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7/21/2019 Vulnerabilidad Sísmica en Mampostería estructural no Reforzada.pdf

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Vulnerabilidad Sísmica en Mampostería estructural no Reforzada

El comportamiento de la mampostería estructural no reforzada consiste en unprincipio bastante básico, el cual reside en que la estructura debe resistir la acción

de cargas laterales (sísmicas y de viento, entre otras.) a partir de su propio peso,debido a este sistema se encuentra que las construcciones antiguas conteníanmuros en mampostería bastante anchos con un peso considerablemente más altoque el de una construcción actual, haciendo que la estructura sea inviableeconómicamente, debido al crecimiento de sus elementos estructurales.

Actualmente este sistema se ha convertido prácticamente obsoleto, debido a que eldesarrollo de nuevos materiales han ayudado a aumentar la resistencia de lasedificaciones, con elementos más pequeños, es decir con “menos peso” lo cual haceque la onda sísmica que excita a la edificación tenga una menor fuerza sobre la

misma. Debido a que la fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración, sila masa es pequeña la fuerza también será pequeña (son directamenteproporcionales), lo cual termina desapareciendo este sistema constructivo de laszonas con amenazas sísmicas intermedias o altas.

Comportamiento de la mampostería estructural no reforzada ante la acción decargas dinámicas y/o cíclicas:

La mampostería estructural no reforzada se comporta frágilmente ante las cargasdinámicas y/o cíclicas debido a que su funcionamiento se basa en el peso de suselementos, estos al ser golpeados lateralmente, van a sufrir un gran daño, debido aque ninguno de los materiales utilizados en este sistema estructural cuenta conrefuerzo a esfuerzos que generen tracción en los muros.

Mecanismos de falla ante Cargas cíclicas y/o dinámicas:

Los principales mecanismos de fallo observados durante las últimas catástrofessísmicas, no están relacionados con la resistencia propia del muro, sino con elcomportamiento global de la estructura. A continuación se describen algunos de losprincipales mecanismos de falla que han sido detectados e investigados durante losmovimientos sísmicos.

Fallas Fuera del Plano:

Este tipo de fallas se produce por la falta de anclaje de los muros a los diafragmasde piso y techo, o por una flexibilidad excesiva de los diafragmas. Además sonexplosivas y comprometen el comportamiento de la estructura ante las cargas



gravitatorias, es muy común en estructuras de mampostería no reforzada inclusoante sismos de magnitud moderada.

Figura 1: Falla de un muro de mampostería en el sismo de Loma Prieta (Fuera delPlano).

Fuente: Giraldo Galvis Jairo Andrés, Méndez Nivia David Mauricio, evaluación devulnerabilidad sísmica en viviendas de mampostería en estratos uno y dos segúntipificación de la estructura, pregrado, Bogotá, Universidad de los Andes, 2006, pag.22.

Fallas fueras del plano

Este tipo de fallas dependen en su mayoría de la relación longitud/altura de los

elementos de mampostería no reforzada, ya que principalmente se producen poresfuerzos considerables de flexión y cortante. Cuando la relación longitud/alturatiene un valor alto la falla se produce por flexión, y para valores medios la falla seproduce por cortante.



Fallas por cortante

Se presenta en forma de doble diagonal formando una cruz. Este tipo de falla secaracteriza por ser uno de los principales causantes de colapso en estructuras de

mampostería no reforzada, cuando estas grietas se presentan en los murosresistentes de sistema de cargas laterales. Este tipo de agrietamiento también escomún en los edificios de mampostería no reforzada que tienen un gran número deventanas y puertas.

Figura 2: Grietas formadas por tensión diagonal


Fallas por flexión:

Las grietas producidas por esfuerzos excesivos de flexión, son generalmentehorizontales y se forman en la parte superior e inferior de las columnas o pilares demampostería.



Figura 3: Ejemplo de fallas por flexión.


Fallas por tracción

En este caso los tipos de falla varían de acuerdo a la dirección de la carga detracción y de la magnitud de la resistencia del mortero y de las unidades demampostería. Cuando los esfuerzos de tracción son paralelos a las juntas

horizontales de mortero se dan fallas de verticales. Cuando los esfuerzos detracción son perpendiculares a las juntas horizontales se presentan fallashorizontales.



Figura 4: Fallas cuando el mortero es más resistente que las unidades demampostería.

Fuente: Giraldo Galvis Jairo Andrés, Méndez Nivia David Mauricio, evaluación de

vulnerabilidad sísmica en viviendas de mampostería en estratos uno y dos segúntipificación de la estructura, pregrado, Bogotá, Universidad de los Andes, 2006, pag.23.

Figura 5: Fallas cuando las unidades de mampostería son más resistente que elmortero.


Otros tipos de falla

Otras fallas que se pueden ver en estructuras de mampostería no reforzada son1:



Figura 6: Fallas Diagonales por tensión diagonal.

Fuente: Propia.

Figura 6: Fallas en las esquinas por deslizamientos.

Fuente: Propia. ______ 1 Giraldo Galvis Jairo Andrés, Méndez Nivia David Mauricio, evaluación de vulnerabilidad sísmicaen viviendas de mampostería en estratos uno y dos según tipificación de la estructura, pregrado,Bogotá, Universidad de los Andes, 2006, pag. 22-25.



Evaluación de la vulnerabilidad Sísmica:

1. Estado del Sistema Estructural:

El estado del sistema estructural difiere principalmente si los muros de mamposteríase encuentran confinados en sus extremos, si el confinamiento que presentan esadecuado y si este es construido de manera adecuada, igualmente se debe analizarsi los muros se encuentran construidos apropiadamente, es decir que el entrabadode las unidades de mampostería este hecho correctamente, que el mortero de pegatenga un espesor adecuado, que los muros se encuentren bien plomados, entreotros requisitos a evaluar y a la vez realizar diferentes ensayos a las unidadesestructurales que se estén evaluando para determinar en qué estado se encuentranlas piezas, si han sufrido cambios volumétricos por acción del medio ambiente, sihan sufrido algún tipo de desgaste debido a sales o gases nocivos para lamampostería, etc.

El sistema de cimentación de los muros, también debe tener un transmisión decargas adecuadas al suelo, es decir estos muros no deben presentar mayoresasentamientos diferenciales, puesto que como se ha analizado anteriormente lamampostería tiene un comportamiento demasiado inestable a esfuerzo de cortante,y esta no soporta mucha carga cuando se fisura.

Es importante Analizar en esta instancia la configuración en planta y lasirregularidades que esta puede presentar, si los centros de masa se concentran demanera adecuada o si sobre esfuerza algún muro en específico, con ayuda de lasimágenes anteriores se puede analizar a qué tipo de esfuerzo se está sometiendoel muro. Cualquier intervención póstuma a la obra debe ser igualmente evaluada ytenida en cuenta durante el análisis de los elementos, estos analizases, se puedenrealizar a partir de la visita técnica y se puede evaluar a través de ETABS si loselementos son regulares, si se encuentran elementos en arco o con otrascaracterísticas se recomienda trabajar con SAP 2000, el cual evaluar de maneramás acertada estos elementos curvos, también si se encuentran algunascombinaciones con materiales de madera, metálicos, pórticos reforzados, se deberealizar el análisis en conjunto con sus debidas afectaciones por calidad delmaterial.

2. MOVIMIENTOS SÍSMICOS DE DISEÑO CON SEGURIDAD LIMITADA

Para las situaciones cuando según A.10.9 la NSR-10 lo permite para efectos deevaluación e intervención de edificaciones existentes, los movimientos sísmicos dediseño con seguridad limitada se definen para una probabilidad del veinte por cientode ser excedidos en un lapso de cincuenta años, en función de la aceleración pico



efectivo reducido, representado por el parámetro Ae. Los movimientos sísmicos dediseño de seguridad limitada no son aplicables a edificaciones nuevas y no sepueden utilizar en el diseño de edificaciones nuevas baja ninguna circunstancia.

Se determina el número de la región en donde está localizada la edificación usandoel mapa de la figura 8. El valor de Ae se obtiene de la tabla 6, en función del númerode la región, o para las ciudades capitales de departamento utilizando la tabla 7 ypara los municipios del país en el Apéndice A-4 de la NSR-10.

Alternativamente cuando el municipio o distrito, realice un estudio demicrozonificación sísmica, o disponga de una red acelerográfica local, con base enel estudio de microzonificación o en los registros obtenidos, es posible modificar,por medio de un acuerdo municipal, el valor de Ae, con respecto a los valores dados

aquí, pero en ningún caso este valor podrá ser menor al dado en el presente Manual.

La forma de los espectros de diseño para la evaluación y la intervención deedificaciones existentes con seguridad limitada se obtiene de la sección A.2.6 de laNSR-10, sustituyendo allí los valores de Aa y Av por el valor de Ae dado en 7.3.

Tabla 9: Valor de Ae para las ciudades capitales de departamento

Fuente: Ministerio de Medio Ambiente, vivienda y desarrollo Territorial, Reglamentode Construcción Sismo Resistente (NSR-10), Titulo A.



Figura 19: Mapa de Valores Ae




Una vez realizado el espectro de diseño de la estructura, se procede a realizar elanálisis elástico de la cimentación y de la construcción, analizando si la cimentaciónnecesita algún tipo de Modificación, (parcial o completa), si es necesario reforzaralgún elemento para que transmita las cargas de manera adecuada. En este análisis

los muros tienden a fallar debido a su falta de refuerzo a tensión, por lo que se debepensar en algún tipo de reforzamiento de la estructura para rigidizarla, y darle unamayor flexibilidad a los muros.

Del análisis de este segundo capítulo, se ha de obtener una resistencia “ficticia” dela edificación, puesto que se supone que todos los materiales están nuevos y quela estructura está construida con una buena calidad, que todos los elementos seencuentran en buen estado y que la obra no ha sufrido el paso del tiempo. Esteanálisis se realiza para conocer el refuerzo que debería tener la estructura para quecumpla con los lineamientos de la NSR-10, que suponiendo que la construcción

fuese terminada al día de hoy, debería suplir los esfuerzos resultantes de estainvestigación.

3. Resistencia Efectiva

La resistencia efectiva, parte como principio de los resultados del modelo evaluadoanteriormente con las solicitaciones sísmicas adecuadas, además de ser afectadopor dos valores el φc y el φe, los cuales son factores de reducción de la calidad y eldiseño de la estructura, estos factores son determinados por la NSR-10, en el literal

A.10.4.3.4, a partir de la tabla A.10.4-1 como se muestra a continuación.

Tabla 1: Tabla A.10.4-1 Valores de φc y φe


Estos factores de reducción son determinantes para el cálculo de la vulnerabilidadsísmica, y se pueden percibir a partir de dos características fundamentales, laprimera se encuentra en el capítulo de patologías, en el cual se explican algunasafectaciones de la mampostería y del concreto, por lo cual ya se puede determinarsi el estado de la estructura es bueno, regular o malo, dependiendo de susmateriales; y el segundo se observa al inicio de este capítulo, en el cual se muestranlas afectaciones que pueden tener los muros de la edificación, analizando



principalmente los muros de carga, y venir en conocimiento de que tipo de carga esel que lo afecta.

Para Conocer esta resistencia efectiva la NSR-10 especifica en su literal A.10.4.3.4la ecuación A.10-1 la cual indica que:

=

Nef : Resistencia Efectiva.φc: Reducción por la calidad.φe: Reducción por el estado.Nex: Resistencia Inicial.

El resultado de la resistencia efectiva es el valor real a considerar en la estructura,es decir este es el valor que se debe comparar con la resistencia que debería tenerla estructura, o si se desea, es más fácil hacer el análisis del refuerzo existente y elrefuerzo que debería tener para soportar las cargas actuantes, este análisis caberesaltar que se debe realizar en el umbral de daño, que es la situación más críticapor la cual la obra tendrá que asimilar la onda sísmica, si dice que la obra cumplecon los parámetros estipulados si el refuerzo que tiene, excede o por lo menoscumple con el refuerzo que debería tener según este análisis.

Debido a que en el análisis de la resistencia de los elementos se debe tener encuenta un coeficiente de disipación de energía R’ según la NSR-10 para la accióndel sismo, sin embargo en los lineamientos de la normativa colombiana según

A.10.4.2.4 en el literal (d) de la NSR-10 el R’ es igual a la unidad para lasedificaciones de mampostería no reforzada.

4. Vulnerabilidad Sísmica:

4.1. Índice de Sobresfuerzo

Una vez evaluada la estructura con la acción de la carga sísmica teniendo en cuentala cimentación además de la consideración de que los elementos se encuentranconstruidos de manera apropiada y que están en buenas condiciones para trabajar,y la evaluación elástica de la estructura con la afectación de la reducción por calidady por el estado de los materiales (φc y φe, respectivamente), se hace una relación



directa entre estas dos variables en cada elemento, tomando el valor mayor comoel índice de Sobresfuerzo de la estructura.

4.2. Derivas o deflexiones:Una vez calculado el índice de sobresfuerzo de la estructura el siguiente paso escalcular las derivas de cada piso y de la totalidad de la estructura, para comprobarsi esta es menor a 0.2% lo cual es lo adecuado según la NSR-10 en la tabla A.12.5-1 para la mampostería estructural no reforzada, en el caso de que se tenga algúnsistema mixto se recomienda tomar la deriva mínima que solicita la normativa,puesto que esta es la que más castiga la construcción.

4.2. Índice de Flexibilidad:

El índice de flexibilidad se calcula a partir de las deflexiones máximas en el umbralde daño presentadas en cada piso comparadas respecto a las derivas máximasadmisibles en la NSR-10 las cuales para mampostería estructural no reforzada sondel 0.2% así que el índice de flexibilidad se calcula a partir del cociente entre lasderivas de cada piso en % y 0.2%, el índice de flexibilidad de la estructura seconsidera como el máximo valor de estos análisis.

4.3 Análisis de Vulnerabilidad sísmica:

Una vez calculados los índices de sobresfuerzo y de Flexibilidad de la estructura seprocede a analizar cuál es la secuencia de falla según los elementos más sobreesforzados, en el estudio de vulnerabilidad, ya conociendo cuales son los elementosmás perjudicados o castigados por dicha investigación se procede a realizar unaúltima inspección detallada de los mismos, para que se contraste el estado de loselementos que posiblemente van a sufrir más daño con el estado en el que seencuentran, analizar si en el estudio de patologías, estos tienen daños importanteso si se encuentran agrietado por algún tipo de falla asociada a las que se presentanal inicio de este capítulo.

Lo ideal de este análisis de vulnerabilidad sísmica es que de índices desobresfuerzo y de flexibilidad estén cercanos a la unidad es decir que esténcumpliendo de forma adecuada las solicitaciones de carga sísmica, si los valoresdel índice de sobre esfuerzo es menor a la unidad quiere decir que el elementocumple con las solicitaciones sísmicas, en cambio sí es mayor a la unidad, quieredecir que el esfuerzo actuante esta superan al esfuerzo de la estructura y que porende se necesita algún tipo de refuerzo para que puede suplir este defecto deesfuerzos.



En los sistemas de mampostería estructural no reforzada el índice de flexibilidad essupremamente importante, debido a que los elementos de mampostería sufren

mayores daños cuando trabajan a esfuerzos de tensión, si la estructura tiene derivasaltas, quiere decir que su oscilación durante la excitación que produce la ondasísmica en su interior es bastante grande, produciendo que las unidades de arcillase tiendan a estirar más produciendo fallas por tracción y que dependiendo de lafortaleza de los elementos se fracturara o por el mortero de pega o por los ladrillos.

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