

*Los edificios altos sufren ms daos que los bajos en suelos blandos y de gran potencia.

TIPOLOGIA DE CONSTRUCCIONES EN EL SUR DE ESPAA Y SU COMPORTAMIENTO ANTE SACUDIDAS SSMICAS

Las tipologas de construccin en Andaluca han ido evolucionando en el tiempo en funcin de los materiales empleados. As, la tipologa de construccin ms antigua utilizada como vivienda est realizada con materiales precarios (muros de carga de adobe, tapial o mampostera con forjados de madera o de bvedas de piedra y cubiertas de madera) y es la que se ha venido empleando hasta principios de siglo. La aparicin del hormign (aproximadamente en el ao 1935) da lugar a una tipologa reacia a dejar de lado el uso de muros de carga, que combina el uso de prticos de hormign con muros perimetrales de carga de fbrica de ladrillo, empleado hasta los aos 60, en los que se generali za el uso del hormign armado. Las construcciones realizadas en esta poca suelen ser muy regulares en planta y distribuciones simtricas. Los prticos estn constituidos por vigas de gran canto (descolgadas) utilizando mucho hor mign y poco armado. En los aos 1975-80, se comienza a emplear un hormi gn armado ms flexible (poco hormign y mucho armado) y estructuras esbel tas constituidas a base de prticos con pilares esbeltos y vigas planas embutidas en los forjados o losas reticulares reforzadas en las zonas de encuentro con los pilares (capiteles). En este tipo de construccin domina la asimetra en planta y en altura.

TIPOS DE ESTRUCTURAS

Los sistemas estructurales ms comunes que existen en la Comunidad Autnoma Andaluza pueden clasificarse (en funcin de su grado de vulnerabili dad) en alguno de los tipos siguientes:

Tipo l. (Muros de Carga)

Estructuras a base de muros de carga de mampostera de piedra, ladrillo, adobe o tapial de gran espesor, con sistemas de forjados a base de vigas de madera y bveda catalana de ladrillos o tablones de madera, o con arcos y bvedas de piedra. Cimentacin constituida por zapata corrida al pie del muro hecha, bien de rellenos, o bien del mismo material del muro.

Tipo 2. (Muros de carga con refuerzos)

Estructuras con muros de carga de fbrica de ladrillo o bloques huecos de hormign reforzadas con elementos perimetrales de hormign armado y con sistemas de forjado de hormign armado hecho in situ o prefabricado. Cimenta cin constituida por zapata corrida al pie del muro hecha, bien de hormign armado o bien del mismo material del muro.

Tipo 2-3. (Muros de carga y prticos de hormign)

Estructuras con muros de carga perimetrales de fbrica de ladrillo y prticos de hormign armado interiores. Sistemas de forjado con viguetas de acero o de hormign pretensado apoyadas en los prticos de hormign. Cimenta cin constituida por zapata corrida al pie del muro de carga (del mismo material del muro) y dados de hormign al pie de los pilares que constituyen los prticos.

Tipo 3. (Forjado unidireccional)

Esqueleto estructural, a base de marcos rgidos formados por pilares y vigas de hormign armado o de acero estructural, con sistemas de forjado de hormign armado constituido por viguetas y bobedillas, de 20 a 25 cm de espesor, apoyados en las vigas de los prticos y reforzados en puntos crticos con vigas secundarias (brochales). Cimentacin constituida a base de hormign armado realizada en funcin de las caractersticas del terreno y de la carga del edificio: zapatas aisladas zunchadas, losas o pilotes.

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Tipo 4.(Forjado bidireccional)

Esqueleto estructural con pilares de hormign armado o acero estructural y sistemas de forjado a base de losas de espesor constante (usualmente entre 25 y 45 cm), aligeradas en ciertas zonas para definir nervaduras y bacos o capite les, que forman marcos "equivalentes" con los pilares. Cimentacin constituida a base de hormign armado realizada en funcin de las caractersticas del terreno y de la carga del edificio: zapatas aisladas zunchadas, losas o pilotes.

Tipos 5 y 6. (Prticos reforzados)

Estructuras similares a los tipos 3 y 4 en las que, adems de los marcos rgidos, se emplean elementos de refuerzo constituidos por diagonales de hormi gn o acero en algunas crujas o por muros de rigidez de fbrica de ladrillo o de hormign armado; en algunos casos los muros forman ncleos rgidos alrededor de zonas de servicios, como elevadores, escaleras, baos, etc. Cimentacin cons tituida a base de hormign armado realizada en funcin de las caractersticas del terreno y de la carga del edificio: zapatas aisladas zunchadas, losas o pilotes.

Tipo 7. (Perfiles metlicos)

Estructuras costituidas a base de prticos metlicos con forjados de viguetas metlicas y bovedillas. Dentro de este tipo hay que considerar un subtipo: cons trucciones industriales de diseo especial, normalmente de esqueleto estructural de acero con pilares muy esbeltos y grandes luces entre ellos. Cimentacin consti tuida a base de hormign armado realizada en funcin de las caractersticas del terreno y de la carga del edificio: zapatas aisladas zunchadas, losas o pilotes.

El primer tipo de estructuras (fig. 1) se encuentra en construcciones anti guas; los muros llegan a tener espesores superiores a 50 cm y alturas entre forjados relativamente grandes. Suelen estar bastante deterioradas, sobre todo fos,'forjados, por falta de mantenimiento adecuado, con vigas a veces en mal.e stado (apolilladas o podridas) y rellenos de tierra importantes en pisos y techos.Adems, suelen tener grietas en muros y pisos provocados por hundimientos diferenciales o por sismos anteriores.

El segundo tipo de estructuras (fig. 2) es la versin moderna de la ante rior; los muros suelen ser mucho ms delgados, con espesor mximo de unos 28 cm, que en ocasiones cuentan con dalas y castillos de hormign armado que confinan a la fbrica y mejoran su comportamiento. En este tipo de construccin no se alcanzan alturas importantes. Normalmente se emplea en vivienda unifamiliar o multifamiliar, con gran densidad de muros continuos en toda la altura.

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Fig. 1. Estructura tipo I

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Fig. 2. Estructura tipo 2

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Fig. 3. Estructura de transicin tipo 2-3

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Dafios producidos por terremotos

El tipo 2-3 (fig. 3) se emplea en viviendas u oficinas. Es muy comn en el casco antiguo de Granada, aunque se conocen casos iguales en Sevilla. Los muros de carga perimetrales suelen tener un espesor de 40-50 cm y sobre ellos descansan las vigas de hormign de los prticos centrales del edificio (este apoyo, en ocasiones es de un par de centmetros). Las luces entre pilares suelen ser muy pequeas, van desde 1,5 m hasta 6 m. Los forjados, constituidos por viguetas metlicas o prefabricadas de hqrmign se apoyan directamente sobre los prticos. Este tipo de construccin es muy problemtica debido a la falta de apoyo y de unin entre muros, prticos y forjados, agravado por los diferentes tipos de cimentacin que utilizan y por la apertura de huecos en los muros de carga.

El tipo 3, o prticos de hormign armado, con vigas semidescolgadas unidas rgidamente a los pilares (fig. 4), se ha empleado para edificios de hasta 40 niveles en acero y un poco ms bajos en hormign reforzado. Las luces entre pilares y el tamao de stos dependen del material empleado y del uso del edificio. En edificios destinados exclusivamente a vivienda, las luces mximas requeridas suelen ser del orden de 5 a 6 m; sin embargo, cuando algunos niveles en estos edificios se destinan a estacionamiento, las luces suelen ser mayores (para que los vehculos puedan realizar maniobras). En edificios de oficinas o de comercios tambin suelen usarse luces de 7 a 8 m que en ocasiones pueden llegar hasta los 10 12 m. Los perodos de oscilacin de estas estructuras dependen del nmero de pisos y de las rigideces relativas de los pilares y vigas; normalmente son del orden de 0.1a0.15 veces el nmero de pisos, por lo que en edificios de 15 pisos el periodo fundamental de vibrar puede estar cercano a 2 segundos, as que hay que tener en cuenta la respuesta dinmica. En este tipo de edificios de comportamiento bastante elstico son fundamentales dos cuestiones: un diseo estructural continuo y regular y una cuidada ejecucin, ya que de lo contrario, estas estructuras contendran elementos con sobrecargas no considera das suficientemente (sobre todo ante excitacin dinmica) que los convertira en vulnerables a las sacudidas ssmicas.

El tipo 4 de construccin, a base de pilares y losas aligeradas (fig. 5) con espesores de 25 a 45 cm, se populariz mucho debido a la mayor facilidad de construccin (sobre todo por su mayor rapidez), aunque su costo es superior al del tipo 3, pues requiere mayor cantidad de armadura en el forjado; se ha usado en edificios hasta de unos 20 pisos de altura. Lo reducido del espesor del sistema de forjado conduce tambin a menor rigidez lateral, lo que hace que los edificios construidos con ese sistema se deformen ms y tengan perodos ms largos que los de vigas semidescolgadas para el mismo nmero de pisos y claros entre

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pilares. Presentan tambin el problema de que su comportamiento en el intervalo inelstico es menos dctil y se requiere un detalle especial de los armados para lograr un comportamiento satisfactorio. Son ms vulnerables ante sacudidas ssmicas fuertes que el tipo 3, lo que se ha comprobado en Mxico, no slo en el sismo del 19 de septiembre de 1985, sino tambin en otros anteriores, como el de marzo de 1979. Su gran deformabilidad lateral propicia que se daen facilmente los muros divisorios no estructurales, que es difcil construir con la holgura necesaria para evitar su colaboracin durante sismos intensos; tambin, debido a su gran elasticidad, conduce a que se golpeen fuertemente con edificios vecinos y a que el efecto P - Li1 sea significativo.

En los tipos 5 y 6 se reducen considerablemente los problemas de defor maciones excesivas antes mencionados, debido a la mayor rigidez que se logra por la colaboracin de los muros o elementos de refuerzo (fig. 6). El anlisis del sistema estructural se complica por la manera diferente en que se deforman los marcos sin reforzar y los marcos reforzados, ya que al estar conectados en cada nivel por diafragmas rgidos, tienen que deformarse igual, lo que causa proble mas de acumulacin de esfuerzos, que se complican por el hecho de que las deformaciones se producen en tres dimensiones y no en planos aislados como se idealiza comunmente en el diseo. En el terremoto de Mxico de 1985 muchos edificios de apartamentos con estructura tipo 6, de 10 a 15 niveles tuvieron daos menores debido a la presencia de muros de hormign en las zonas de elevadores y escaleras, o en las colindancias, colocados simtricamente.

En el tipo 7, al abusarse generalmente de las luces entre pilares y al frecuente cambio de uso, hay que hacer especial hincapi en el diseo. Los defectos ms comunes son: falta de refuerzos en muros, falta de tirantes entre pilares, distribucin de rigideces, reformas por cambios de uso, etc.

Clasificacin de las construcciones segn la escala de intensidad ssmicaMSK

La escala de intensidades usada en Europa (MSK) hace una clasificacin de las construcciones englobando las tipologas anteriormente descritas en tres grandes grupos:

Tipo A: Con muros de mampostera en seco o con barro, de adobes o detapial.

1. El efecto P - es el momento en las bases de los pilares (producto de la carga vertical por el desplazamiento lateral. Este efecto no es significativo en estructuras rgidas y muy importante en estructuras flexibles

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Daos producidos por terremotos

Tipo B: Con muros de fbrica de ladrillo, de bloques de mortero, de mampostera con mortero, de sillarejo, de sillera y entramados de madera.

Tipo C: Con estructura metlica o de hormign armado.

Clasificacin de las construcciones de acuerdo con el uso a que se destinan (segn el nuevo proyecto de Norma de Construccin Sismorresistente, 1992)

Construcciones de importancia moderada: Se incluyen en ese concepto, las construcciones sin probabilidad razonable de que su destruccin pueda oca sionar vctimas, interrumpir un servicio primario u ocasionar daos econmicos a terceros.

Construcciones ordinarias: Son aquellas cuya destruccin puede ocasio nar vctimas, interrumpir un servicio necesario para la colectividad, o producir importantes prdidas econmicas, sin que en ningn caso se trate de un servicio imprescindible ni pueda dar lugar a efectos catastrficos.

Figura 4. Estructura tipo 3. Distribucin uniforme de masas en planta agrupando usos por planta

Figura 5. Estructura tipo 4.

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Figura 6. Estructuras tipos 5 y 6. Diferentes formas de refuerza de marcos estructurales:a) Cuando no se disea por sismo o cuando se disea para temblores muy intensos. b) Para sismos moderados. c) y d) Para sismos moderados y fuertes. (Newmark y Rosenblueth,1976)

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Construcciones de especial importancia: Son aquellas cuya destruccin por el terremoto, puede interrumpir un servicio imprescindible o aumentar los daos del sismo por efectos catastrficos. En este grupo se incluyen, al menos, las siguientes construcciones:

Edificios sanitarios, hospitales y clnicas. Cuarteles de bomberos, polica y fuerzas armadas.Construcciones que conserven patrimonio artstico o cultural de gran valor.

Depsitos de agua o gas para el abastecimiento de poblaciones; instalacio nes de bombeo y arterias principales.

Centrales elctricas y parques o centros de transformacin y distribucin. Puentes y vas de acceso principales de los ncleos urbanos. Instalaciones vitales de los aeropuertos.Emisoras de radio y televisin, centrales telefnicas y telegrficas.

Edificaciones donde este previsto albergar los centros de organiza cin y coordinacin en caso de un terremoto destructivo.

Parque de maquinaria o almacenes que alojen instrumental o maquinaria imprescindible para la ayuda inmediata.

Grandes presas y sus instalaciones vitales.

Edificios donde existan acumuladas materias txicas, inflamables o explo sivas.Centrales nucleares y edificios donde se procesen materiales radioactivos. Aquellos edificios que por su uso se clasificaran en el grupo 2, pero cuyadestruccin, a juicio de la autoridad que supervise el proyecto o intervengaen la concesin de licencia, pudiera afectar gravemente a alguno de los servicios sealados en el grupo 3, o dar lugar a un gran nmero de vcti mas.

TIPOS DE DAOS MS COMUNES Y POSIBLES CAUSAS DE ELLOS.

Daos en edificios

La intensidad macrossmica indica el grado de daos para cada tipo de construccin en funcin de la intensidad del movimiento del suelo. La escala de intensidad MSK (que es la utilizada en Europa) hace la siguiente clasificacin de daos:

Daos ligeros: Fisuras en los revestimientos, cada de pequeos trozos de revestimiento.

Daos moderados: Fisuras en los muros, cada de grandes trozos de revestimiento, cada de tejas, cada de pretiles, grietas en las chimeneas, e inclu so derrumbamientos parciales en las mismas.

Daos Graves: Grietas en los muros, cada de chimeneas de fbrica o de otros elementos exteriores.

Destruccin: Brechas en los muros resistentes, derrumbamiento parcial, prdida del enlace entre distintas partes de la construccin, destruccin de tabi ques y muros de cerramiento.

Colapso: Ruina completa de la construccin.

En cuanto a planificacin se refiere, es necesario tener en cuenta las prdidas materiales en funcin de los diferentes grados de intensidad, lo que se refleja en las tablas I y Il y el diagrama de la figura 7 (Mingo et al, 1992).

Los daos ms fuertes provocados por los terremotos en las edificaciones dependen de los componentes estructurales y de los componentes no estructura les de la obra para un mismo lugar. Para lugares diferentes, aunque cercanos entre s, puede haber daos diferentes en estructuras similares debido a los fenmenos de amplificacin mencionados en temas anteriores. En realidad estos edificios se ven sometidos a sacudidas ssmicas diferentes que provienen del mismo terremoto.

Como ya se ha mencionado, las estructuras que ms daos sufren son aquellas cuyos perodos de vibracin se acercan a los dominantes en el movi miento del suelo ya que la accin dinmica se incrementa notablemente.

Daos en el primer tipo de estructuras: estas edificaciones son vulnera bles por causa del deterioro, falta de amarre con la cimentacin, falta de refuer zos, falta de rigidez, o por falta de diafragma horizontal. El problema ms

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frecuente al ser sometida a sacudidas ssmicas, es la falta de diafragmas rgidos al nivel de pisos o techos que repartan los efectos ssmicos a los muros orienta dos en cada direccin. Esto es especialmente grave cuando, por remodelaciones o cambio de destino, se eliminan algunos muros, para abrir vanos. En ocasiones tambin hay problemas por flexin perpendicular al plano de muros altos o por falta de unin adecuada entre los distintos muros. Cuando los muros de carga y la cubierta estn bien trabados entre s o reforzados con tirantes, son construc ciones que aumentan su rigidez ante fuerzas laterales, con perodos de vibracin cortos. El defecto clsico de muchas de las cimentaciones empleadas en este tipo de estructuras es la poca profundidad de los cimientos y la mala calidad de los materiales del cimiento. Sin embargo, cuando la cubierta no est bien empotrada en los muros de carga o el empuje que ejerce sobre ellos no est contrarrestado, este tipo de construccin es sumamente vulnerable a los esfuerzos laterales, como ocurri por ejemplo en el terremoto de Alhama del 25 de Diciembre de 1884 (fig. 8).

Daos en el segundo tipo de estructuras: los sistemas de forjado de hormign colado in situ, constituyen diafragmas horizontales suficientemente rgidos para transmitir los efectos ssmicos a los muros resistentes en cada direccin, lo que mejora notablemente el comportamiento tanto bajo fuerzas laterales debidas al sismo como bajo el efecto de hundimientos diferenciales en las zonas de terreno compresible; las alturas entre forjados son menores. En algunos casos, aunque el sistema de forjado sea prefabricado suele colocarse sobre l un firme, en ocasiones reforzado con malla de acero, que ayuda a formar el diafragma. La gran densidad de muros, continuos en toda la altura suele aportar la rigidez suficiente para movimientos en direccin horizontal y sus perodos son tambin relativamente cortos.

Daos en estructuras tipo 2-3: Este tipo de estructura es muy vulnera ble, incluso ante sacudidas pequeas, debido a la no existencia de nudos entre los diferentes componentes de la estructura. Esto, adems, se ve agravado por los diferentes modos de deformarse de cada uno de los materiales de dichos componentes y de los diferentes comportamientos de ambos tipos de cimenta cin.

Daos en estructuras de hormign: los fallos ms comunes en sacudi das con > I IX son los siguientes:

a) Desmoronamiento inclinado de las vigas en la proximidad de sus ex tremos debido a tensin diagonal. En ocasiones aparecen dos grietas formando una cruz, como consecuencia de la inversin de esfuerzos.

Tabla l. Porcentajes de dao (en prdidas) por terremoto en edificaciones en funcin de la intensidad

Catergora de riesgoIntensidad(MM)

VIVIIVIIIIXX

Viviendas y oficinas0,40%1,7 %6%17 %42%

Edificios Contenido0,05%0,3 %2%10%35%

Comercios0,8%3,5 %11%27%60%

Edificios0,4%2,0%7%23 %60%

Industrias Edificios Contenido0,1 %0,1 %0,7%0,7%3%3%11%11%30%30%

Prdidade beneficios0,5 %2,5 %20%50%80%

Tabla 2. Porcentajes de dao (en prdidas) por terremoto en edificaciones en funcin de la intensidad

Catergora de riesgoIntensidad(MM)

VIVIIVIIIIXX

Edificios0,5 %2,5 %9%20%45%

Contenido0,2%1,3 %5%17 %45%

Prdidade beneficios0,5%2,5%20%50%80%

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DA OS PRODUCIDOS SEGUN MATERIAL

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