Evaluación de la Vulnerabilidad Sísmica en Edificaciones

5/11/2018 Evaluación de la Vulnerabilidad Sísmica en Edificaciones - slidepdf.com

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“Evaluación de la Vulnerabilidad

Estructural en Edificaciones”

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 RicardoPalma, Universidad San Cristóbal de Huamanga yUniversidad Peruana de Integración Global.

Docente del Curso de Titulación en Ingeniería Civil,Pontificia Universidad Católica del Perú.

Docente Diplomado Residentes de Obra, 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 LimaCIP



Miembro del Centro de Peritaje del CD Lima CIPDirector Gerente de CIEPSAT (Consultoría en

Ingeniería Estructural: Proyectos, Supervisiones yAsesoría Técnica), habiendo realizado el diseño de lasestructuras de edificios de hasta veintiún pisos ycuatro sótanos.Consultor independiente en estructuras conservicios a ASB Contratistas Generales EIRL, BINDAIngenieros SAC, Inversiones ARISO SAC, Constructora

e Inmobiliaria CDR SAC, entre otros.

www.ciepsat.com



Agradecimientos

El expositor ha utilizado en la elaboración de las presentesdiapositivas, con fines docentes, material de textos e internetde diversos autores. De manera muy especial, se agradece a:

• Ing. Ángel San Bartolomé Ramos• Ing. Antonio Blanco Blasco•

Ing. Gianfranco Ottazzi Pasino• Ing. Alejandro Muñoz Peláez• Ing. Luis Zegarra Ciquero• Ing. Carlos Casabonne Rasselet• Dr. Jorge Alva Hurtado• Ing. Julio Rivera Feijoó• Dr. Carlos Zavala Toledo

Se pide también disculpas por cualquier omisión involuntaria.



1.0 Concepto de

Vulnerabilidad Sísmica

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

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

• Es variable con el transcurrir del tiempo.



1.1 Clasificación de la vulnerabilidad

sísmica

De acuerdo a las características de las componentesinvolucradas, realizamos la siguiente clasificación:

Vulnerabilidad estructural.Vulnerabilidad no estructural.

Vulnerabilidad funcional (administrativa-

organizativa).



Vulnerabilidad estructural

• El término estructural, o componentesestructurales, se refiere a aquellas partes de unaedificación que la mantienen en equilibrio estable.Esto incluye cimentación, vigas, columnas, murosportantes, diafragmas (entendidos estos como los

pisos y techos diseñados para transmitir fuerzashorizontales, como las de sismos, a través de lasvigas y columnas hacia la cimentación).

• Por consiguiente, la vulnerabilidad estructural serefiere a la susceptibilidad que la estructura presentafrente a posibles daños en aquellas partes que lamantienen en pie ante un sismo severo.



• Esto significa que el aspecto estructural debe serconsiderado durante la etapa de diseño y

construcción, cuando se trata de un nuevo edificio, odurante una etapa de reparación, remodelación omantenimiento, cuando se trata de un edificio yaconstruido.

• Por otra parte, en la planificación de un edificionuevo, es necesario tener en cuenta que una de lasmayores causas de daños en edificaciones han sido

los esquemas arquitectónico-estructurales nocivos.Puede decirse de manera general que el alejamientode formas y esquemas estructurales simples escastigado fuertemente por los sismos.



• De cualquier forma, dada la naturaleza probabilísticade los sismos, así como la posibilidad de que se

exceda el nivel de diseño, es aconsejable evitar elplanteamiento de configuraciones riesgosas,independientemente del grado de sofisticación quesea posible lograr en el análisis de cada caso.



“Maravillas arquitectónicas”

que pueden conducir a

desastres estructurales



Vulnerabilidad no estructural

• El término no estructural se refiere a aquelloscomponentes de la edificación que están unidas a laspartes estructurales (tabiques, ventanas, techos,

puertas, cerramientos, cielos rasos, etc.), quecumplen funciones esenciales en el edificio(gasfitería, calefacción, aire acondicionado,conexiones eléctricas, etc.), o que simplemente están

dentro de las edificaciones (equipos, mecánicos,muebles, etc.); pudiendo así agruparlas en trescategorías: arquitectónicas, instalaciones y equipos.



• Un edificio puede quedar en pie luego de un desastre yquedar inhabilitado debido a daños no estructurales.Un estudio de vulnerabilidad no estructural buscadeterminar la susceptibilidad a daños que presentanestos elementos, los cuales pueden verse afectados porsismos moderados y por tanto más frecuentes durantela vida útil de la edificación. En cambio, los elementosestructurales se verán afectados frente a sismosseveros y poco frecuentes.Por ejemplo, no basta con que un hospitalsimplemente no se caiga después de un sismo, sinoque debe seguir funcionando como hospital.

• Debido a la alta probabilidad de ocurrencia de lossismos que pueden afectar a los componentes noestructurales, es necesario tomar las medidasnecesarias para proteger estos elementos.



Ejemplos de componentes no

estructurales



Vulnerabilidad noestructural



Vulnerabilidad funcional o

administrativo-organizativa

• Este concepto se refiere, por un lado, a ladistribución y relación entre los espaciosarquitectónicos y los servicios de las edificacionesindispensables (por ejemplo, hospitales) y por otro a

los procesos administrativos (contrataciones,adquisiciones, rutinas de mantenimiento, etc.) y a lasrelaciones de dependencia física y funcional. Unaadecuada zonificación y relación entre las áreas quecomponen el establecimiento puede garantizar, no

solamente un adecuado funcionamiento encondiciones de normalidad, sino también en caso deemergencia y desastres.



Vulnerabilidad

administrativo-organizativa:

ocupación de espacios,

cerramientos, circulación



1.2 Factores que determinan la

Vulnerabilidad Estructural

Entre los importantes factores que determinan lavulnerabilidad estructural sísmica de una edificación,estableceremos los siguientes aspectos:

Sitio y tipo de proyectoConfiguración arquitectónica

Configuración estructural

Procedimiento constructivo



2.0 El Diseño Estructural Sismo-resistente

Se entiende por Diseño Estructural al conjunto deetapas y procedimientos que desarrolla el ingenieroproyectista para determinar la forma, dimensiones y

características detalladas de una estructura, es decir,la parte de una construcción que tiene por funciónsoportar las diversas solicitaciones que se presentandurante las distintas fases de su existencia.



“Las obras no se construyen para que resistan.

Se construyen para otra finalidad o función,que lleva, como consecuencia esencial, que laconstrucción 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 lafinalidad primaria”

Eduardo Torroja



Consideraciones básicas:•

El diseño estructural no es un cálculo matemáticoexacto (interesan más el comportamiento y losmodos de falla)

• Las fuerzas de sismo deben tratarse con la misma

importancia que las de gravedad (Fuerzas muygrandes con pequeña probabilidad de ocurrenciay durante tiempos muy cortos).

• La forma estructural influye decisivamente en el

comportamiento sísmico.• Se trata principalmente de evitar el colapso frágil

de la estructura.



2.1 Etapas del Diseño Estructural

1. Estructuración

2. Análisis

Modelación

Determinación de las solicitaciones de diseño

Determinación de las acciones de diseño sobre elmodelo → Momentos flectores, fuerzas

cortantes, desplazamientos.3. Dimensionamiento



Modelación del efecto sísmico



Respuesta de los edificios a la acción

sísmica



Resultados del análisis sísmico:

Fuerzas, Momentos y Desplazamientos



“El Diseño Estructural es el arte de usarmateriales que en realidad NO conocemos,

para formar estructuras que en realidad NO podemos analizar, de manera que resistancargas que en realidad NO podemos

evaluar… y hacer todo esto de modo que elpúblico no se dé cuenta de nuestraIGNORANCIA”

(Dr. Roberto Melli Piralla)



2.2 Filosofía del diseño estructural

sismo-resistente

(Norma E-030, 2003)

1) Evitar pérdidas de vidas

2) Asegurar la continuidad de los serviciosbásicos.

3) Minimizar los daños a la propiedad.

“Los sismos NO matan a la gente. Los edificiospueden matar a la gente si no se diseñan parasoportar sismos”. (Dr. Javier Piqué)



Objetivos del diseño sismo-resistente

(Norma E-030, 1997)

1) Resistir sismos leves sin daños

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

3) Resistir sismos severos con la posibilidad dedaños estructurales importantes, con unaposibilidad remota de ocurrencia del colapsode la edificación.



Se reconoce que dar protección sísmica atodas las estructuras no es técnica nieconómicamente factible. En concordancia:

Principios para el Diseño:

a) La estructura debe soportar sismos severos yNO colapsar ni causar graves daños apersonas durante los sismos (estado último)

b) La estructura debe soportar sismosmoderados, experimentando dañosaceptables (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”, antes del sismo

Av. Padre Hurtado 776,

Concepción, Chile. SismoChile, 27/02/2010

(M = 8.8)

http://img297.imageshack.us/img297/5061/edificio2.jpg



Edificio “Alto Río”,después del sismo



Solicitaciones sísmicas de diseño y

respuesta estructural

Sismo de servicio: (Sismos leves y moderados)Aquel que puede ocurrir muchas veces durante lavida útil de la estructura. Se espera no experimentardaño estructural o que el nivel de daño sea pequeño,de manera que no se altere el normalfuncionamiento.

Sismo de diseño: (Sismo severo):

Evento que ocurrirá por lo menos una vez durante lavida útil de la estructura. Se espera experimentardaño estructural moderado, sin llegar al colapso.

2 3 R i it f d t l



2.3 Requisitos fundamentales para un

adecuado comportamiento estructural

sismo-resistente1. Resistencia

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

2. Rigidez(Los desplazamientos horizontales deben ser pequeños)

3. Ductilidad

(Para que en determinadas zonas pueda tener un

comportamiento inelástico, lo que significa fisuración,sin perder su resistencia ni que se produzca una fallafrágil)(Se trata de buscar un comportamiento elástico durantesismos leves e inelástico durante sismos severos)



Para que la estructura sea rígida: El proyectoarquitectónico debe permitir ubicar muros de

corte (de Concreto Armado o AlbañileríaConfinada, que limiten los desplazamientoslaterales)

Para que la estructura sea dúctil: Se deben cumplir

las exigencias de la Norma de Concreto Armado,especialmente los artículos referidos al DiseñoSismo-resistente. Esto trata principalmente deltipo de estribos, su espaciamiento, longitudes de

anclaje, longitudes de traslape y detalles sobre lacolocación de las armaduras dentro de las vigas.



1. Acerca de la Resistencia:

Debe existir resistencia sísmica por lo menosen dos direcciones perpendiculares.

Deben existir líneas sucesivas de resistencia(Ventaja del sistema dual Pórticos-Muros de

Corte)

Deben existir trayectorias continuas para lascargas, desde su punto de aplicación hasta su

punto final de resistencia.



Sistema estructural con dos direcciones

perpendiculares de resistencia sísmica



Líneas sucesivas de resistencia



Necesidad de trayectorias continuas

para las cargas

Edificio informal de siete

pisos, que originalmente

fuera de tres



2. Acerca de la Rigidez:

Es importante proporcionar elementos queresistan fuerzas horizontales sin deformacionesimportantes (¡Placas!)

Antiguamente se consideraba el criterio de

diseñar estructuras flexibles sobre suelo rígido,y estructuras rígidas sobre suelo flexible (paraalejar sus frecuencias de vibración). Hoy esto se

considera obsoleto y se exige siempre RIGIDEZ.



Debe controlarse la deriva en ambas

direcciones perpendiculares principales



Colapso por ausencia de rigidez

lateral



• El concepto de resonancia mecánica llevó a pensar en laconveniencia de distanciar los períodos del suelo y laestructura aún a costa de flexibilizar las edificaciones.

Actualmente, esto no se considera adecuado.



3. Acerca de la Ductilidad:

Las estructuras deben ser capaces de ingresar a unaetapa plástica, sin perder su resistencia y sin llegar ala falla.

Se debe prevenir la formación de rótulas plásticasen elementos que afecten menos la estabilidad de la

estructura (antes en vigas que en columnas). Deben existir conexiones entre elementos, quepermitan desarrollar la ductilidad.

Deben existir adecuadas longitudes de anclaje

Considerar que la falla por corte es frágil y causapérdida repentina de resistencia sin suficientedisipación de energía.



2.4 Concepto de Seguridad Sísmica

Ante eventos sísmicos severos, se apela a laductilidad de la estructura para reducir las fuerzaslaterales 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.



El objetivo de esta filosofía es diseñar edificiosrazonablemente económicos, pero seguros, aún a

costa de admitir que la acción de un sismo severosea mayor a la acción de diseño.



Comportamiento súper

dúctil en columnas de

edificio

Sismo Northridge

Los Angeles, U.S.A.

17/01/94 (M = 6.7)

Edificio de estacionamientos

Cal State Campus

03 pisos, Prefabricado



2.5 Principales sistemas estructurales

utilizados en nuestro país

• Se describen a continuación, los principales sistemasestructurales utilizados en nuestro medio, poniendoespecial énfasis en los tres principios fundamentales de

la ingeniería estructural sismo-resistente:I. Resistencia: Control de esfuerzos actuantesII. Rigidez: Control de deformaciones y

desplazamientos.

III. Ductilidad: Capacidad de deformación sin colapso,sin degradación significativa de la capacidadresistente y con disipación de energía.



Sistemas Estructurales

y

Ductilidad Estructural

• Cuando se encuentra en la etapa de concepción deuna estructura, el equipo de diseño debe decidir el

tipo de sistema estructural a utilizar para resistir elefecto de los sismos. Se puede elegir entre variossistemas que resultan flexibles o rígidos.



• Los sistemas flexibles tienen la ventaja de que sediseñan para fuerzas de sismo menores, pero

presentan el inconveniente de que se requiere sermuy riguroso en el detalle estructural de losdiferentes elementos. Además, por su flexibilidadpueden presentarse grandes desplazamientos que

pueden causar la interacción entre elementosestructurales y no estructurales y provocar daños.

• En el caso de una estructura rígida las fuerzas dediseño son mayores, la ductilidad de la estructura es

menor, el detallado de los elementos no es tanriguroso y se minimiza la posibilidad de interaccióncon elementos no estructurales.

1 Edifi i ti d



1. Edificio aporticado

(vigas y columnas de C⁰A⁰)



2. Aporticado con muros (tabiques) de relleno



3. Edificios de Albañilería



4. Mixto I (Pórticos y Albañilería)

5 Mixto II (Pórticos y Muros



5. Mixto II (Pórticos y Muros

Estructurales)



Edificio Residencial Balta

• Tres sótanos y diecisiete pisos

• Arquitectura : Edgardo Flores Díaz, CarlosRomero Luna y Percy Vivas V.

• Estructuras : Oscar Fernández Cruz

• Ubicación : Malecón Balta 780, Miraflores.

• Área : 8622.85 m2



6 Sólo Muros Estructurales



6. Sólo Muros Estructurales



Edificio Residencial Alexander

• Dieciocho pisos (muros de concreto armado)

• Arquitectura : Edgardo Flores Díaz y PercyVivas Vélez

• Estructuras : Oscar Fernández Cruz

• Ubicación : Av. Alberto Alexander 2263-2267, Lince.

• Área : 6858.21 m2



7. Edificios de muros de ductilidad limitada

i d l ( l ó i )



8. Sistema dual (muros estructurales y pórticos)



Edificio Residencial Pardo II

• Cuatro sótanos y veintiún pisos• Arquitectura : Edwin Colonia Villarreal y Carlos

Romero Luna

•

Estructuras : Oscar Fernández Cruz• Ubicación : Av. Pardo Nº 1001 (Esquina Av.

Pardo y Calle Ramón Zavala)Miraflores.

• Área : 8331.91 m2



Edificio



Edificio

Residencial Pardo I•

03 sótanos y 16 pisos• Arquitectura:Edgardo Flores Díaz yPercy Vivas Vélez

• Estructuras: Oscar

Fernández Cruz• Ubicación: ÓvaloPardo, (Av. Pardo Nº1085) Esq. Av. JoséPardo, M. Napanga yA. León, Miraflores

• Área: 10297.40 m2



Edificio



Edificio

Casa Club Pardo

•

04 sótanos y dostorres de 21 y 15 pisos

• Arquitectura:Edgardo Flores Díaz yPercy Vivas Vélez

• Estructuras: OscarFernández Cruz

• Ubicación: Av. JoséPardo 932-935,Miraflores.

• Área: 15663.60 m2



9 Edificios de losas sin vigas



9. Edificios de losas sin vigas

Requisitos para edificios de losas planas




sin vigas

1) Máximo 05 pisos, sin exceder los 18 m de altura.2) Muros estructurales capaces de tomar el 80 % del

cortante sísmico.

3) Vigas peraltadas en todo el perímetro

4) La deriva máxima de entrepiso no debe exceder de 0.005

5) Para análisis sísmico se considerará como viga una franjade columna en cada dirección.

6) En caso de tener losas nervadas:i) Se usará losa maciza alrededor de columnas y muros

ii) Se usará losa superior de 50 mm de espesor

2.5 Características básicas para un Sistema



.5 Ca acte st cas bás cas pa a u S ste a

Estructural Sismo-resistente

En general, independientemente del sistemaestructural empleado, puede evaluarse lascaracterísticas 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



VI. ¿La edificación tiene un sistema estructuralapropiado?

VII. ¿La edificación está construida con materialescompetentes?

VIII.¿La edificación presenta buena calidad deconstrucción?

IX. ¿La estructura tiene capacidad de absorber ydisipar energía?

Si se contestan afirmativamente estas preguntas, es

probable que la estructura tenga un grado desismo-resistencia adecuado. De lo contrario, esprobable que sea vulnerable ante eventos sísmicos.

I. ¿La estructura es estable ante cargas



g

laterales?

• Aunque a simple vista una edificación parezca sólida,



q p p ,o el simple hecho de haber sobrevivido muchosaños, no implica que la estructura sea

verdaderamente estable ante cargas lateralessignificativas. La estabilidad de la estructura estárelacionada con aspectos que incluyen la capacidadde la cimentación para resistir empujes horizontalesbajo cargas dinámicas.

Edificio de 13 pisos en Shangai, con



p g ,

cimentación sobre pilotes

S i d l l d l difi i



Secuencia del colapso del edificio



II ¿La estructura es liviana?



II. ¿La estructura es liviana?

• Las cargas sísmicas son fuerzas inerciales es decir



Las cargas sísmicas son fuerzas inerciales, es decir,dependen de la masa de la edificación, puesto queson precisamente la combinación entre la masa decada nivel y su respuesta diferencial ante laaceleración del suelo impartida por el sismo, lo queresulta en fuerzas relativas que pueden causar daño,

colapso parcial o total. Así, a menor masa, menorsolicitación inercial.

Estructura con masa concentrada en nivel superior:



Estructura con masa concentrada en nivel superior:

comportamiento de péndulo invertido (Le Corbusier)

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 términosde masa, resistencia o rigidez, pueden ocasionarconcentraciones de esfuerzos, o desviaciones entrelos centros de masa y rigidez, que ponen en peligrola integridad de la estructura.

Torsión en planta en edificio de esquina



Torsión en planta en edificio de esquina

Irregularidad en planta: Mal



comportamiento sísmico de planta en “L”



Edificio con escalonamientos: Cambio abrupto de la resistencia y

rigidez con la altura

Ampliación sin continuidad vertical



Ampliación sin continuidad vertical

Proporcionalidad: Edificio de albañilería demasiado esbelto



(H/B > 4) →Efecto de compresión en talones de muro

IV. ¿La estructura es rígida?



• Aunque la estructura sea estable y de forma regular,

la deformación total ante cargas laterales dependeen gran medida de su rigidez. A menor rigidez, mayordeformación; y a mayor deformación, mayorprobabilidad de daños.

Edificación con pórticos en una sola



dirección

V. ¿La cimentación es compatible con el



suelo?

• El suelo debe ser compatible con el tipo decimentación empleado. Así por ejemplo, un sueloblando puede no ser compatible con cimentacionessuperficiales aisladas convencionales y un suelo

rígido no requiere de cimentaciones profundas. Así mismo, existen taludes que pueden fallar como unconjunto, por lo que es necesario determinar lasuperficie de falla para garantizar que la cimentaciónse realice con la profundidad adecuada.



VI. ¿La edificación tiene un sistema



estructural apropiado?

• No todo sistema estructural es apropiado para todotipo de cargas. Las Normas vigentes reflejan estasexperiencias. Sea cual fuere el sistema estructuralutilizado, debe cumplir con ciertos requisitos

mínimos de configuración y continuidad paragarantizar su respuesta a las solicitaciones impuestas.Por ejemplo, los elementos verticales deben sercontinuos desde la cimentación.



Sismo Pisco

15/08/2007

VII. ¿La edificación está construida con

l ?



materiales competentes?

• Existen materiales que, debido a su propia naturaleza,tienen una pobre competencia ante cargas dinámicas. Encambio otros, pueden considerarse competentes para lafabricación de estructuras sismo resistentes. Además, elnivel de la resistencia y la calidad de los materialesdeterminan en buena parte el desempeño de laedificación 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)



Estructuras con

elementos sismo-resistentes de madera

Edificaciones de pórticos flexibles y muros de ladrillo

d



pandereta

VIII. ¿La edificación presenta buena

l d d d ó ?



calidad de construcción?

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

Vivienda de autoconstrucción, con parapetos y

bi í d f h d i f



tabiquería de fachada sin reforzar



Consecuencias de secuencia

constructiva incorrecta

(Sismo Pisco 15/08/2007)



Procedimiento incorrecto:

solera vaciada en dosetapas



Sin comentarios…

IX. ¿La estructura tiene capacidad de

b b di i í ?



absorber y disipar energía?

• Este aspecto es el más difícil de determinar sin unestudio 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, nosólo en cantidad sino en configuración. Así, losestribos deben cerrarse con ganchos de 135⁰ ydeben colocarse con un espaciamiento pequeño en

las vecindades de las conexiones entre vigas ycolumnas y se debe proporcionar adecuadaslongitudes de anclaje.



Antiejemplo :

H t l A b d Pi Si 15/08/2007



Hotel Ambassador, Pisco. Sismo 15/08/2007

Caso de Hotel Ambassador

(Si Pi 15/08/07)




1) Baja calidad de los ladrillos, que dio lugar a unabaja 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, dondeel muro longitudinal no aporta resistencia afuerza cortante en la dirección corta, sino másbien genera torsión.

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



3.0 Vulnerabilidad de sitio y tipo de

t



proyecto

“… le compararé a un hombre insensato, que

edificó su casa sobre la arena; y descendió

lluvia, y vinieron ríos, y soplaron vientos, ydieron con ímpetu sobre aquella casa y cayó, ygrande fue su ruina.”

(Mateo 7: 26-27)

Generalidades



•

Las condiciones del suelo están directamenterelacionadas a sus características, a la presencia o node agua y a la topografía.

• El suelo es el medio a través del cual se propagan las

ondas sísmicas. En este proceso de propagación seproducen cambios en las características delmovimiento sísmico y en la estructura del suelo mismo.Si las condiciones del suelo no son favorables, puedeocurrir la amplificación de las ondas sísmicas, licuación,deslizamientos, fracturas y asentamientosdiferenciales.

• Para determinar el efecto del sismo sobre unaestructura es común suponer que el movimiento del



estructura es común suponer que el movimiento delterreno en la cimentación sería igual al movimiento

que ocurriría si no existiera edificio alguno en el sitio.Esta suposición es cierta únicamente cuando elterreno es poco compresible.

•

Por lo anterior, las condiciones del terreno en el sitiode construcción, determinan el tipo de cimentación.

• Si existe la posibilidad de licuefacción deben llevarsea cabo estabilizaciones de suelo, utilizar pilotes de

cimentación o desecharse el sitio de la obra.

Parámetros que modifican la

respuesta del terreno



respuesta del terreno

Amplificación de intensidadessísmicas por flexibilidad del suelo.

Profundidad del estrato resistente.

Potencial de licuefacción. Estabilidad de taludes

3.1 Amplificación de intensidades

sísmicas por flexibilidad del suelo



sísmicas por flexibilidad del suelo

La intensidad del movimiento sísmico del suelo esmayor en suelos blandos que en suelos firmes orocosos (se presenta amplificación de la ondasísmica al pasar del lecho rocoso a suelo blando).

Algunos sismos ejemplos que ilustran este fenómenoson los siguientes:

México 1985

Huaraz 1970

Lima 1940, 1966, 1974 (zonas Callao, Chorrillos y LaMolina)



La forma, amplitud y duración del movimiento

sísmico, se ven afectadas por la distancia hipocentral y

la flexibilidad del suelo



Amplificación símica en terrenos

desfavorables



desfavorables

La topografía del terreno influye en la amplificacióndel movimiento sísmico cuando se trata deubicaciones desfavorables (bordes de mesetas, cimasy laderas de cerros)



Edificaciones vulnerables a

sismo por estar ubicadas sobre

laderas

Tipos de suelo en Lima-Callao



3.2 Profundidad del estrato resistente



Al igual que la flexibilidad del suelo, los espesores delos estratos compresibles aumentan la severidad delmovimiento y permiten la ocurrencia deasentamientos diferenciales de la cimentación de la

estructura.



Asentamiento diferencial: Máxima diferencia de nivel entre dos cimentaciones

adyacentes de una misma estructura

Asentamiento uniforme



Asentamientos diferenciales

En estructuras rígidas el



En estructuras rígidas, el

asentamiento no uniforme,

puede producir volcadura

3.3 Potencial de licuefacción



La licuefacción es un fenómeno que consiste en lacompactación de suelos granulares saturados pocodensos causada por la vibración. Ha sido una de lascausas más dramáticas de los daños a edificaciones y

obras civiles durante un movimiento telúrico. Este semanifiesta en la superficie en forma de volcanes delodo y genera en el suelo unas condiciones similaresa las de la arena movediza donde se reduce laresistencia al corte del suelo y se origina lainestabilidad de todo lo que se encuentre sobre él.

Fenómeno de licuefacción del suelo



Licuación de

suelo arenoso



con napa

freática alta

Condiciones:

1) Suelo granularsuelto

2) Napa freáticasuperficial

3) Vibraciónsísmica

Afloración de agua por licuefacción

del suelo



del suelo

Licuefacción desuelos



suelos

Tambo de Mora,

Chincha

Sismo 15/08/2007

Tambo de Mora Chincha



Tambo de Mora, Chincha.

Sismo 15/08/2007

Licuefacción del suelo en Chimbote

(1970)



(1970)

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



3.4 Estabilidad de taludes



Los taludes de terrenos suaves muy inclinados o con

grandes contenidos de humedad tienden a fallar antemovimientos horizontales y verticales, causando dañoadicional al causado por el sismo.

Deslizamiento por inestabilidad de taludes



Yungay, antes y después del aluvión

(1970)



(1970)

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

arena suelta



arena suelta.



¿Suspenso…?

4.0 Vulnerabilidad relacionada con la

configuración arquitectónica



configuración arquitectónica

Principio Fundamental:Un buen diseño arquitectónico debe tomar en

cuenta la estructura resistente desde sus inicios.

No se puede creer que es posible hacer elproyecto de un edificio y después “meterle

dentro” la estructura. Esto equivaldría a creer que

un ser humano se forma sin huesos y, una vez

nacido, podemos meterle dentro el esqueleto.

4.1 Problemas de configuración en planta

4 1 1 L it d



4.1.1 Longitud

4.1.2 Concentración de esfuerzos porplanta compleja

4.2 Problemas de configuración en elevación

4.2.1 Escalonamiento

4.2.2 Discontinuidad

4.1.1 Longitud



• La longitud en planta de una edificación influye en la

respuesta estructural de la misma, de una manera que noes fácil de determinar por medio de los métodos usualesde análisis.

• En vista de que el movimiento del terreno consiste enuna transmisión de ondas, la cual se da con una

velocidad que depende de las características de masa yrigidez del suelo de soporte, la excitación que se da en unpunto de apoyo del edificio en un momento dado difierede la que se da en otro, diferencia que es mayor en lamedida en que sea mayor la longitud del edificio en la

dirección de las ondas.• Los edificios cortos se acomodan más fácilmente a las

ondas que los edificios largos.



Sismo México1985

• Considerando estos datos, el correctivo usual para elproblema de longitud excesiva de edificios es lapartición de la estructura en bloques por medio de la



partición de la estructura en bloques por medio de lainserción de juntas de separación sísmica, de tal

forma que cada uno de ellos pueda ser consideradocomo corto.

• Estas juntas deben ser diseñadas de manera tal quepermitan un adecuado movimiento de cada bloque,

sin peligro de impacto o choque entre los diferentescuerpos o bloques que componen la edificación.• Los edificios largos son también mas sensibles a las

componentes torsionales de los movimientos delterreno, puesto que las diferencias de movimientos

transversales y longitudinales del terreno de apoyo,de las que depende dicha rotación, son mayores.

Posibles soluciones para plantas muy alargadas

o con aberturas importantes:



4.1.2 Concentración de esfuerzos

debido a plantas complejas



p p j

Este problema surge en edificios denominados deplantas complejas y es muy común en edificacioneshospitalarias. Se define como planta compleja aaquella en la cual la línea de unión de dos de sus

puntos suficientemente alejados hace su recorridoen buena parte fuera de la planta. Esto se da cuandola planta esta compuesta de alas de tamañosignificativo orientadas en diferentes direcciones(formas en H, U, L, etc.).

Edificio Hospital de Caldas (Colombia)

Planta compleja



• En las plantas irregulares las alas pueden asimilarse a unvoladizo empotrado en el cuerpo restante del edificio,sitio en el cual sufriría menores deformaciones laterales



sitio en el cual sufriría menores deformaciones lateralesque en el resto del ala. Por esta razón aparecen grandesesfuerzos en la zona de transición, los cuales producencon frecuencia daños en los elementos no estructurales,en la estructura vertical y aún en el diafragma de laplanta.

• En el caso de edificios conformados por dos bloquesunidos por una garganta central, cada bloque tendería avibrar independientemente. Por ello se recomiendaindependizar con junta o integrar los bloques mediante

vigas de acople laterales y/o losa maciza en la zona degarganta central.



Edificio Av. Arequipa 4449, Miraflores. 03 sótanos y 10 pisos ASB Contratistas Generales EIRL

Arquitectura: Arq. Samuel Cárdenas

Diseño de Estructuras: Ing. Oscar Fernández Cruz



Fenómeno de

“aleteo”



Central de

Telecomunicaciones. México1985



Anchorage, Alaska

1964

• Para este caso, la solución adoptada con mayorfrecuencia consiste en la introducción de juntas



jsísmicas, como las mencionadas para el caso de losedificios largos. Estas juntas permiten que cadabloque tenga su propio movimiento sin estar atado alresto del edificio, con lo cual se rompe el esquema

de trabajo en voladizo de cada ala. Las juntas,obviamente, deben tener el ancho suficiente parapermitir el movimiento de cada bloque sin golpearse.

Posibles soluciones para edificios con alas muy

largas:



largas:

En general, tratar de evitar las plantas con esquinasentrantes, ya que en dichos vértices se producen

t i d f l d b



(Plantas con esquinas entrantes)

concentraciones de esfuerzos, por lo que deben

evitarse, procurando que la planta del edificio sea lomás compacta posible.



Edificios con esquinas

entrantes: Mala concepciónestructural por concentración

de esfuerzos

4.2 Problemas de configuración en elevación



4.2.1 Escalonamiento



Los escalonamientos en los volúmenes del edificio sepresentan habitualmente por exigencias urbanísticasde iluminación, proporción, etc.

Sin embargo, desde el punto de vista sísmico, son

causa de cambios bruscos de rigidez y de masa; porlo tanto, traen consigo la concentración de fuerzasque producen daño en los pisos adyacentes a la zonadel cambio brusco. En términos generales, debebuscarse que las transiciones sean lo mas suaveposibles, con el fin de evitar dicha concentración.

Formas irregulares en altura



Irregularidad en elevación



o Edificios con asimetría en elevación

(Efecto de “latigazo” debido al cambio brusco



( g

de rigidez → concentración de esfuerzos)

Daños causados por sismo debido al cambio de

rigidez de la estructura



Falla del Hotel Terminal.

G atemala 1976



Guatemala 1976

Efecto de “latigazo” en vivienda conirregularidad vertical en planta

(Si Pi 15/08/07)




Daño en entrepiso, debido a

irregularidad en la altura



Posibles soluciones

a la reducción en

elevación

4.2.2 Discontinuidad de elementos

verticales



• La interrupción de elementos verticales de laestructura ha probado ser la causa de múltiplescolapsos parciales o totales en edificios sometidos asismos, sobre todo cuando la interrupción de loselementos verticales resistentes (muros y columnas)

se presenta en los pisos inferiores.• La razón del deslizamiento del piso recae en que el

nivel en que se interrumpen los elementos es másflexible que los restantes, con lo que aumenta elproblema de estabilidad, pero además porque seorigina un cambio brusco de rigidez que ocasionauna mayor acumulación de energía en la sección masdébil.

• Los casos más usuales de interrupción de elementosverticales, que ocurren generalmente por razonesespaciales formales o estéticas son los siguientes:



espaciales, formales o estéticas, son los siguientes:

i. Interrupción de las columnas.

ii. Interrupción de muros estructurales (muros decorte o placas).

iii. Interrupción de muros divisorios, concebidoserróneamente como no estructurales, alineadoscon pórticos.

Discontinuidad en elementos y flujo de

fuerzas



Interrupción de muros

estructurales (placas)



estructurales (placas)



Efecto deconcentración de

esfuerzos

Colapso por discontinuidad de elementos

estructurales verticales



Daños en edificación con discontinuidad

estructural vertical (Pisco 2007)



Problema de transición de columna (Origina articulación en el nudo → Los momentos de la

columna superior no se pueden transmitir a la inferior)



Falla en apoyo de columna sin continuidad vertical



Discontinuidad de columna en obra



Falla en columna sin

continuidad

Graves deficiencias

deautoconstrucción

5.0 Vulnerabilidad relacionada con laconfiguración estructural

ó d



5.1 Concentración de masa5.2 Mecanismo columna débil-viga fuerte5.3 Columna corta5.4 Piso blando

5.5 Falta de redundancia5.6 Insuficiente rigidez lateral5.7 Impacto entre edificios adyacentes5.8 Excesiva flexibilidad del diafragma5.9 Torsión en planta

5.1 Concentración de masa

l bl ió i d l



• El problema en cuestión es ocasionado por altasconcentraciones de la masa en algún niveldeterminado del edificio y se puede deber a ladisposición en él de elementos pesados, tales comoequipos, tanques, bodegas, archivos, etc. El

problema es mayor en la medida en que dicho nivelpesado se ubica a mayor altura, debido a que lasaceleraciones sísmicas de respuesta aumentantambién hacia arriba, con lo cual se tiene una mayorfuerza sísmica de respuesta allí y por ende una mayor

posibilidad de volcamiento del equipo.

• Por lo anterior, en el diseño arquitectónico esrecomendable disponer los espacios que representenpesos inusuales en sótanos o en construcciones



pesos inusuales en sótanos o en construcciones

aisladas aledañas al cuerpo principal del edificio. Encasos en los que por razones topográficas se debatener almacenamientos de agua elevados, espreferible construir torres independientes para esefin, en lugar de adosarlas al edificio principal.



Las concentraciones de masa en altura,

aumentan la vulnerabilidad de la estructura

frente a sismos

5.2 Mecanismo columna débil-viga fuerte

Las columnas dentro de una estructura tienen la vital



importancia de ser los elementos que transmiten lascargas a las cimentaciones y mantienen en pie a laestructura, razón por la cual cualquier daño en este tipode elementos puede provocar una redistribución decargas entre los elementos de la estructura y traerconsigo el colapso parcial o total de una edificación.Por lo anterior, el diseño sísmico de pórticos (estructurasformadas preferentemente por vigas y columnas) buscaque el daño producido por sismos severos se produzca envigas y no en columnas, debido al mayor riesgo de

colapso del edificio por el daño en columnas. Sinembargo, muchos edificios diseñados según códigos desismo-resistencia han fallado por esta causa.

Columnas colapsadas en edificiosaporticados

(Caso de vigas más resistentes que las columnas,



las rótulas plásticas se forman en las columnasantes que en las vigas, originándose mecanismosde falla)

Región de rótula plástica



•

Región de un elemento de pórtico (columnas, vigas)o muro estructural en la que se espera que ocurrafluencia por flexión durante la respuesta sísmicainelástica de la estructura.

• En dicha región se puede desarrollar y mantener lacapacidad de momento máximo con lacorrespondiente rotación inelástica, de tal maneraque el refuerzo en tracción se deforme más que la

deformación correspondiente a su punto de fluencia.

Mecanismos de falla



Generación de rótula plástica en viga



Rótulas plásticas en columnas



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



Edificaciones colapsadas por

formación de rótulasplásticas en columnas

Recomendación: Hiperestaticidad

Procurar estructuras hiperestáticas (mejorcapacidad resistente y mejor disipación de



p y j p

energía sísmica por formación de rótulasplásticas)

5.3 Problema de “Columna Corta”

Varias son las causas para que el valor de la longitud



Varias son las causas para que el valor de la longitudlibre se reduzca drásticamente y se presente unacolumna corta:i. Confinamiento lateral parcial en la altura de la

columna por muros divisorios, muros de

fachada, muros de contención, etc.ii. Disposición de losas en niveles intermedios.iii. Ubicación del edificio en terrenos inclinados.Las columnas cortas son causa de serias fallas en

edificios bajo excitaciones sísmicas, debido a que sumecanismo de falla es frágil.



Origen del problema de “Columna Corta”



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 y momento.



En la columna corta, la demanda suele exceder la capacidad

resistente de cortante y de deformación lateral



Sismo Nazca

1996A pesar de tener



tecnoport separando 2cm, las columnas delos tabiques de loscolegios sufrierondaño porque la

deformación eramayor.

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

columnas estructurales más rígidas



5.4 Problema de “Piso Blando”

Varios tipos de esquemas arquitectónicos y



Varios tipos de esquemas arquitectónicos yestructurales conducen a la formación de losllamados “Pisos blandos” o “Entrepisos débiles”, esdecir, pisos que son más vulnerables al daño sísmicoque los restantes, debido a que tienen menor rigidez,menor resistencia o ambas cosas.La presencia de “pisos blandos” se puede atribuir a:

i. Diferencia de altura de entrepisos.

ii. Interrupción de elementos estructuralesverticales en el entrepiso.

Problema de “Piso blando” o “Entrepiso débil”



Edificaciones con sistema



de “Piso Blando”

Origen del problema 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 elcomportamiento de sólido rígido de las placassuperiores

(Las deformacionespor



desplazamientoslaterales seconcentran en unsolo piso y puedenexceder lacapacidad dedeformación 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)

Hospital Olive View

Sismo San Fernando,

California, E.E.U.U.



09/02/1971 (M = 6.6)

(Izq.sup. e inf.)

Sismo México

19/09/1985 (M = 8.2)



(Abajo)

Sismo Erzinkan, Turquía,

1992

Colapso de pisos blandos

intermedios



(Sismo de Kobe, 1995)

5.5 Falta de redundancia

El diseño estructural sismo-resistente contempla la



p

posibilidad de daño de los elementos estructuralespara los sismos más severos. Desde este punto devista, el diseño de la estructura debe buscar que laresistencia a las fuerzas sísmicas dependa de un

número importante de elementos, puesto quecuando se cuenta con un número reducido deelementos (poca redundancia) la falla de alguno deellos puede tener como consecuencia el colapsoparcial o total durante el sismo. En este sentido,

debe buscarse que la resistencia a las fuerzassísmicas se distribuya entre el mayor número deelementos estructurales posibles.

Necesidad de disponer de líneas sucesivasde resistencia



5.6 Insuficiente rigidez lateral

La excesiva flexibilidad de la edificación ante cargas



sísmicas puede definirse como la susceptibilidad a sufrirgrandes deformaciones laterales entre los diferentespisos, conocidas como derivas. Las principales causas deeste problema residen en la excesiva distancia entre loselementos de soporte (claros o luces), las alturas libres y

la rigidez de los mismos. Dependiendo de su grado, laflexibilidad puede traer como consecuencias:i. Daños en los elementos no estructurales adosados a

niveles contiguos.ii Inestabilidad del o los pisos flexibles, o del edificio en

general.iii. No aprovechamiento de la ductilidad disponible.

Edificios que han colapsado debido a malacompetencia 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 ladirección transversal



Típica edificación de lacosta, con pórticos

flexibles de columnas

.25x.25 m en la dirección



“principal” y muros deladrillo pandereta en la

dirección “secundaria”

Edificaciones con



insuficiente rigidez lateralen la dirección transversal

Colegio en Huaraz (Sismo 31/05/1970)



• En algunas ocasiones, la situación ha sido más graveya que a la insuficiente rigidez lateral, se ha unidouna real incompetencia sísmica lateral, es decir una



insuficiente resistencia al cortante de entrepiso. Lasfuerzas de inercia, cuya variación de la base a lacúspide del edificio es progresivamente creciente,generan fuerzas cortantes decrecientes de la base

hasta la cúspide, las mismas que deben ser resistidasen cada nivel por el conjunto de esos elementosverticales. De esta forma, es necesaria un áreatransversal suficiente de muros y columnas, para

resistir adecuadamente las fuerzas cortantesinducidas por el sismo.

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)



5.7 Impacto entre edificiosadyacentes

El impacto que ocurre entre edificios debido a la



p qproximidad existente y su manera diferente de vibrarante el sismo es otra causa de daño e inclusive decolapso. El choque resulta más dañino cuando la

altura de los entrepisos no coincide en ambasestructuras. Para evitar este fenómeno se buscarespetar una distancia prudencial (Junta deSeparación Sísmica), dada por la Norma E-030, que

se obtiene tanto de la altura como deldesplazamiento máximo de ambos edificios.



Junta de separación sísmica



Valor reglamentario para la junta deseparación sísmica

• Está dado en la Norma E-030 y depende de la altura de la



edificación y su desplazamiento máximo lateral por sismo:“Toda estructura debe estar separada de las estructurasvecinas una distancia mínima S para evitar el contactodurante un movimiento sísmico”.

S1 > 3 + 0.004 (h – 500)

S1 > 3 cmS2 > 2 (∆1 + ∆2) / 3

“El Edificio se retirará de los límites de propiedad adyacentes a otros lotes edificables, o con edificaciones,

distancias no menores que 2 ∆1/3 ni menores que S1 /2” • Los valores de los se determinan multiplicando los

desplazamientos elásticos por (0.75 R)

Casos de presencia y ausencia de junta



Choque de edificios,

Sismo México 1985



Sismo Tokachi-Oki,

Japón, 1968



Sismo Pisco 15/08/2007

Daños en edificio y

muro de cerco, sin

debida junta de

ió ll



separación entre ellos

5.8 Excesiva flexibilidad del diafragma

• Un comportamiento excesivamente flexible del



diafragma de piso implica deformaciones laterales nouniformes, las cuales son en principio perjudicialespara los elementos no estructurales adosados al

diafragma.• Adicionalmente, la distribución de fuerzas laterales

no se hará de acuerdo a la rigidez de los elementosverticales

Comportamiento rígido y flexible deldiafragma



• Entre las causas que pueden originar estecomportamiento flexible, se tienen:

Flexibilidad del material del diafragma.

l ó d (l / h d l d f )



Relación de aspecto (largo/ancho del diafragma)Rigidez de la estructura vertical.

Aberturas en el diafragma.

Diafragmas rígidos

de losa aligerada y

maciza



Losa aligerada de viguetas pretensadas(Firth, Pretensa) o prefabricadas (Alitec)



Comportamiento correcto de diafragma rígidoen edificaciones de albañilería confinada

(viga solera y losa de techo)



Edificaciones sindiafragma rígido en el

último nivel: caso de

ausencia y presencia de

l



solera

Casos donde no hay

comportamiento de

di f í id



diafragma rígido



Limitaciones recomendadas

por Bazán y Meli a las

aberturas del diafragma

Colapso de edificio Four

Seasons (06 pisos)

Sismo Anchorage Alaska



Sismo Anchorage, Alaska,1964

Colapso de diafragma



5.9 Torsión en planta

• La torsión ha sido causa de importantes daños de

difi i tid i i t d d



edificios sometidos a sismos intensos, que van desdela distorsión a veces visible de la estructura (y portanto su perdida de imagen y confiabilidad) hasta el

colapso estructural.• La torsión se produce por la excentricidad existente

entre el centro de masa y el centro de rigidez.

• Algunos de los casos que pueden dar lugar a dichasituación en planta son:

Posición de elementos rígidos de manera asimétrica con

respecto al centroide del piso



respecto al centroide del piso.Colocación de grandes masas en forma asimétrica con

respecto a la rigidez.

Combinación de las dos situaciones anteriores.

• Debe tenerse presente que los muros divisorios y defachada que se encuentren adosados a la estructuravertical tienen generalmente una gran rigidez y, porlo tanto, de forma habitual participanestructuralmente en la respuesta al sismo y pueden



estructuralmente en la respuesta al sismo y puedenser causantes de torsión, como en el caso corrientede los edificios de esquina.

•

Cuantitativamente, puede considerarse que unaexcentricidad entre el centro de masa y de rigidez esgrande cuando supera el 10% de la dimensión enplanta bajo análisis. En un caso así, deben tomarse

medidas correctivas en el planteamiento estructuraldel edificio.

• Si se contempla además la situación en altura, elpanorama de la torsión puede complicarse aún máscuando hay irregularidades verticales, como los

escalonamientos



escalonamientos.En efecto, la parte superior del edificio transmite a lainferior un cortante excéntrico, lo cual provocatorsión del nivel de transición hacia abajo,

independientemente de la simetría o asimetríaestructural de los pisos superiores e inferiores.

Como todos los problemas de configuración, el de la

torsión debe ser enfrentado desde la etapa de diseñoespacial y de forma de la edificación.

• Los correctivos necesarios para el problema de la torsiónpueden resumirse en general en los siguientes puntos:i. Las torsiones deben ser consideradas inevitables,debido a la naturaleza del fenómeno y a lascaracterísticas de la estructura Por esta razón se sugiere



características de la estructura. Por esta razón, se sugiereproveer a los edificios de rigidez, mediante la cual sebusca reducir la posibilidad de giro en planta.ii A efectos del control de la torsión, debe estudiarsecon cuidado el planteamiento de la estructura en plantay en altura, así como la presencia y la necesidad deaislamiento de los muros divisorios no estructurales quepuedan intervenir estructuralmente en el momento deun sismo. Finalmente, el objetivo debe ser proveer a laestructura con la mayor simetría posible de la rigidez conrespecto a la masa.

Asimetría debida a

ubicación de elementos

resistentes



resistentes



Colapso de Edificio Miramar

(Cumaná, Venezuela, Sismo

de Cariaco 1997, M = 6.9)

Efecto de torsión en planta, causado portanque elevado



Cuando existe excentricidad, los daños sepresentan en los elementos ubicados en los

extremos

Falla de columna

esquinera por

efecto de la torsión

en planta



Daño en columna

perimetral por vibración

torsional

Hotel Embassy.

Sismo Pisco

15/08/2007 (M = 7.9)



Sismo Armenia,

Colombia 25/01/1999



Colombia 25/01/1999(M= 6.2)

Sismo México

19/09/1985 (M = 8.1)

6.0 Vulnerabilidad relacionada con elprocedimiento constructivo



Código de Hammurabi (Babilonia, 1760 A.C.):“Si un constructor ha edificado una casa para otra

persona y la construcción no ha resultado sólida yla casa que se construyó se cae, causando lamuerte de su propietario ese constructor debe



muerte de su propietario, ese constructor debeser ejecutado. Si causa la muerte del hijo delpropietario, deberá ejecutarse al hijo del

constructor”.

6.1 Incompatibilidad entre arquitectura,

estructuras e instalaciones.



Aspectos a considerar:

• Juntas de construcción

• Juntas de llenado• Paso de tuberías



Los elementos

arquitectónicos

deben respetar las

juntas sísmicas



Junta de construcción que se transformó en rótula plástica



Ductos y cajas para

instalaciones

eléctricas.

(Del muro det dó



(concreto no quedó

nada)

Tubería en medio de núcleo confinado de placa



Situación NO permitida en Norma E-070:Disminución del área de columna estructural



Tubería que atraviesa viga en zonainadecuada



Tubería en sección crítica de volado



Tubos para instalaciones

sanitarias. (¿Y el

muro portante de ladrillo?)



Situación NO permitida por

la Norma E-070

Debilitamiento de laconexión columna-

albañilería



Muro dividido en dos partes

6.2 Uso de materiales inadecuados

Existen materiales que, debido a su propia naturaleza,

tienen una pobre competencia ante cargas dinámicas.En cambio otros pueden considerarse competentes



p p gEn cambio otros, pueden considerarse competentespara la fabricación de estructuras sismo resistentes.Además, el nivel de la resistencia y la calidad de losmateriales determinan en buena parte el desempeño

de la edificación durante su vida útil.Esta lista incluye:

Concreto armadoAlbañilería reforzada (confinada o armada)

AceroMadera

Colapso de

viviendas de adobe



Defectos de fabricación en

ladrillos artesanales

Ladrillo tubular, con excesivo porcentaje deperforaciones



Ladrillo KK industrial con % huecos > 30 %



Eflorescencia moderada y

severa en unidades de

albañilería



Uso de

albañilería no

reforzada

6.3 Mala praxis constructiva

• En este acápite nos referimos a diversos aspectos,

tales como:



Curado del concreto, juntas de construcción,recubrimiento del refuerzo, empalmes y traslapes,

habilitación de estribos, paso correcto de ductos,procedimientos constructivos correctos enalbañilería, etc



Importancia de una adecuada

praxis constructiva



Importancia de

un buen curado



Habilitación de las

barras de acero

Empalme en zona adecuada pararefuerzo de columnas



Juntas de construcción



Juntas de llenado

Máxima separación permisible entrecolumnas de confinamiento



Procedimiento correcto:Falsa columna (observar las mechas horizontales

para conectar las partes divididas del muro)



Correcto: Alojamiento de tuberías en ducto



Correcto: Paso de conductos pequeños enmuros de albañilería armada



Regado de unidades

de arcilla, previo al

asentamiento



Retemplado del mortero



Rayado para asentado de la primera hilada



Falla por cizalle y solución:

crear llaves de corte con el

mortero

Refuerzo horizontal continuo, anclado enlas columnas de confinamiento



Estribado reglamentario para vigas solerasy columnas de confinamiento



Estribos con ¾ de vuelta adicional paraalbañilería confinada



Errores frecuentes en la praxis

constructiva



Falta de vibrado en el concreto de la columna

Cangrejeras por segregación en

muros de ductilidad limitada



Empalme en zona

inadecuada de

columna



Insuficiente recubrimiento en

refuerzo de columna



Insuficiente recubrimiento

en refuerzo de viga



.

Falta de

recubrimientos

Cangrejeras y falta de

recubrimiento



Cangrejera en una vigueta

de aligerado

El antiejemplo perfecto:Todos los defectos juntos



Columnas con



alto grado de

oxidación



Alto grado de

corrosión por acción

de la brisa marina



Columnas deterioradas por la corrosión

(Chicago, Illinois)



Volados Expuestos a la brisa marina

Cangrejeras en columna (f´c = ??)



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

Estribos abiertos



Estribos deficientes

(Mala habilitación del

fierro)

Estribos defectuosos que no proporcionanconfinamiento



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 %)



Cangrejera en columna de confinamiento



Juntas de grosor excesivo



Errores en la extensión

del mortero y fluidez del

mortero

Colapso de edificación de albañilería conausencia de solera



Procedimiento incorrecto: vaciado de lasolera en dos etapas



Procedimiento correcto: vaciadosimultáneo de aligerado y solera



Consecuencias de secuencia

constructiva inadecuada




Secuencia correcta en la

construcción de la

Albañilería Confinada

Trituración del sobrecimiento durante los sismos

(por no haber iniciado el vaciado desde el borde

del cimiento)



Correcto → ↑

Incorrecto

Aplastamiento en muro de albañilería porapoyo directo de viga



Falla en muro dealbañilería por

punzonamiento de

descanso de escalera



Comportamiento sísmico de

muros no confinados

Daño por falta de

reforzamiento en

aberturas



Daño por falta de

separación en

ventanas y puertas

Junta donde el tecnoport

ha sido sustituido porunidades de albañilería



Agrietamiento de muro

por falta de confinamientoo separación por medio de

junta

(Observar desprendimiento de reparacionesejecutadas por daños de sismos anteriores)



Técnica tradicionalde reparación de

muros de

albañilería

confinada

1. Reemplazo de



pladrillos

2. Reparación de

columnas

3. Resane de fisuras

4. Relleno de zonacentral con

concreto simple

Grieta en zona de unión de alféizar, porfalta de independización



Aislamiento adecuado de alféizares(albañilería armada y confinada)



Trituración de bloques de concreto

vacíos (deben rellenarse con grout)

(Sismo Moquegua-Tacna 2001)

Trituración de celdas vacías en muroarmado parcialmente relleno



Estructuras inestables



Cimentación de concreto ciclópeo,inadecuada para albañilería armada



Platea de cimentación para

muros armados

7.0 Fallas debidas a acción sísmica



7.1 Fallas en vigas

• Grietas diagonales → Cortante

• Rotura de estribos → Cortante

• Grietas verticales → Flexión



• 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



7.1.2 Fallas en columnas

• Grietas diagonales → Cortante

• Grietas verticales → Compresión

• Desprendimiento



• Desprendimiento

del concreto → Compresión

• Aplastamiento del concreto y pandeo de lasbarras de refuerzo → Flexo-compresión

Falla frágil de cortante o tracción diagonal

en columnas o vigas, por insuficiente

confinamiento de estribos en los extremosadyacentes a los nudos.



(Ante el inadecuado confinamiento de

estribos, estos se abren y el concretoestalla, seguido del pandeo lateral delrefuerzo longitudinal)

Falla por tracción diagonal (corte) en columnascon estribos y con zuncho



Daño producido por fuerza

cortante en columnas de

primer piso

Colapso total de columna por excesiva separación derefuerzo transversal, en edificio de 02 pisos. San

Fernando 1971. (no se consiguió suficiente confinamiento al concreto ni

suficiente resistencia al corte)



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)



Efecto combinado de carga axial y momento

flector sobre columna sin y con refuerzo

transversal



Daño producido

i l



por carga axial

en columna

Columnas sin confinamiento de estribos. Sismo Sur

06/06/2001 (M = 6.9)



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



Falla por compresión en columna



Falla por falta de

confinamiento de

estribos en columnasy posterior pandeo de

refuerzo longitudinal



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)

7.1.3 Fallas en muros de corte (placas)

• En los proyectos de estructuras, los muros de corte

son destinados principalmente a resistir los esfuerzosproducidos por la fuerza horizontal sísmica. Ante estasolicitación, las fallas que suelen presentarse son en



solicitación, las fallas que suelen presentarse son enla unión con los sistemas de piso; por compresión

debida a flexión, por tracción diagonal (cortantevertical), por cizallamiento (cortante horizontal) y porvolteo.

Principales formas de falla en placas



Elementos de borde

Zonas a lo largo de los bordes de los muros y de los

diafragmas estructurales, reforzados con acerolongitudinal y transversal. Los elementos de borde norequieren necesariamente un incremento del



requieren necesariamente un incremento delespesor del muro o del diafragma. Los bordes de las

aberturas en los muros y diafragmas deben estarprovistos de elementos de borde.

Ejemplo de elementos de borde enmuros y diafragmas estructurales



Confinamiento en

elementos de borde

Tienen por finalidad prevenir el pandeo de losextremos de los muros por las compresionesoriginadas por la flexión



Borde en

compresiónpor flexión

Falla por flexión en base de placa



Falla por flexión

en placas



Ausencia de núcleosconfinados en extremos

de placas



Fallas por cortante

(tracción diagonal) en

placas

Edificio “Toledo”, Viña del

Mar(Sismo Chile 27/02/10)



Falla en placa por

cizallamiento(corte horizontal)

Sismo Anchorage, Alaska1964,

(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)



7.1.4 Fallas en vigas de acoplamiento

• Este tipo de falla es típica y es consecuencia de la

acción de grandes momentos sísmicos provenientesde la placa, transmitidos a los extremos de una vigade corta longitud, lo cual origina sobre la viga



elevadas fuerzas cortantes y demandas de ductilidad.

• Sin un diseño adecuado, para los niveles deductilidad a cortante y flexión esperados, se puedenpresentar por flexión o por cortante en los murosestructurales, que constituyen la resistencia primariaa fuerzas laterales en edificios.

Falla por corteen vigas de

acoplamiento

(Vigas muy cortasubicadas entre dosmuros o placas)



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

5.2 Falla de conexiones

• Las conexiones o uniones entre elementos

estructurales son, por lo general, los puntos máscríticos. En las uniones viga-columna (nudos) elcortante produce grietas diagonales y es común verf ll dh l d l f



fallas por adherencia y anclaje del refuerzo

longitudinal de las vigas, a causa del poco desarrollodel mismo y/o a consecuencia de esfuerzos excesivosde flexión.

5.2.2 Falla de nudos sin ductilidad

• Los nudos deben tener estribos que permitan

desarrollar la ductilidad. Adicionalmente, deberánsatisfacer un cortante de diseño, el cual se calcula apartir de los momentos nominales en los extremosd l l d l d d d



del elemento, es decir, la capacidad de momento

resistente para el refuerzo por flexión colocadorealmente.

Falla por falta de diseño de nudos



Cortante de diseño en el nudo



Nudos sin ductilidad, por ausencia de estribos



Falla de conexión

en nudos



5.2.3 Insuficiente longitud de anclaje• Con frecuencia, en las conexiones entre los diversos

elementos estructurales, se presentan elevadas

concentraciones y complejas condiciones de esfuerzos,los cuales han conducido a distintos y numerosos casosde falla, entre vigas y columnas de pórticos o entrecolumnas y cimentaciones



columnas y cimentaciones.

•

Siendo el monolitismo de la estructura un requisitoutilizado en muchos modelos de análisis, es necesarioproveer a los elementos de una adecuada longitud deanclaje del refuerzo, lo cual es además una exigenciapara proporcionar una adecuada ductilidad.

Anclajes

La tracción o compresión calculada en el refuerzo encada sección de los elementos de concreto

estructural, debe ser desarrollada hacia cada lado dedicha sección mediante una longitud embebida en elconcreto (longitud de anclaje), gancho, dispositivo



( g j ), g , pmecánico o una combinación de ellos. Los ganchosno se deben emplear para el anclaje de barras encompresión.

Anclajes y Empalmes• Longitud de anclaje en tracción (barras rectas)

Barras de 3/4” o menos

Barras de más de 3/4”



Barras de más de 3/4

(25% mayor)

α = Posición de la barra (1.0 ó 1.3)

β = Recubrimiento epóxico (1.0, 1.2, 1.5)

λ = Concreto de agregados ligeros (1.0, 1.3) ld ≥ 30

Longitud de anclaje en tracción (barras rectas)

f’c=210 , fy=4,200 kg /cm2



Longitud de anclaje con gancho

estándar en tracción



Columna que no llega a anclar refuerzo en

zapata (ld = ?)



Fallas por insuficiencia de longitud de anclaje

(La solicitación sísmica es cíclica y produceinversión de cargas)



Falla en la unión por faltade anclaje en la conexión

de la columna con el

sistema de piso



Falla de anclajes en

unión de vigas



Falla de anclaje en nudo

7.3 Fallas en elementos no

estructurales

En este acápite se comentará acerca de las fallas que

suelen presentarse en elementos que, sin ser parteconstituyente del sistema estructural sismo-resistente, pueden ocasionar problemas def i bilid d téti



funcionabilidad y estética.

• Tabiques• Cercos

• Parapetos

7.3.1 Fallas en tabiquería de ladrillo,

cercos y parapetos

• Las fisuras más frecuentes se dan en la unión de

tabiques con viga solera o losa superior, en la uniónde los tabiques o placas de la estructura y en loscasos de mayor movimiento lateral, en formadiagonal (falla por corte)



diagonal (falla por corte).

• La separación mediante tecnoport no funcionacuando se tarrajea.

Muros de albañilería no independizados

de placas adyacentes



Falla en tabique noindependizado de

estructura sismo-

resistente

Fallas en unión detabique con placa:

←

↓



↓

Fisuras en unión de

tabique con viga solera

de techo



Colapso de tabique de fachada



Juntas de tecnoport

con tarrajeo, que no

han servido en la

práctica

Fisuras en tabiquería

de bloques P-7 y P-10



Daños serios en tabiquería,

Moquegua, Sismo Sur

23/06/2001 (M = 7.9)



Falla de tabiques por acción de sismo

1. Sismo coplanar con el tabique

Tracción diagonal Cizallamiento

Aplastamiento



Aplastamiento

2. Sismo perpendicular al plano del tabique

Volcamiento

Tracción diagonal (corte)



Cizalle



Aplastamiento



Volcamiento



Conexión dentada (insuficiente) y arriostrada

(correcta) en tabiques en aleros



Falla de tabique no arriostrado



Falla de parapeto



Falla en cerco por relleno mal

compactado



7.2 Fallas relacionadas con otros

efectos sísmicos

Casos poco frecuentes:

• Resonancia local• Mecanismo push-over

• Punzonamiento de losas de techo



Punzonamiento de losas de techo

7.2.1 Resonancia local• Al propagarse las vibraciones inducidas por el sismo, desde

la base hasta la cúspide de los edificios, se presentanamplificaciones de la vibración a lo largo de la altura, que

se acentúan en los niveles superiores, principalmente enedificios altos, lo que conduce a una elevada concentraciónde acciones internas que provocan el colapso de una partedel edificio a partir de una determinada altura



del edificio a partir de una determinada altura.

• Algunos investigadores, atribuyen este tipo de colapso a launión del concreto viejo con el nuevo, tras la interrupcióndel vaciado durante el proceso constructivo.

• Evidentemente, la ocurrencia de este fenómeno sólo es

posible cuando se trata de edificios flexibles ubicados sobresuelos blandos.

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 enlos pisos

superiores)



7.2.2 Mecanismo push-over

• Este tipo de situación se puede presentar encolumnas para las que actúa una carga vertical degravedad relativamente pequeña y una gran cargaaxial debida a sismo. Como el sismo es reversible y lacarga axial inducida es notablemente mayor que la



de gravedad, se producirá una situación decarga/descarga con inversión del sentido de la fuerzaaxial de compresión a tracción sucesiva, lo cualpuede ocasionar el colapso del elemento.

Falla en columna por mecanismo push-over

debido a cargas cíclicas



7.2.3 Punzonamiento de la losa de

techo• Otro caso de falla de conexión se presenta en los

edificios de losas planas, sin vigas y se debe a una falla

por punzonamiento o penetración producida por loselevados esfuerzos cortantes. En este tipo de falla, lossistemas de piso quedan sin apoyo, dando lugar a uncolapso total de los mismos, manteniéndose en piesólo las columnas



sólo las columnas.• Las fallas en las conexiones, generalmente son frágiles,

por lo que estas zonas deben diseñarse detalladamentey protegerse con cuidado.

• En el Perú, por tratarse de un país sísmico, se permiten,

con varias requisitos y restricciones.

Falla por

punzonamientode la losa de

techo:

Esta falla puedeocurrir en los edificiosde losas planas sinvigas. Las columnas

i l l



atraviesan a la losa ylos sistemas de pisoquedan sin apoyo,produciéndose elcolapso total de los

pisos.Es recomendable usarábacos o capiteles


sin vigas

1) Máximo 05 pisos, sin exceder los 18 m de altura.

2) Muros estructurales capaces de tomar el 80 % delcortante sísmico.

3) Vigas peraltadas en todo el perímetro

4) La deriva máxima de entrepiso no debe exceder de 0.005



) p

5) Para análisis sísmico se considerará como viga una franjade columna en cada dirección.

6) En caso de tener losas nervadas:

i) Se usará losa maciza alrededor de columnas y muros

ii) Se usará losa superior de 50 mm de espesor

Falla en edificio

de losas planassin vigas, por

punzonamientode la losa



Edificio de losas planas

sin vigas: Hospital Juárez

Sismo México 1985

(punzonamiento de las

losas)



9.1 Métodos cualitativos

Evalúan de forma rápida y sencilla, las condicionesde seguridad estructural de la edificación. La

estructura se clasifica, entre otras características,según:

La edad de la edificación

El estado de conservación



El estado de conservación

Las características de los materiales

El número de pisos

La configuración geométrica arquitectónica

Estimación de la resistencia al cortante.

• Generalmente estos métodos han sido utilizadoscuando se evalúa la vulnerabilidad de una muestranumerosa de edificaciones. O también cuando setiene certeza acerca de la seguridad de una

determinada estructura y se pretende corroborardicho nivel de seguridad.



9.2 Métodos cuantitativos

• Los métodos cuantitativos más sencillos, utilizancaracterísticas generales de la estructura paracalificarla. Generalmente están asociados a índicesglobales que han sido calibrados con la experienciasiniestral de estructuras existentes, que permiten



identificar el riesgo en términos generales y enalgunos casos el nivel de daño.

Entre estos métodos, se puede mencionar, entreotros el de Shiga (1977), Meli (1991) y Hirosawa

(1992).

•

Los métodos cuantitativos más exhaustivos, pero no porello más precisos, típicamente son extensiones propiasde los procedimientos de análisis y diseño sismo-resistente, recomendados por las normas modernas.

•

Se busca determinar los niveles de resistencia, rigidez yductilidad propios de la estructura, por medio de unanálisis similar al diseño de edificios nuevos,incorporando, entre otras variables, a las componentes



no estructurales. La diferencia con respecto a losmétodos de diseño radica en que en el diseño deestructuras nuevas el diseñador provee un nivel deductilidad a la estructura, en cambio, en el análisis de

vulnerabilidad la ductilidad es un valor propio de laestructura y en muchas ocasiones es incierto.

• Estos métodos son probablemente indispensables de

aplicar en el momento de establecer soluciones ensistemas considerados vulnerables luego de unaetapa de calificación o diagnóstico y en las etapasfinales de la verificación de la vulnerabilidad del

sistema reacondicionado.• Cualquiera sea el método que se aplique para

determinar la vulnerabilidad de estructurasexistentes es importante utilizar la información



histórica del comportamiento observado de estasestructuras o similares, dado que la complejidad delos sistemas estructurales hace difícil que un métodocualitativo o cuantitativo logre considerar todas las

variables en juego.

• Los métodos cuantitativos requieren de la mayorrecopilación de información posible, por lo tanto sonmás precisos que los cualitativos para predecir el tipode falla y el lugar donde se producirán. Son métodos

más confiables al momento de estimar la seguridadde una edificación frente a sismos.

Si la estructura no cumple los requisitos de



resistencia, flexibilidad y ductilidad debe ser objetode refuerzo para elevar su nivel de seguridad sísmicaestructural.

•

Estos métodos son utilizados cuando la importanciade la edificación así lo amerita, o bien cuando losmétodos cualitativos no han sido determinantes conrespecto a la seguridad de la edificación.

• Para realizar un análisis de vulnerabilidad, utilizandométodos cuantitativos es necesario contar con ciertainformación básica como: características de losmateriales utilizados en la edificación, características



materiales utilizados en la edificación, características

del suelo donde se encuentra emplazada laestructura y planos estructurales, entre otrainformación.

•

Generalmente los análisis cuantitativos sonrealizados mediante modelaciones matemáticas de laestructura, en las cuales se deben consideraraspectos tales como:

Interacción de la estructura con los elementos noestructurales.

Cargas reales a las que está sometida la



estructura Análisis para los diferentes sismos que se

pueden presentar.

Métodos cuantitativos indicialesSe denominan así porque se basan en lacomparación de valores denominados índice

Método de Shiga (1977): Se aplica cuandopredominan los muros de concreto armado.

Método de Meli (1991): Se aplica cuando



predominan los muros de albañilería.Método de Hirosawa (1992): Se aplica a todo tipo de

edificios.

En estos métodos, la vulnerabilidad estructural se

determina comparando de alguna forma lacapacidad resistente, relaciones de forma,mantenimiento y daños anteriores de la edificación,con el nivel de solicitación demandado por los sismosque representan el peligro sísmico y las condicioneslocales del sitio donde se ubica la edificación. En elcaso particular del método de Hirosawa, la



comparación se hace calculando dos índices yestableciendo que la edificación es segurasísmicamente cuando el índice correspondiente a laresistencia proporcionada por el edificio (Is) es mayor

que la resistencia demandada (Iso).

9.2.2 Método de ShigaDurante un estudio posterior al terremoto deTokaichi-Oki en Japón, se propuso una combinación

de índices estructurales:• “Densidad de muros”: Relación del área en planta de

los muros de corte correspondientes a la direcciónde análisis entre área total acumulada del piso



considerado.• “Promedio de esfuerzos cortantes”: Relación del

peso total del piso considerado entre la suma de lasáreas en planta totales de columnas y muros de

corte, en la dirección de análisis.

• Shiga define los siguientes índices:

Ism = (∑ Am) / (∑ APj) (índice de área de muros)Ic = (∑ Ac) / (∑ APj) (índice de área de columnas)It = (∑ W j) / (∑ Am + ∑ Ac) (índice de esfuerzo

cortante nominal medio)

donde∑ Am : área de muros de concreto armado, disponibleen el piso y en cada dirección de la planta pararesistir las fuerzas sísmicas que actúan en este piso.



∑ Ac : área de columnas en el piso considerado∑ APj : área de las plantas ubicadas sobre el nivelconsiderado.∑ W j : Peso sísmico nominal total ubicado sobre el

nivel considerado

Toshío Shiga refinó el estudio y encontró que lasedificaciones con un “índice de densidad de muros”

mayor a 30 cm2/m2 y un “promedio de esfuerzo

cortante” menor a 12 Kg/cm2 , no eran propensas a

sufrir daños.Luego, la edificación será segura si:

Ism > 30 cm2/m2 ; It < 12 Kg/cm2



Los muros de albañilería que existen, se incluyen

como muros equivalentes de concreto de igualresistencia al corte, transformando el área de susección transversal, con un factor:

FR1 = (0. 23τ + 0.12σ) / (0.29 √f’c )Donde

τ : resistencia al corte de la albañilería, en Kg/cm2

σ : esfuerzo normal debido a la acción de las cargas



σ : esfuerzo normal debido a la acción de las cargasverticales, en Kg/cm2 (σ ≈ 1.0 x n; n: número de

pisos sobre el piso analizado)

f’c : resistencia cilíndrica a la compresión del

concreto, en Kg/cm2

9.2.3 Método de Meli

Meli relacionó el nivel de daños producidos por elsismo de México de 1985 en edificios de albañileríade 03 a 05 pisos con el “índice de densidad de muros

por unidad de piso” del edificio. Los edificios

analizados se caracterizaban por cumplir ciertas



condiciones de altura, simetría en la planta, rigideztorsional, regularidad en elevación y existencia de laacción de diafragma rígido a nivel de los pisos ytecho.

El índice de densidad de muros por unidad de piso,se calcula de la ecuación:

Im = (∑ At ) / ( ∑ Apj )

donde

• ∑ At : área total de muros de albañilería equivalente ,en la dirección y nivel considerados.

• ∑ Apj : área de la planta del nivel j



Mediante una muestra de 23 edificios, Meli relacionóel nivel de daños observados con la densidad demuros por unidad de piso, estableciendo la relaciónde la siguiente tabla.

• Astroza (1993), utilizando el trabajo de Meli (1991)

estableció un criterio para calificar sísmicamente losedificios de albañilería. La calificación se hace a partirde la relación empírica entre el nivel de dañosobservado y el índice de densidad de muros propuesto

por Meli.• La base fueron 17 edificios de este tipo ubicados en la

ciudad de Santiago durante el sismo de Chile del03/03/1985, junto con la información de Meli .



• Estos edificios, que experimentaron distintos niveles dedaño durante el sismo, se ubicaban en distintossectores de la ciudad, donde el sismo varió entre los 7y 8 grados de la escala de Mercalli modificada.

•

En base a eso, estableció la siguiente tabla.

Criterio de Meli:

Criterio de Meli modificado por Astroza:



p



• Estas relaciones empíricas se utilizan para establecer

la vulnerabilidad de los pisos en los que predomina laalbañilería. De esta manera, los pocos muros deconcreto armado que existen, se incluyen comomuros equivalentes de albañilería, de igual

resistencia al corte, transformando el área de susección transversal, de acuerdo a lo indicado.

• Tanto en el área de los muros de albañilería como en



los de concreto armado, se incluye el factor dereducción recomendado por Meli, con lo cual seconsidera la menor rigidez de los muros en los que larelación altura/longitud excede de 1.33. (h/L > 1.33)

9.2.1 Método de Hirosawa

• El método del índice estructural de Hirosawa (1992)es un método capaz de predecir el riesgo y daño delas edificaciones y fue calibrado en base a laexperiencia japonesa frente a eventos sísmicos. Estemétodo ha sido adoptado por el Ministerio de



Construcción del Japón, en la evaluación de laseguridad sísmica de edificios de concreto armado.

• El método consta de tres niveles de análisis, cada

uno de ellos más preciso según el orden, que van delo simple a lo detallado basados primordialmente enel estudio del comportamiento y resistencia de lossistemas estructurales de cada piso del edificio en lasdirecciones principales de la planta.

• El método fue propuesto originalmente para serutilizado en edificios de concreto armado, de altura



media, existentes o dañados, del orden de seis aocho pisos, estructurados con muros o pórticos. Enestudios más recientes el método se ha aplicado aedificios mixtos de concreto armado y albañilería.

• La vulnerabilidad estructural se establece

considerando que:i) Si Is ≥ Iso se puede considerar que el edificio tieneun comportamiento sísmico seguro frente a unevento sísmico.

ii) Si Is < Iso se puede considerar que el edificio tieneun comportamiento incierto frente a un eventosísmico y, por lo tanto, se considera como inseguro.



Niveles u órdenes del Método de

Hirosawa

• 1º orden: Permite la evaluación de un diagnóstico delriesgo del sistema estructural, basado en la geometría de

los elementos estructurales.• 2º orden: Se basa en la estimación de la resistencia

última de la estructura asumiendo un comportamientode falla por cortante para el sistema estructural.



p p

• 3º orden: Considera exactamente los mismos criteriospresentados en el método de segundo orden, con eladicional de la consideración del mecanismo real de falladel sistema estructural evaluado a partir del análisistiempo-historia y condiciones de no linealidad delmaterial de la estructura.

Cálculo del índice de vulnerabilidad

estructural IS

• El método de 2º orden de Hirosawa presume quedebido a la existencia de un diafragma rígido, el

mecanismo de colapso será tipo panel, fallando lascolumnas al alcanzar la capacidad máxima delsistema, calculada a partir de un análisis espectral



del mismo. El método considera también lageometría y morfología del sistema, así como el nivelde daño existente, deterioro del sistema estructuralen el tiempo e influencia de las condiciones locales

de la zona donde se encuentra el edificio.

Is = E0 G Sd TE0 : subíndice sísmico de la estructura

G : subíndice sísmico del terreno

Sd : subíndice sísmico del comportamientoestructural.

T : subíndice sísmico del deterioro de la estructura.



Cálculo de E0 • Al aplicar el primer nivel de evaluación, el término E0

se determina a partir de un cálculo simple de laresistencia última de corte de cada piso. Esta

resistencia se calcula para cada dirección de la plantapor la suma de los productos del área de la seccióntransversal de un muro o columna y de su resistenciade corte, reduciendo este producto por un factor (αi)que considera la presencia de elementos que alcanzan



q p qsu resistencia a un nivel de deformación menor que elresto de los elementos sismo-resistentes como, porejemplo, columnas cortas o muros de albañilería,reforzados o no, si se comparan con muros o columnas

de concreto armado.

•

El índice Eo es proporcional al producto del coeficiente deresistencia (C) y del coeficiente de ductilidad (F)→ Eo α C x F

• Para el cálculo de Eo, todo elemento o subestructuravertical que forma parte de la estructura sismo-resistente

debe clasificarse en alguna de las categorías siguientes:i. Columnas cortas de concreto armadoii. Columnas de concreto armadoiii. Muros de concreto armado (placas)



iv. Muros de relleno de albañilería (tabiques noindependizados)v. Muros de albañilería (confinada o armada)

i. Columnas cortas de concreto armado:Son todas las columnas en las que la relación ho/D,entre la altura libre (ho) y el ancho de la seccióntransversal (D), es igual o menor que 2. El

comportamiento sísmico de estas columnas estácontrolado por una falla de corte frágil que secaracteriza por el reducido nivel de deformación enel que se alcanza la resistencia y por la baja



capacidad de deformación inelástica. Paraestablecer la altura libre se ha considerado lapresencia de los elementos arquitectónicos quereducen la altura de la columna en la medida enque no se aíslen de ella.

ii. Columnas de concreto armado:

Son todas las columnas en las que la relación ho/D esmayor que 2.

iii. Muros de concreto armado:Son los elementos de concreto armado con una

sección transversal en que la relación entre el ladomayor y el lado menor de la sección transversal esmayor que 3.

iv. Muros de relleno de albañilería:Son aquellos muros de albañilería, normalmente



con escaso o ningún refuerzo, ubicados en elinterior de los vanos de la subestructura resistente(pórticos) sin aislarlos de ella.

v. Muros de albañilería armada o muros de albañileríaconfinada con elementos esbeltos de concretoarmado, columnas de arriostre y soleras.

• Los muros considerados corresponden a aquellos

muros que se han diseñado y construido en forma talque puedan transmitir cargas horizontales y verticalesde un nivel al nivel inferior y a la cimentación. No seconsideran aquellos muros que sólo resisten las cargasprovenientes de su propio peso, como son parapetos ytabiques de relleno o divisorios aislados de laestructura sismo-resistente.

• Esta clasificación debe hacerse para determinar laresistencia y para atender la menor capacidad de



y p pdeformación inelástica y capacidad de disipación deenergía que presentan algunos elementos como, porejemplo, las columnas cortas y los muros de albañileríade relleno sin refuerzo, cuando el comportamiento

sísmico está controlado por ellos.

• El índice Eo se calcula con la ecuación siguiente:

αi: Factor de reducción de la capacidad resistente deacuerdo con el nivel de deformación en que alcanzan laresistencia los elementos que controlan elcomportamiento sísmico. Los valores de estos factores se



entregan en la Tabla A-1 cuando la capacidad sísmica estácontrolada por los elementos más frágiles (Tipo A), losmenos frágiles (Tipo B) y los dúctiles (Tipo C)respectivamente.

np: Número de pisos del edificio.

i: Nivel que se evalúa.

Cmar

: Índice de resistencia proporcionada por los murosde relleno de albañilería.

Csc: Índice de resistencia proporcionada por lascolumnas cortas de concreto armado.

Ca : Índice de resistencia proporcionada por los muros

de albañilería no reforzada o parcialmenteconfinada.Cma: Índice de resistencia proporcionada por los muros

de albañilería confinada.Cw: Índice de resistencia proporcionada por los muros



de concreto armado.Cc : Índice de resistencia proporcionada por las

columnas no cortas de concreto armado.F : Índice de ductilidad asociado a los elementos

verticales. (F = 1.0 si Cmar, Ca y Csc son iguales a cero; F =

0.8 si Cmar, Ca y Csc son diferentes de cero)

• En caso de que los muros de albañilería confinada

controlen la capacidad resistente, el valor de F es igual a1.0 considerando la capacidad de deformación inelásticaque se logra con los elementos de confinamiento.

• La capacidad sísmica debe calcularse en primer lugarconsiderando la falla de elementos más frágiles; sinembargo, si la falla de este grupo no produceinestabilidad del sistema, la capacidad sísmica debecalcularse considerando el próximo grupo y despreciandola resistencia de los elementos que han fallado.



• El término (nP + 1)/(nP + i) considera la relación entre elcoeficiente de corte basal y el coeficiente de corte delpiso i, cuando estos esfuerzos de corte se establecen enfunción del peso del edificio por sobre el nivel

considerado

Tabla A-1: valores de α

Tipo α1 α2 α3 Modo de Falla

A 1.0 0.7 0.5

1. Muros de relleno de albañilería2. Columnas cortas3. Muros de albañilería no reforzada o

parcialmente confinada4. Muros de albañilería confinada



B 0.0 1.0 0.7 1. Muros de concreto armado

C 0.0 0.0 1.0 1. Columnas de concreto armado



donde:f´c : resistencia a la compresión del concreto.

τ0 : resistencia al corte de la albañilería

σ0 : esfuerzo normal debido a la carga axial que producen el pesopropio y la sobrecarga.

∑ Amar : Suma de las áreas de los muros de relleno de albañilería delpiso en evaluación, en la dirección analizada.

∑ Asc : Suma de las áreas de las columnas cortas de concretoarmado del piso en evaluación.



∑ Ama : Suma de las áreas de los muros de albañilería confinada delpiso en evaluación, en la dirección analizada.

∑ Ac1 : Suma de las áreas de las columnas de concreto armadodonde la relación entre altura libre (h) y ancho (D) es h/d < 6

∑ Ac2 : Suma de las áreas de las columnas de concreto armadodonde la relación entre altura libre (h) y ancho (D) es h/d ≥ 6

∑ Am1 : Suma de las áreas de los muros de concreto armado

del piso en evaluación, con columnas en ambos extremos con cuantía derefuerzo horizontal ρh > 1.2% y esbeltez h/L > 2 (En estos muros, laresistencia al corte está controlada por la resistencia al aplastamiento dela diagonal comprimida, debido a la alta cuantía del refuerzo horizontal)∑ Am2 : Suma de las áreas de los muros de concreto armadodel piso en evaluación, con columnas en ambos extremos con cuantía de

refuerzo horizontal ρh mínima (En estos muros, la resistencia al corte esproporcionada principalmente por el refuerzo horizontal)∑ Am3 : Suma de las áreas de los muros de concreto armadodel piso en evaluación, sin columnas o con columna sólo en un extremo,con cuantía de refuerzo horizontal ρh mínima y esbeltez h/L ≤ 2 (En estosmuros, la resistencia al corte está definida por la carga de agrietamiento



diagonal del concreto, debido a la reducida cuantía de armadura derefuerzo).∑ Am4 : Suma de las áreas de los muros de concreto armadodel piso en evaluación, sin columnas o con columna sólo en un extremo yesbeltez h/L > 2 (En estos muros, la resistencia al corte está dada por lasecuaciones del Código ACI 318)

Wi : Peso del piso i

• En estas ecuaciones las áreas se deben expresar en

cm2, las resistencias y esfuerzos en kg/cm2 y lospesos en kg. Los coeficientes que acompañan a lasáreas corresponden a la resistencia al corte de losdiferentes tipos de elementos que forman el sistemasismo-resistente, expresados en kg/cm2.

• Para el valor de h se debe considerar:

h = altura del piso si L > 3 m



h = altura libre del muro si L < 3 m

Cálculo de SD

• Este coeficiente cuantifica la influencia de lasirregularidades de la configuración estructural y de ladistribución de rigidez y de masa en el comportamientosísmico de la edificación.

• La información para calcular SD se obtiene principalmentede los planos estructurales y se complementa con visitas alterreno. Las características del edificio que se consideranen la determinación de este coeficiente son regularidad dela planta, relación largo-ancho de la planta,



estrangulaciones de la planta, espesor de las juntas dedilatación, dimensiones y ubicación de patios interiores,existencia de sótanos, uniformidad de la altura de los pisos,excentricidad de rigidez en planta, irregularidades de ladistribución de las masas y de la rigidez de entrepiso de los

pisos en altura, etc.

• Hirosawa propone calcular SD

cuando se usa, con laecuación siguiente:

SD = ∏qi = q1 x q2 x … x q8

donde qi = [1.0 – (1 – Gi) Ri ] para i = 1, 2, 3, 4,5,7 y 8



qi = [1.2 – (1 – Gi) Ri ] para i = 6

(La productoria ∏qi se calcula entre 1 y 8)

• Los valores de Gi y Ri recomendados por Hirosawa,

se obtienen de la tabla siguiente:

Tabla A-2 Gi Ri

1.0 0.9 0.8

Regularidad Regular (a1) Mediano (a2) Irregular (a3) 1.0

Relaciónlargo/ancho

m < 5 5 <m < 8 m > 8 0.5

Contracción deplanta

c > 0.8 0.5 < c < 0.8 c < 0.5 0.5

Atrio o patiointerior

Rap < 0.1 0.1 <Rap < 0.3 Rap > 0.3 0.5

Excentricidad

f f f



de atrio o patiointerior

f 1 = 0.4f 2 = 0.1

f 1 < 0.40.1 < f 2 < 0.3

f 1 > 0.4f 2 > 0.3

0.25

Sótano Ras > 1.0 0.5 < Ras < 1.0 Ras < 0.5 1.0

Junta deseparación

sísmica

S > 0.10 0.005 < S < 0.10 S < 0.005 0.5

Uniformidad dealtura de piso

Rh > 0.8 0.7 < Rh < 0.8 Rh < 0.7 0.5

1. Regularidad ai

a1:La planta es simétrica en cada dirección y el área desalientes es menor o igual al 10% del área total de la planta.Estas salientes, son consideradas en el caso que L/b > 0.5

a2:La planta no es regular, y el área de salientes es igual o

menor que el 30% del área de la planta. Dentro de estacategoría se encuentran las plantas tipo L, T, U y otras.

a3:La planta es más irregular que el caso a2, y el área desalientes es mayor que el 30% del área de la planta.



2. Relación largo – ancho

m: Razón entre la dimensión mayor y menor de la planta.En las plantas tipo L, T, U u otras, se considera el lado mayorcomo 2L, para lo indicado en la figura.



3. Contracción de planta, c: c = D1 / D0

4. Atrio o patio interior: Rap

Razón entre el área del atrio y el área total de la planta,incluida el área del atrio. Sin embargo, una caja de escalerasestructurada con muros de concreto armado no se consideraen este análisis.

5. Excentricidad de atrio o patio interior: f f 1: Razón entre la distancia del centro de la planta al centrodel atrio y la longitud menor de la planta.f 2: Razón entre la distancia del centro de la planta al centrodel atrio y la longitud mayor de la planta.



6. Sótano: Ras

Razón entre el área promedio de la planta de los subterráneosy el área promedio de la planta del edificio.

7. Junta de separación sísmica: S

Este criterio se aplica a edificios que tienen juntas deseparación sísmica.

Razón entre el espesor de la junta de separación sísmica y laaltura del nivel sobre el suelo donde se encuentra.

8. Uniformidad de altura de piso: Rh Razón entre la altura del piso inmediatamente superior alanalizado y la altura de éste. Para el caso del piso superior, elpiso inmediatamente superior de esta ecuación es

l d l i i di i f i



reemplazado por el piso inmediatamente inferior. Según Hirosawa, el valor de SD se calcula usando el valor más

desfavorable entre los obtenidos para la característica en losdiferentes pisos, valor que se asume como representativo del

edificio completo.

Cálculo de T• Este índice cuantifica los efectos que produce el

deterioro de la estructura, debido al paso del tiempo

o bien a la acción de sismos pasados u otras accionesque puedan haberla afectado. El índice se calcula apartir de la información obtenida de las visitas aledificio y de la información que proporcione el



propietario.• El índice T se determina con la tabla A3,

considerando que se usa un valor único del índice Tpara el edificio, este valor debe corresponder al

menor valor obtenido de la Tabla A3.

Tabla A-3: Valores del índice T para diferentes causas y tipos de deterioro

Deformación permanente (T1)

Característica T1

El edificio presenta inclinación debido a asentamiento diferencial 0.7

El edificio está construido sobre relleno artificial 0.9

El edificio ha sido reparado debido a deformaciones anteriores 0.9El edificio tiene visible deformación de vigas y columnas 0.9

El edificio no presenta signos de deformación 1.0

Grietas en muros o columnas debido a corrosión del acero de refuerzo (T2)



Grietas en muros o columnas debido a corrosión del acero de refuerzo (T2) Característica T2

Presenta filtraciones con corrosión visible de armaduras. 0.8

Presenta grietas inclinadas visibles en columnas. 0.9

Presenta grietas visibles en muros. 0.9

Presenta filtraciones, pero sin corrosión de armaduras. 0.9

Nada de lo anterior. 1.0

Incendios (T3)

Característica T3

Ha experimentado incendio, pero no fue reparado. 0.7

Ha experimentado incendio y fue adecuadamente reparado. 0.8

No ha experimentado incendio. 1.0

Uso del cuerpo o bloque (T4)

Característica T4

Almacena sustancias químicas. 0.8

No contiene sustancias químicas. 1.0



Tipo de daño estructural (T5)

Característica T5

Presenta daño estructural grave. 0.8

Presenta daño estructural fuerte. 0.9

Presenta daño estructural ligero o no estructural. 1.0

Tabla A-4 Clasificación de daños causados por sismo (Iglesias et al., 1987)

Tipo de daño Descripción

No estructural Daños únicamente en elementos no estructurales.

Estructural ligero Grietas de menos de 0.5 mm de espesor en elementos deconcreto armado. Grietas de menos de 3 mm de espesor enmuros de albañilería.

Estructural fuerte Grietas de 0.5 al 1 mm de espesor en elementos de concretoarmado. Grietas de 3 a 10 mm de espesor en muros dealbañilería.

Estructural grave Grietas de más de 1 mm de espesor en elementos de concretoarmado. Aberturas en muros de albañilería. Aplastamiento del

t t d t ib d d l f i



concreto, rotura de estribos y pandeo del refuerzo en vigas,columnas y muros de concreto armado. Agrietamiento decapiteles y braquetes. Desplome de columnas. Desplome deledificio en más de 1% de su altura. Asentamiento de más de 20cm.

Cálculo del índice IS0

• El comportamiento estructural de un edificio frente asismo puede evaluarse comparando el índice devulnerabilidad de la estructura IS con el índice de juicioestructural I

S0

El cálculo de este índice está basado en lamáxima respuesta espectral esperada para lascondiciones locales donde se encuentra el edificio. Estádado por:

IS0 = ES0 Z G U



Basándose en estos dos índices, se puede expresar un juicio de la vulnerabilidad de la estructura, así:

Si IS > IS0 → el edificio es seguro frente a sismos

Si IS < IS0 → el edificio es inseguro frente a sismos

IS0 = ES0 Z G U

ES0 : resistencia sísmica básica requerida (para 2ºorden, ES0 = 0.6)

Z : factor de zona sísmica. Su valor depende delpeligro sísmico de la zona en que se encuentrael edificio. (0.5 < Z < 1) (Por consiguiente, parael Perú puede aplicarse Z = 2.5 ZNorma E-030)

G : factor de influencia de las condicionestopográficas y geotécnicas (para caso general,G 1 di t G 1 1)



G = 1; para zona en pendiente, G = 1.1)

U : coeficiente de importancia de la estructura(edificios comunes U = 1.0, centros comercialesU = 1.3, hospitales U = 1.5)

Método analítico• Como se ha dicho, el procedimiento analítico consiste

en un problema inverso de diseño, donde se conoce lascaracterísticas de una estructura y se trata de investigar

la resistencia de la estructura.• De acuerdo a la teoría de diseño plástico, la capacidad

última de la estructura será alcanzada cuando un buennúmero de secciones alcancen la fluencia y originen un

i d f ll E t ú t id



mecanismo de falla. Esto es comúnmente conocidocomo la formación del mecanismo de colapso,mediante la disipación de energía a través de rótulasplásticas, que se formarían en los encuentros viga-columna en un sistema aporticado.

• Para que este mecanismo se llegue a configurar, es

necesario que los encuentros viga-columna esténdotados del refuerzo por corte y flexión necesarios,de manera que sean capaces de experimentar una

deformación tal que disipe la energía.• Para sistemas de losa rígida, puede asumirse que el

mecanismo de falla más desfavorable es el de tipopanel, en que las columnas formarían rótulas

lá ti l t l i D t



plásticas en los encuentros con las vigas. De estemodo, los momentos últimos que se originan en lascolumnas, determinarán el cortante último resistentede la estructura.

• Una vez conocido el momento de cada columna, se

determina el cortante actuante, asumiendo elmecanismo de falla tipo panel. Posteriormente,conocidos los cortantes en cada columna, es posibleconocer la capacidad teórica de cada uno de losentrepisos. Esta capacidad es comparada con larespuesta espectral de la estructura para lascondiciones del sismo normalizado a las

l i á i d í d d



aceleraciones máximas esperadas, en períodos deretorno prefijados (habitualmente 50 y 100 años).

•

Basándose en la información proporcionada por losplanos estructurales disponibles y asumiendoalgunos valores de cuantía de refuerzo en seccionesdonde no se pueda contar con esta información

completa, se evalúa la resistencia estructuralconsiderando las fórmulas existentes para losmomentos últimos, considerando los efectos deflexión y carga axial para cada una de las columnas

d l i t t t l



del sistema estructural.

• Considerando que la capacidad es sinónimo de laresistencia de la estructura mientras que la respuestaes sinónimo de demanda estructural, la estimaciónde la vulnerabilidad estructural puede hacerse

mediante comparación de la demanda contra laresistencia del sistema estructural. Esta estimaciónindicará la tendencia existente hacia unacuantificación de la seguridad estructural, que nos

indica si la estr ct ra es seg ra o inseg ra frente a



indica si la estructura es segura o insegura frente auna demanda, en base al parámetro resistencia ocapacidad última.

8.0 Reforzamiento de estructuras

existentes8.1 Filosofía del reforzamiento sismo-resistente8.2 Principios básicos del reforzamiento estructural.

8.3 Principales técnicas de reforzamiento estructuralutilizadas:8.3.1 Relleno de muros8.3.2 Elementos en contrafuerte

8 3 3 Pórticos perimetrales



8.3.3 Pórticos perimetrales8.3.4 Diagonales de arriostre.8.3.5 Disipadores de energía.

8.4 Reforzamiento de elementos estructurales

mediante fibra de carbono.

8.1 Filosofía del Reforzamiento Sismo-

resistente

Pretender que un edificio antiguo se comporte comouno nuevo es técnicamente poco viable y

económicamente injustificable. Sin embargo esposible y necesario reforzar las edificacionesclasificadas como esenciales (categoría A) según laNorma de Diseño Sismo-resistente E-030: Hospitales

y Centros Educativos entre otros



y Centros Educativos, entre otros.Reparación ≠ Reforzamiento

Reparación : Restituir la capacidad sísmica

Reforzamiento : Aumentar la capacidad

sísmica

¿Es posible mejorar la ductilidad?

?



¿

¿Es posible esta

transformación?



↓ →

•

El reforzamiento estructural debe aplicarse a aquellasedificaciones que demuestren ser vulnerablesdespués de un estudio de vulnerabilidad. El análisisde vulnerabilidad debe indicar las deficiencias de la

estructura a nivel de resistencia, rigidez y ductilidad,así como indicar los defectos de su configuraciónarquitectónica.

• El reforzamiento debe por lo tanto corregir las

deficiencias y lograr una estructura cuya respuesta



deficiencias y lograr una estructura cuya respuestasísmica sea segura, seleccionando un sistema dereforzamiento que entorpezca lo menos posible en elfuncionamiento, tanto durante el proceso, como ensu resultado final.

• El análisis de la estructura reforzada debe realizarseconsiderando la amenaza sísmica y los elementos quese incorporan o se eliminan. Debe considerar loselementos no estructurales, comprobando su eficienciaen el mejoramiento o deterioro de la respuesta. En lamedida de lo posible el refuerzo de estructuras debe

considerar la eliminación de los defectosarquitectónicos e ingenieriles que se detecten con elestudio de la vulnerabilidad.

• El diseño de los nuevos elementos debe ser tanriguroso como en el caso de estructuras nuevas y debe

prestarse especial cuidado al detalle de unión de los



prestarse especial cuidado al detalle de unión de loselementos nuevos con la estructura existente.• En general, un reforzamiento busca descargar la

estructura existente de las deformaciones y esfuerzos aque originalmente estaba sujeta la estructura para serabsorbidos por los nuevos elementos estructurales.

8.2 Principios Básicos del

Reforzamiento Estructural1. A las estructuras existentes antiguas NO es posible

dotarlas de mayor ductilidad, sin embargo sí es

posible mejorar la resistencia y rigidez. Entonces seconsigue reducir la demanda sísmica restringiendo losdesplazamientos laterales.

2. Al proporcionar mayor resistencia, se logrará reducir

el rango de comportamiento inelástico demandado



el rango de comportamiento inelástico demandado.3. Al proporcionar mayor rigidez, se logrará reducir lassolicitaciones de fuerza y deformación sobre laestructura existente.

A mayor desplazamiento, se produce mayor dañoestructural. En consecuencia, al rigidizar laestructura, se reducen las deformaciones y,consiguientemente el daño sobre la estructura.



Caso 1: Reforzamiento del Hospital Carlos

Alberto Seguín, Arequipa, luego del sismo 2001



Caso 1: Reforzamiento del Hospital Carlos

Alberto Seguín, luego del sismo 2001



Armadura original: No es posible

mejorar la ductilidad del sistema



Caso 2 : Reforzamiento del Estadio Nacional



Encamisetado de columnas



Adición de nuevas

placas de C⁰A⁰



Caso 3: Técnicas de reforzamiento

utilizadas en instituciones educativas

Cerramiento de paños con muros de albañilería

Colocación de aletas de concreto armado

Relleno parcial de paños con muros de albañilería

Incorporación de muros acoplados

Intervención general de columnas

Inclusión de pórtico sísmico complementario



Inclusión de pórtico sísmico complementario



8.3 Principales técnicas utilizadas de

reforzamiento estructural



1. Reforzamiento estructural:

Enfrentar al SISMO

Según el Ing. Carlos Cassabonne,

existen dos filosofías:



2. Aislamiento de la base:

Torear al SISMO

Adición de muro de corte

(placa) paramejoramiento de la

rigidez lateral

8.3.1 Relleno de

muros



8.3.2 Elementos en contrafuerte



8.3.3 Pórticos perimetrales



Uso de diagonales

como elementos

de arriostre lateral

8.3.4 Diagonalesde arriostre



8.3.5 Reducción de la demanda sísmica



Existen dos técnicas fundamentales:

Disipadores de energíaAislamiento de la base

Reforzamientomediante

disipadores de

energía



Principios de los Disipadores de Energía

El objetivo es disipar gran parte de la energíamediante el uso de amortiguadores.

Los Disipadores Pasivos de Energía están basados endos principios básicos

a)Disipación de energía por la deformación inelástica

de sólidos: con sistemas que se deforman a flexión, africción o a corte



fricción, o a corte.

b)Disipación de energía usando fluidos.

Estructuras de base fija con

amortiguadores externos



Disposición de disipadores de energía



Torre Mayor, México:

Disipadores de energía

que usan fluidosviscosos



Torre del Aeropuerto

Internacional Jorge Chávez

Otros sistemas:

Aislación Sísmica de

la Base



Disposición general del sistema de

aislamiento de base



Aisladores conformados por resortes

helicoidales y amortiguadoreselastoplásticos



Aisladores de péndulo de fricción



8.4 Reforzamiento de elementos

estructurales mediante fibra de carbonoEl reforzamiento estructural con fibra de carbono, serefiere al empleo de elementos de fibra de carbono, demodo similar al de las barras de acero de la estructura;esto es, complementando las barras de acero en laszonas traccionadas o los estribos de corte, siempreteniendo en cuenta que la capacidad de refuerzo delcarbono es unidireccional en el sentido de las fibras,dependiendo del tipo de fibra que se está usando.Comúnmente se utilizan tejidos de fibra de carbonoconocidos como Wrap cuya disposición es



conocidos como Wrap cuya disposición esunidireccional, aunque existen configuraciones de tipobidireccional.

• Es conveniente tener en cuenta el hecho de que los

laminados de fibra de carbono presentan unas altascaracterísticas mecánicas, muy superiores a las delconcreto y el acero, por lo que en la mayoría de loscasos, el éxito del reforzamiento viene determinado

más por el estado y preparación del elemento desoporte que por el propio carbono.

• Existen tres tipos de situaciones:

ReparaciónRehabilitación



Rehabilitación

Reforzamiento

Reforzamiento con fibra de carbono

(CFRP: Polímero reforzado c/ fibra de carbono)



Aplicaciones:

Incremento de la capacidad debido a algún cambio de uso. Reparaciones de secciones agrietadas o componentes

estructurales dañados debido a condiciones agresivas de suentorno (fuego, impacto de vehículos, envejecimiento, etc.)

Cambios en el sistema estructural: nuevas aberturas en lalosa, demolición de muros existentes, perforaciones, etc. Reforzamiento alrededor de nuevas aberturas en placas Reparación de tuberías de diámetros grandes para lograr

refuerzo y permeabilidad.

Confinamiento pasivo para aumentar la resistencia sísmica. Corrección de errores de diseño o construcción: varillas de



Corrección de errores de diseño o construcción: varillas deacero de refuerzo colocadas erróneamente, peralteinsuficiente, etc.

Ventajas de la fibra de carbono:

Es una tela fuerte y resistente, ideal para espaciosconfinados.

Se usa para refuerzo de flexión y cortante, así como

para confinamiento.Posee gran módulo de elasticidad.Es no corrosiva.Es versátil: puede usarse para envolver formas

complejas.Es ligera en peso; no altera la masa ni las cargasd á l



dinámicas en la estructura.Posee resistencia a ambientes alcalinos.

Tiene sección delgada. Puede ser fácilmente cruzada ytraslapada.

Casos en que NO debe usarse:

La condición del concreto en la zona donde se debencolocar las fibras sea de mucho deterioro.

Existencia de corrosión sustancial en el acero de

refuerzo interno.No existencia de acero suficiente para proporcionar

un comportamiento dúctil al elemento de concreto

armado.



Propiedades Mecánicas de la Fibra de

Carbonoo Las platinas CFRP son una combinación de fibras de

carbono y una matriz de resina epóxica y tiene en ladirección de la fibra una resistencia muy alta (38000

Kg/cm2

) y peso específico muy bajo .o Las fibras están colocadas en dirección longitudinal

correspondiendo a la dirección de la solicitación.o Las fibras son los elementos con capacidad de carga y la

matriz epóxica sirve para unir entre sí las fibras.o La resistencia en dirección transversal a las fibras así como

la resistencia a cortante son bajas.



jo Las características mecánicas en la dirección longitudinal

son determinadas por el tipo de fibra y por el contenido envolumen de fibras en la platina.

Comportamiento de las secciones reforzadas

con CFRP• La fibra de carbono no es un material dúctil y muestra un

comportamiento de esfuerzo-deformación prácticamentelineal cuando es cargado a la falla en tracción.

• Las secciones de concreto armado con acero y con fibras decarbono muestran un comportamiento dúctil.



Tipos de falla en secciones reforzadas con

CFRP

1. Falla a tracción de fibra.

2. Aplastamiento del concreto en la zona a compresión.3. Desprendimiento del concreto en la zona a tracción.



4. Rotura interlaminar.5. Falla de cohesión en la capa de adhesivo.

6. Falla de cohesión en la superficie de lamina CFRP.7. Falla de cohesión en la superficie de concreto.



Reforzamiento completo de viga con CFRP, aplicada comorefuerzo de cortante y laminado para soportar tracciones

Reforzamientocon bandas de



fibra de

carbono



Reforzamiento de viga sub-

armada

Colocación del refuerzo de fibra de carbono



Encamisetado de columnas



Encamisetado de columnas con fibra CFRP

Reforzamiento de nudo

(encuentro viga-columna)



R f fib d



Refuerzo con fibra de

carbono a flexión en

vigas

Reforzamiento de

viga acartelada



Muchas gracias por su atención

Evaluación de la Vulnerabilidad Sísmica en Edificaciones

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