Estudio sobre juzgamentos estándar para
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UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL ESCUELA UNIVERSITARIA DE POST GRADO UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL TESIS “ESTUDIO SOBRE JUZGAMIENTOS ESTÁNDAR PARA PROPIEDADES SISMO RESISTENTES DE LOS EDIFICIOS DE CONCRETO ARMADO EXISTENTES” PRESENTADO POR EL MAESTRO: VÍCTOR ANTONIO ZELAYA JARA PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE: DOCTOR EN CONSTRUCCIÓN LIMA PERÚ 2010 -1- AGRADECIMIENTO Deseo expresar mis profundas gracias al Dr. Masaya Hirosawa del “Instituto Internacional de Sismología e Ingeniería Asísmica” por su orientación, invalorables sugerencias y ayuda en la preparación de esta tesis. Deseo agradecer también al gobierno del Japón, JICA y a los miembros del Staff del International Institute Seismology Earthquake Engineering, con mención particular al Dr. Makoto Watabe, por sus esfuerzos para el logro de mi adiestramiento en Tokio-Japón los años 1975 y 1976. A mi asesor Dr. Félix Valverde Orchés, por su paciencia que me brindó, por su invalorable apoyo y por guiarme por el camino correcto en la realización de mi tesis. -2- DEDICATORIA A Dios, ya que sin Él nada podemos hacer y Él nos ofrece lo necesario para lograr nuestra meta. A mi querido Padre, por su enseñanza y amor, por su herencia: mi educación, aunque no estés conmigo físicamente, siempre te recordaré. A mi madre de 95 años por su aliento todos estos años y por ver culminado su anhelo. A mi esposa Salvinia, a mis hijos José Antonio y Gustavo Adolfo, que son la razón de mi vida a quienes quiero y apoyaré siempre. -3- INDICE INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 1 ABSTRACT .................................................................................................. 6 CAPITULO I 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Antecedentes y Formulación del Problema ...................................... 7 1.2 Justificación e Importancia ................................................................ 8 1.3 Definición del Problema .................................................................. 9 1.3.1 Problema Principal .................................................................. 12 1.3.2 Problemas Específicos ............................................................ 12 1.4 Objetivos de la Investigación ............................................................ 13 1.4.1 Objetivo General ...................................................................... 13 1.4.2 Objetivos Específicos ............................................................... 13 CAPITULO II 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LA INVESTIGACIÓN 2.1 Marco histórico ....................................................................................... 14 2.2 Marco teórico .......................................................................................... 22 2.2.1 Características sobre Juzgamiento Estándar en Construcciones ............................................................................ 22 2.2.2 Incidencia en la Construcción de Concreto Armado..................... 73 2.2.3 Estructura en edificios de concreto armado diseñados para baja ductilidad. .................................................................................... 81 2.2.3.1 Edificio con forjados reticulares ...................................... 82 2.2.3.2 Edificio con vigas planas ................................................. 87 2.2.3.3 Edificio de pórticos resistentes a momentos ................... 87 2.2.3.4 Comparación de la respuesta no lineal de los tres tipos de edificios ............................................................. 89 2.2.3.5 Mejoras del comportamiento sísmico de los edificios con ductilidad limitada. ................................................... 91 2.2.3.6 Mejoras del comportamiento del edificio con forjados reticulares. ...................................................................... 91 2.2.3.7 Mejoras del comportamiento del edificio con forjado reticulares. ...................................................................... 93 2.3 Marco conceptual .................................................................................. 97 2.4 Formulación de hipótesis........................................................................ 101 -4- 2.4.1 Hipótesis Principal ..................................................................... 101 2.4.2 Hipótesis Específicas ............................................................... 101 2.5 Variables e indicadores de la investigación ........................................... 101 2.5.1 Variable Independiente (VI) ...................................................... 101 2.5.2 Variable Dependiente (VD) ....................................................... 101 2.5.3 Operacionalizacion de Variables .............................................. 102 CAPITULO III 3. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1 Tipo y nivel .............................................................................................. 103 3.1.1 Tipo de Investigación .............................................................. 103 3.1.2 Nivel de Investigación ............................................................. 103 3.2 Método y diseño de la investigación ...................................................... 103 3.2.1 Métodos de la Investigación ..................................................... 103 3.2.2 Diseño de Investigación ............................................................ 104 3.3 Técnicas e instrumentos de recolección de datos .................................. 104 3.3.1 Técnicas de Organización y Recolección de información .............. 104 CAPITULO IV 4. PRESENTACIÓN Y ANALISIS DE LOS RESULTADOS 4.1 Principios de propiedades en edificios de concreto estructural para zonas sísmicas ...................................................................................... 106 4.2 Construcciones sismoresistentes en la construcción de edificios para el desarrollo ........................................................................................... 116 4.3 Contrastación de las hipótesis .............................................................. 124 4.3.1 Contrastación de la Hipótesis Principal ........................................ 124 4.3.2 Contrastación de las Hipótesis Específicas .................................. 125 CAPITULO V 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Conclusiones ................................................................................... 128 5.2 Recomendaciones........................................................................... 130 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................ 132 ANEXOS -5- INTRODUCCIÓN La aparición de procedimientos claros con base en el desempeño (ATC-40, FEMA-273) aplicables a la adecuación y diseño sismorresistente de edificios, ha incrementado el interés de los investigadores sobre la respuesta estática no lineal de los edificios. Entre las tipologías más estudiadas se encuentra la de los edificios aporticados con vigas de canto, sin embargo, los edificios que se proyectan para presentar una respuesta poco dúctil, denominados edificios de ductilidad limitada, entre los que se encuentran los edificios con forjados reticulares y los edificios aporticados con vigas planas, han sido menos estudiados. Existen dos cantidades de la respuesta no lineal que permiten caracterizar si la respuesta obtenida es adecuada para una determinada amenaza sísmica: la ductilidad estructural y la sobrerresistencia. Las normas de diseño sismorresistente en general y la norma española NCSE-02, en particular, contemplan valores de ductilidad muy bajos para los edificios de ductilidad limitada, los cuales han sido formulados considerando que estas estructuras disponen de una baja capacidad de disipación de energía. Por otro lado, a excepción y el Internacional Building Code (IBC-2003), no existe en las normas de diseño sismorresistente de edificios, referencia directa a los valores de la sobrerresistencia, importantes en la determinación de los factores den reducción de respuesta. En este trabajo el principal objetivo es calcular los valores de la ductilidad y la sobrerresistencia de los edificios de ductilidad limitada, aplicando el análisis estático no lineal con control de fuerzas, para lo que se utiliza el concepto del índice de daño con el fin de obtener los valores de los desplazamientos últimos de los edificios. Los desplazamientos correspondientes al otro punto que permite calcular la ductilidad (desplazamiento de plastificación)se obtienen aplicando la forma bilineal idealizada. Conocida la respuesta no lineal, se estudia el efecto beneficioso que sobre ésta tendría la mejora de las características de ductilidad del acero de refuerzo, del confinamiento longitudinal y transversal y la aplicación de -6- tipologías estructurales que logran combinar las características de edificios de ductilidad limitada con las de los edificios aporticados resistentes a momentos. Finalmente, se realiza una comparación entre respuesta no lineal de los edificios con ductilidad limitada y la respuesta de dos edificios aporticados resistentes a momentos, uno con ductilidad intermedia, proyectado según la instrucción española EHE y el otro con ductilidad alta, proyectado según la norma ACI-318, encontrando que en el caso de los edificios de ductilidad limitada no se satisfacen algunas de las premisas asumidas en la etapa de diseño sismorresistente. En el diseño sismorresistente de edificios es necesario conocer previamente el valor de la ductilidad que éstos podrán llegar a alcanzar al ser sometidos a movimientos sísmicos fuertes. Los valores de ductilidad de referencia están incluidos en las normas de diseño sismorresistente. Su estimación también puede hacerse bajo criterio de expertos o de la observación de la respuesta que los edificios han tenido ante determinados terremotos. Sin embargo, generalmente el problema estudiado se ha centrado en la respuesta de edificios con respuesta dúctil, como son los edificios aporticados resistentes a momentos, sin que existan muchos datos que avalen la respuesta de los edificios de ductilidad limitada, entre los que se encuentran los edificios aporticados con vigas planas y los edificios con forjados reticulares. En este trabajo se estudia la respuesta no lineal de edificios de ductilidad limitada, proyectados conforme a los requisitos de la instrucción española (EHE) y la norma NCSE-02, y se obtienen los valores de ductilidad a partir de dicha respuesta, lo que permiten verificar los valores de los factores de reducción aplicados en la determinación de las fuerzas sísmicas y los valores de sobrerresistencia. De manera adicional, se estudia la respuesta de los edificios proyectados con aceros con diferentes características de ductilidad y tensión de plastificación. Finalmente, se comparan las respuestas de los edificios de ductilidad limitada con la respuesta de un edificio aporticado, verificándose el cumplimiento de las hipótesis consideradas para el proceso de análisis elástico de las mismas. En consecuencia y en mérito a lo enunciado, el trabajo de investigación se ha -7- estructurado de la siguiente manera: En el Capítulo I.- Se plantea el problema, caracterizándolo y delimitándolo en función a los alcances y efectos que el tema de investigación pretende establecer y su incidencia en las medidas correctivas que la población debe ejecutar. Así mismo se define el problema de estudio, así como se precisa los objetivos que persigue la investigación. En el Capítulo II.-. Se esboza los fundamentos teóricos de la investigación, partiendo desde el enfoque histórico y conceptual hasta el tratamiento esencial de los efectos que sustenta la implementación de un estudio sobre juzgamiento estándar para propiedades sismo resistente de los edificios de concreto armado existente. También se formulan las hipótesis de trabajo, estableciendo las variables e indicadores que operacionalizan su funcionamiento en el proceso. En el Capítulo III.- Se sintetiza el proceso metodológico, señalando las técnicas y procedimientos que se han utilizado en el desarrollo de la investigación. En el Capítulo IV.- Se presenta el análisis y los resultados de la investigación, señalando los hechos y fundamentos del desarrollo sobre juzgamiento estándar y su incidencia en las propiedades sismo resistentes en edificios. Se aplica las respectivas sustentaciones teóricas y sus respectivas representaciones gráficas. En el Capítulo VI.- Finalmente se resumen las conclusiones y se proponen algunas recomendaciones, como resultado de la investigación. El autor -8- TRADUZIONE L'emergere di procedure chiare sulla base di prestazioni (ATC-40, FEMA273) applicabile l'adeguatezza e resistente terremoto progettazione di edifici, è aumentato interesse dei ricercatori sulla risposta statica non lineare edifici. Tra i tipi è il più studiato di edifici aporticados travi con il canto, tuttavia, gli edifici che sono state previste per depositare una risposta poco duttile, chiamato limitata duttilità edifici, tra cui edifici con forgiato e reticolare aporticados edifici piatto con travi a vista, sono stati meno studiati. Ci sono due quantitativi di non consentire una risposta lineare caratterizzano se la risposta è appropriato per una determinata pericolosità sismica: la duttilità strutturale e sobrerresistencia. Le norme di progettazione terremoto resistenti, in generale, e lo standard spagnolo NCSE-02, in particolare, contengono molto bassi valori di duttilità per gli edifici di scarsa duttilità, che sono state fatte a credere che queste strutture hanno una bassa capacità di dissipazione di energia. D'altra parte, con l'eccezione e l'International Building Code (IBC2003), non esiste nelle norme in materia di terremoto resistenti progettazione di edifici, diretto riferimento ai valori di sobrerresistencia importante nel determinare i fattori di ridurre risposta. In questo lavoro l'obiettivo principale è quello di calcolare i valori di duttilità e di edifici sobrerresistencia duttilità limitata, l'applicazione del analisi statica non lineare forze di controllo, che utilizza il concetto di indice di danno al fine di ottenere i valori del recente spostamento degli edifici. Movimenti per l'altro punto che rende possibile calcolare la duttilità (spostamento di plastificación) sono ottenuti applicando la forma bilineare idealizzato. Noto non lineari risposta, sta studiando l'effetto benefico che sarebbe relativo al miglioramento delle caratteristiche di duttilità rinforzo in acciaio, longitudinale e trasversale di confinamento e di attuazione degli strumenti tipi che riesce a combinare le caratteristiche di edifici con limitata duttilità di edifici aporticados momenti resistenti. Infine, un confronto è effettuato tra non-risposta lineare di edifici con limitata duttilità e la risposta di due edifici aporticados momenti resistenti, uno intermedio con duttilità, secondo le proiezioni spagnolo EHD istruzione e l'altra con alta duttilità, progettato -9- secondo standard ICA -318, Trovare che nel caso di edifici di limitata duttilità non ha incontrato alcune delle ipotesi assunta nella fase di progettazione terremoto resistenti. Il terremoto resistenti progettazione degli edifici è necessario conoscere in anticipo il valore di duttilità che si può raggiungere da essere sottoposto a forti terremoti. I valori di duttilità di riferimento sono incluse nelle norme di progettazione terremoto resistenti. La sua stima può essere troppo bassa criterio di esperti o di osservazione della risposta che gli edifici sono stati prima di alcuni terremoti. Tuttavia, generalmente considerato il problema si è concentrato sulla risposta di edifici con risposta duttile, come lo sono gli edifici aporticados momenti resistenti, ma ci sono molti dati a sostegno della risposta di edifici duttilità Limited, che comprendono la aporticados edifici con travi a vista e piatto battuto edifici con griglia. Il presente documento studi la risposta non lineare di edifici duttilità Limited, le proiezioni in base alle esigenze dello spagnolo (EHD) e il NCSE-02 standard, e otteniamo i valori di duttilità da quella risposta, che consentono verificare i valori dei fattori di riduzione utilizzare per determinare la sismica forze e dei valori sobrerresistencia. In altri studi la risposta di edifici progettati con acciai con diverse caratteristiche di duttilità e di tensione plastificación. Infine, confrontando le risposte degli edifici duttilità limitata alla risposta di un edificio aporticado, garantire la conformità con gli scenari considerati per l'analisi dello stesso elastica. -10- ABSTRACT In the earthquake resistant design of buildings, it is necessary to know a priori the value of the ductility that these will be able to reach when they are affected by strong ground motions. These values are available in the seismic design codes, but their estimation can be also made by using expert’s opinion or the actual response of the buildings during seismic events. Nevertheless, the problem has been generally centred on the response of structures with ductile behaviour, like special moment-resisting frames, and there are not enough data available on the response of buildings with restricted ductility, such as framed buildings with flat beams and buildings with waffle slabs. Therefore, in this study, the nonlinear behaviour of buildings with restricted ductility is examined. In this paper two restricted ductility buildings have been designed according to the requirements of the EHE instruction and of the NCSE-02 code. The values of theirs ductility have been thus calculated and compared with the values of the reduction factors applied in the determination of the seismic design forces and with the values of the structural overstrength. Additionally, the response of the buildings, designed with steel of different ductilities and yield stress, are studied. Finally, the responses of the buildings with restricted ductility are compared with that of a moment-resisting framed buildings designed according to EHE and ACI codes. -11- CAPITULO I 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 ANTECEDENTES Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Los antecedentes referidos al estudio de investigación, después de haberse realizado la búsqueda bibliográfica estuvo orientada a determinar a aquellas Instituciones o Investigadores que han efectuado estudios relacionados con las propiedades sismos resistentes en edificios de concreto armado, quienes de alguna manera contribuirán a su desarrollo y para lo cuál se señala a continuación: Julio Kuroiwa, Ernesto Deza y Hugo Jaén1, señalan que, la gran actividad sísmica en nuestro territorio ha cobrado siempre sus mayores victimas en las construcciones de adobe. ―....Más del 90 por ciento de los edificios dañados eran de adobe y su colapso causó más de 40,000.00 muertes‖. Por otro lado, sin embargo, algunas construcciones de adobe resistieron sorprendentemente, los embates del sismo.‖ En Coishco, a 40 kilómetros del epicentro y sobre terreno rocoso, el daño fue mínimo y muchas de las construcciones de adobe sobrevivieron y están habitadas‖. Debe aceptarse, entonces, que existen ciertas condiciones bajo las cuales este tipo de construcción puede ofrecer un comportamiento ―satisfactorio‖ ante sismos severos. Lo que constituye un comportamiento ―satisfactorio‖ ante sismos, está adecuadamente resumido en una de las filosofías en boga en la ingeniería antisísmica. Según Fintel (2), los objetivos implícitos en la mayoría de las normas de diseño antisísmico son que la estructura sea capaz de: 1. Resistir sismos sin daños 1 Julio Kuroiwa, Ernesto Deza y Hugo Jaén “Investigation on the Peruvian Earthquake of May 31, 1,970”, 5th World Conference on Earthquake Engineering, Rome, June 1,973 -12- 2. Resistir sismos moderados con algunos daños estructurales leves y con daños no estructurales moderados. 3. Resistir sismos catastróficos sin colapsar. El Objetivo principal de la Tesis es: Salvaguardar la vida humana, aunque la edificación - en este caso de concreto armado -, colapse. Por colapso se entiende2 ―... aquel estado que no permite que los ocupantes salgan del edificio debido a la falla de la estructura primaria‖. Para Juan Carlos Reyes3 en su obra titulada ―Modelación Inelástica de Edificios de Concreto con Disipadores de Energía‖ se indica que se han desarrollado nuevos métodos y diseños de rehabilitación sísmica de estructuras de concreto que consiste en la colocación de dispositivos disipadores de energía que tiene por finalidad su fabricación en los países con alta tecnología a fin de reducir la vulnerabilidad de la construcción y su experiencia en EE.UU. Para el Ing. Ricardo Oviedo Sarmiento4 en su obra titulada ―Métodos de Reforzamiento en Edificio de Concreto Armado‖, refiere que el reforzamiento esta dirigido a incrementar la capacidad de carga y el estado de serviciabilidad de una estructura existente. Esto se vuelve necesario cuando los diseños estándares son adaptados para cubrir nuevas solicitaciones o cuando existen errores en el diseño o inadecuada mano de obra en la etapa de construcción 1.2 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA El presente trabajo de investigación tiene como objetivo principal el interés de conocer como el fenómeno sísmico viene causando estragos en las viviendas de Lima y que medida se viene aplicando a fin de atenuar los desastres, así mismo proponer un modelo de estudio sobre juzgamiento estándar para atenuar los sismos en edificios de concreto armado 2 Fintel Mark, “Resistance to Earthquake-Philosophy, Ductility and Details”. Publicación ACI SP-36, Response of Multistory Concrete Structures to Lateral forces 1,973, pp 75-96 3 Juan Carlos Reyes, “Modelación Inelástica de Edificios de Concreto con Disipadores de Energía” (2004) 4 Ricardo Oviedo Sarmiento, “Métodos de Reforzamiento en Edificio de Concreto Armado” (2003) -13- existentes, diseño sísmico y su efecto en la reducción de contingencias futuras, en beneficio de la comunidad. La importancia de la investigación radica en que con el uso de este método, se obtiene una vivienda con mejor comportamiento que el tradicional, frente a un eventual sismo severo. Ello es posible debido a la aplicación de cálculos en la estructura de los edificios que harán posible que estos tipos de vivienda tengan una mejor respuesta frente a un sismo. Así mismo la importancia de esta investigación, radica porque contribuirá a orientar a las familias y a la sociedad en la prevención e implementación de medidas adecuadas; así como llegar a conclusiones valiosas y aportes que podrán ser tomadas en consideración por investigaciones futuras. 1.3 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA La ocurrencia de desastres naturales a nivel mundial es bastante frecuente y sus secuelas van más allá del corto plazo, y en ocasiones con cambios irreversibles, tanto en la estructura económica, social y ambiental. En el caso de los países industrializados los desastres ocasionan pérdidas de vidas limitadas, gracias a la disponibilidad de sistemas eficaces de alerta temprana y evacuación, así como a una mejor planificación del desarrollo urbano y códigos de construcción más estrictos. Los problemas relacionados con la corrección de las debilidades en la construcción de edificios de concreto armado parecen haber sido resueltos con el uso de aditivos y con la selección y preparación adecuada de la tierra que servirá para construir los adobes. También la experiencia tradicional sobre como proteger las paredes de adobe de la lluvia con repellos, aleros grandes o por medio de corredores es de sobra conocida. También la practica para construir los cimientos ha probado su eficacia secular (defender las paredes de la humedad con soleras de piedra y argamasa mas altas que el nivel del suelo). El uso de vigas en forma de soleras coronando el perímetro superior de las paredes que conforman la vivienda también está ya incorporado al saber tradicional. El problema -14- más importante pendiente de solución es garantizar la resistencia de las construcciones de tierra a los terremotos. Se podría agregar el interés por encontrar soluciones adecuadas para adelgazar las paredes, que si demasiado anchas roban espacio a la superficie útil de las viviendas. Debe tenerse en cuenta que la solución para resistir terremotos no puede consistir en garantizar que la vivienda no se desplomara ante un sismo. Ningún edificio puede ser garantizado que pueda resistir los efectos de cualquier terremoto, no importa el material ni la técnica como haya sido construido. Se debe ser mas especifico. Se desea: Que los edificios no colapsen ante las embestidas de un terremoto de x grado o de una aceleración dada. Esto no querrá decir que no puedan sufrir daños menores. Lo que importa es salvar vidas por tanto al momento del diseño conviene cuidar 1- Que los esfuerzos a los que pudiera estar sometido el edificio no sobrepasen las fatigas de trabajo de los materiales usados en la construcción. 2.- Que el diseño sea razonablemente calculado para resistir aquellos temblores de ocurrencia más común en la localidad. (según experiencias estadísticas sobre los sismos locales). 3.- Que los materiales incorporados a la estructura no se deterioren por la intemperie por hongos, termitas, etc., o por el tiempo. Los cálculos para el diseño deben ser mas exigentes para aquellos edificios de uso público, como hospitales, escuelas etc., que en caso de emergencia resulten indispensables para servir de refugio temporal o para atender las probables victimas de un desastre. Los tanques para reserva y distribución del agua entran en esta categoría El Perú constituye un país con alta exposición a fenómenos naturales como sismos, inundaciones, deslizamientos, huaycos, sequías, heladas y de otra naturaleza con potencial destructivo. En ese sentido, el número de muertes suele ser elevado por cuanto afecta en mayor medida a grupos de población más pobres y vulnerables. Y sin duda uno de los impactos más comprometedores es el deterioro de las condiciones de vida de la población. -15- En ese contexto, la geografía diversificada del Departamento de Arequipa hace que grandes áreas de este territorio estén expuestas a una serie de fenómenos naturales recurrentes cuyos efectos sobre las poblaciones alcanzan niveles impredecibles. Ciertamente, las zonas alto andinas de Arequipa son las áreas de frecuentes fenómenos naturales que desencadenan en algunos casos desastres, alterando el normal desarrollo de sus comunidades. De igual forma, la alta prevalencia de fenómenos climatológicos (sequías y heladas) causan graves impactos sociales y económicos. El sur del Perú y especialmente algunas regiones se encuentran situados dentro el cinturón de Fuego del Pacífico, zona caracterizada por su gran actividad sísmica; esto hace que la amenaza y el riesgo sísmico sea inminente para esta región. La ocurrencia de estos sismos en general y en el Perú, se producen por su ubicación en el Cinturón Sísmico del Pacífico donde la actividad sísmica principal es el resultado de la subducción de la placa de Nazca bajo la placa Sudamericana, con una velocidad relativa de 8 cm/año. En los libros hay bastante información sobre diseño en comparación con la información sobre reparación de estructuras; esta es la razón porque nosotros estamos realizando el presente artículo. Este artículo es una introducción a los métodos de reforzamiento, cuya aplicación será particular; cada aplicación depende de varias características de la estructura y sus requerimientos para solucionar el específico problema. La reparación de estructuras es una actividad muy importante, porque cada edificio esta expuesto a un diferente evento sísmico en un diferente lugar del planeta. En este estudio hablaremos sobre las propiedades de la estructura que deben ser tomadas en consideración cuando la capacidad de la estructura va a ser modificada. Después de la introducción, hablaremos sobre los principales métodos de reforzamiento de los elementos estructurales en los edificios. Hablaremos de sus ventajas y desventajas, y brindaremos algunos comentarios sobre la correcta utilización de estos métodos. -16- El reforzamiento esta dirigido a incrementar la capacidad de carga y el estado de serviciabilidad de una estructura existente. Esto se vuelve necesario cuando los diseños estándares son adaptados para cubrir nuevas solicitaciones o cuando existen errores en el diseño o inadecuada mano de obra en la etapa de construcción. Los métodos de reforzamiento pueden causar cambios en la rigidez, capacidad de carga, ductilidad y propiedades de amortiguamiento de los edificios. Estas propiedades deben ser tomadas en consideración cuando se modifica la capacidad de carga de la estructura. Ello justifica la investigación de una vivienda, mediante estudios referidos a juzgamientos estándares para propiedades en sismos resistentes de edificios de concreto armado que involucre al sismo en su cálculo, a fin de dotarle de propiedades sismos resistente que permitan disipar la energía que trae un sismo y de esta forma evitar la perdida de vidas humanas pese a que la vivienda colapse. Este es el caso de las construcciones de edificio de concreto armado existentes. 1.3.3 Problema Principal ¿En qué medida la implementación de un estudio sobre juzgamiento estándar para propiedades sismo resistentes en edificios de concreto armado existentes, permitirá reducir el nivel de su deterioro ocasionado por movimientos sísmicos en la ciudad de Lima? 1.3.2 Problemas Específicos ¿De qué manera la aplicación de las normas sobre juzgamiento estándar para propiedades sismo resistentes, contribuyen a una mejor funcionalidad en la construcción de edificios de concreto armado? ¿En qué medida el uso de métodos sobre juzgamientos estándar para propiedades sismo resistentes, permitirá diseñar una mejor estructura en la construcción de edificios de concreto armado? -17- ¿De qué manera el factor de resistencia sobre juzgamiento estándar para propiedades sismo resistentes, influye en brindar una mayor seguridad en la construcción de edificios de concreto armado? 1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.4.1 Objetivo General Analizar en qué medida la implementación de un estudio sobre juzgamiento estándar para propiedades sismo resistente en edificios de concreto armado existentes, permitirá reducir el nivel de su deterioro ocasionado por movimientos sísmicos en la ciudad de Lima 1.4.2 Objetivos Específicos Explicar de qué manera la aplicación de las normas sobre juzgamiento estándar para propiedades sismo resistente, contribuyen a una mejor funcionalidad en la construcción de edificios de concreto armado. Determinar en qué medida el uso de métodos sobre juzgamientos estándar para propiedades sismo resistente, permitirá diseñar una mejor estructura en la construcción de edificios de concreto armado. Establecer de qué manera el factor de resistencia sobre juzgamiento estándar para propiedades sismo resistente, influye en brindar una mayor seguridad en la construcción de edificios de concreto armado. -18- CAPITULO II 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LA INVESTIGACIÓN 2.1 MARCO HISTÓRICO Se diseñaba con el Reglamento Francés de 1909 de acuerdo al curso que enseñaba el Ing. Romero Sotomayor en la Escuela de Ingenieros. Con este Reglamento se diseñaron casas y pequeños edificios. Obras importantes como la chimenea de la Oroya se hicieron con planos hechos en Estados Unidos. El diseño moderno de las estructuras de concreto armado en el Perú, comenzó en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Católica en 1937, cuando la primera promoción estaba en 5° de Ingeniería Civil, y el profesor Ing. Ricardo Valencia enseñó el curso de Concreto Armado con el Reglamento ACI-318-36. En 1940 se fundó la AlE Asociación de Ingenieros Estructurales, conformada por los anteriormente nombrados, que publicó numerosos artículos y folletos técnicos como diagramas para el cálculo de aligerados. Desgraciadamente por la muerte de Eduardo Young Bazo y el recargado trabajo de otros miembros, dejo de funcionar esta Asociación. En esa época se comenzó a diseñar importantes e innovadoras estructuras: La Fábrica Textil Algodonera, con techo en Flat-slab, la Fábrica Nestlé de Chiclayo con solado flexible, para lo cual se contrató un estudio de suelos (novedad en ese entonces) a Gustavo Rizo Patrón, que acababa de llegar de M.I.T. con esa especialidad, estudio que indicó que la máxima diferencia de asentamientos sería menor a 1". Se escogió el solado flexible superficial para no llegar a la napa acuática que estaba muy cerca de la superficie (+/- 60 cm) . También se diseñó la Fábrica Nestlé de Venezuela con solado rígido con vigas muro de t 2.50 m de peralte, porque estaba situada cerca del río Escalante que en época de crecida inundaba el terreno que era de arcilla azul de mucho espesor por lo que no se podía poner pilotes. -19- Después de la guerra, Eduardo Young comenzó con una empresa de concreto post-tensado con equipos Freysinet.- diseñó puentes prefabricados, post tensados y estando en una obra, se desprendió de la grúa unas de las vigas que mató instantáneamente a Eduardo. Con Eduardo trabajó en diseño el Ing. Luis Zegarra C. autor de numerosos proyectos y el Ing. Fisher que siguió el negocio del pretensado Se trabajaba con regla de cálculo, los edificios se calculaban solo para cargas verticales y para los elementos continuos se empleaba el método de Cross o el gráfico de Niskian & Steiman o Tablas especiales. Aparecieron otros calculistas como Abel Fernández que se asoció con José Tola P., Edmundo Jacobs que se asoció con José Laude, Ricardo Reyna que luego formó la firma Reyna-Meini-Chavez- Blanco. Reyna diseñó los paraboloides hiperbólicos del depósito de Sears. Luego emigró a EE.UU y después de unos años Antonio Blanco quedó solo y es unos de los mejores calculistas actuales. También Walter Tillit que como Reyna emigró a USA. En 1945 se reformó el plan de estudios de la Escuela Nacional de Ingeniería donde se incorpora Juan Sarmiento Espejo que se había graduado en Chile y era calculista de la firma Fred T. Ley y enseñaba con el Reglamento Americano. De allí salieron Miguel Bozzo y Ricardo Yamashiro. Se construyó la Fábrica Eternit con planos hechos en Brasil con tijerales de concreto muy difíciles de encofrar. En 1951 sale un nuevo código muy similar al anterior, con algunas variantes. Por esos años, se construyen varias obras importantes por su diseño, como Las Chimeneas de Copsa en Lima y Sullana, el Hipódromo en San Felipe, diseñado por Ricardo Valencia, numerosos puentes para la carretera Panamericana, El Edificio del Ministerio de Vivienda calculado por Valencia y Young usando ya placas y el Ministerio de Trabajo, los Hoteles de Turistas de Tacna y Tarma, la Catedral de Tarma, las unidades escolares, etc. -20- Apareció la firma Gallegos Rios Cassabonne que estudiaron en la Universidad de Ingeniería, (antes Escuela de Ingenieros) ahora Gallegos Casabonne -Arango son autores de numerosos proyectos. En 1956 aparece otro nuevo Reglamento ACI-318 que incorpora prefabridados y un anexo con el método de diseño a la rotura con U= 1.2 D +1.4 L ó U= 2 (D+L) para columnas y U = 1.8 (D+L) para vigas. Indica flechas máximas permisibles. Aumento f' c a 5000 Ibs/in 2 . Incorpora un 3er método para losas en dos sentidos e indica las longitudes mínimas de los refuerzos en las losas sin vigas. En 1963 sale por primera vez Código y Comentario, en tomos separados. Nuevo método de columnas esbeltas y diagramas de interacción para diseño de flexión compuesta. Trata de aberturas en losas y el Capítulo 15 es especial con el método a la rotura, con U = 1.5 D + 1.8 L. Este reglamento es el que da una salto en los métodos de diseño y constituye un verdadero avance. Tantas novedades hicieron necesario el comentario para una mejor comprensión. En este periodo salieron las primeras calculadoras y fue desapareciendo la regla de cálculo, que ahora es una pieza de museo. A partir de 1970 se desarrolló ampliamente el diseño sismo-resistente basado en el Reglamento Peruano de 1968. En 1971 sale un nuevo reglamento ACI 318, en nuevo formato grande, en dos tomos: Reglamento y Comentario: Trajo como novedad el Anexo A. Provisiones especiales para diseño asismico. El código ya trabaja íntegramente con el método de la rotura con factor U= 1.4 D+1.7L y factores ф 0.9 = flexión, 0.85 corte, 0.70 bearing y 0.65 para flexión en concreto simple. El concreto pre-esforzado se utilizó. Después de los años 50 el concreto normal ya no es de f' c =140 kg/cm 2 sino 210 kg/cm2, que sigue como concreto normal en el Perú. En otros países ya están en más de 800kg/cm2. Solo para columnas se usa aquí f' c =280 ó 350 kg/cm 2. En post tensado también se usa aqui f' c =350 kg/m 2 hasta 420 kg/ cm2. -21- En ese periodo de tiempo se construyeron importantes edificios y obras de concreto como el Hotel Sheraton diseñado por Luis Zegarra con fachadas prefabricadas, lo mismo que la del Banco de Reserva, La Torre del Centro Cívico diseñada por Gallegos-Rios- Casabonne, el Edificio más alto de Lima con 103 m, el Edificio de Petroperú y el Ministerio de Guerra diseñado por Gallegos Rios Casabonne y Pesquería este diseñado por M. Bozzo. Numerosos puentes por Pedro Lainez Lozada, Las Fábricas de Cemento en Lima y Pacasmayo con silos hechos con encofrado deslizante. Numerosos muelles de concreto para pesca. Muelle de minerales del Callao. Comenzaron a diseñarse todos los edificios para los sismos para fuerzas horizontales en los pórticos, que se calculaban de acuerdo al Reglamento Peruano pero todavía no se tomaba muy en cuenta la torsión horizontal ni los diafragmas y se colocaban placas un poco al ojo. Los pórticos se calculaban por los métodos de Cross o de Khani. Conozco el caso de un edificio que se construyó por los años 60 y que tenía una planta irregular y un núcleo fuerte de ascensos y cajas de escalera en el ángulo. Vino un sismo fuerte en la dirección A-A y el edificio resistió muy bien. Pero vino un temblor en la dirección B-B se produjo torsión en el ala mayor, y el edificio se vino abajo. En 1977 sale otro código ACl 318 que también tuvo el comentario por separado. Como novedad tiene el equivalente al S.M.l. En apéndice del método elástico de diseño que todavía se usaba en EEUU. Aquí ya se usaba únicamente el método a la rotura. Las recomendaciones para diseño asismico está mucho más amplio, lo mismo que el de pre-esforzado. El de losas en 2 sentidos, introduce el método directo y el método de pórticos equivalente con elementos perpendiculares a torsión. En 1980 sale un suplemento al Código de 1977 con algunas modificaciones Ya salieron las primeras computadoras y había programas de cálculo de pórticos. Había computadoras en la Universidad Católica y en la UNI y se trabajaba con tarjetas perforadas. Un trabajo enorme y -22- difícil de revisar. También se usaba el método de Muto para pórticos con muros y placas. En 1989 el código ACI trae como novedad tener el comentario y el código en el mismo tomo, frente a frente, como lo hace ahora, lo que hace más fácil su estudio y comprensión. Modifica la forma de diseño de mezclas, introduciendo la desviación Standard y "la forma de hacer las pruebas, la mezcla, transporte, llenado y curado del concreto. Cambian los requisitos de ductibilidad. Introduce los requisitos de estabilidad estructural, cambia losas en dos sentidos y fuerza cortante en losas y zapatas, principalmente la parte de cabezales reforzados para corte por punzonamiento. Modifica longitudes de anclaje y empalmes añadiendo normas para barras recubiertas con epoxy. En 1989 sale la Norma Peruana, basada en el ACI-318-83 elaborado por los Ings. Antonio Blanco, Enrique Rivva y Gian Franco Ottazzi. En 1992 presenta el código del 89 revisado en 1992. Modifica los requisitos para exposiciones del concreto y las relaciones agua-materiales cementosas. Cambia espesores mínimos de losas. En recomendaciones para diseño sísmico modifica la forma de calcular las fuerzas de corte y los nudos, las longitudes de anclaje de las barras. Modifica todo lo relativo a muros estructurales (placas) y diafragmas y sus elementos de borde y los elementos que no están diseñados para soportar fuerzas inducidas de sismo y los requisitos para soportar sismos moderados. En esta época ya se analizan todos los edificios en 3 dimensiones considerando la torsión y el efecto de los diafragmas con la ayuda de programas especiales, generalmente comprados en el extranjero o alquilados. Por los años 90 se construyen muchos edificios de Departamentos y oficinas sobretodo en San Isidro alrededor del Golf, el Hotel Oro Verde, ahora Swiss Hotel, el Edificio de Upaca en la Av. Aramburu, los edificios -23- en Camino Real sobre el Centro Comercial entre otros y la Torre de precalentamiento de la Ampliación de Cementos Lima (25), con 115 m de alto, la estructuras más alta de Lima con 42680 m3 de concreto diseñado por Héctor Gallegos. En diseños sísmicos obliga a colocar estribos adicionales en los empalmes traslapados y aumenta la longitud de estos lo que hace que este tipo de empalmes sea antieconómico comparado con los empalmes soldados ó mecánicos. Nuevas reglamentaciones sobre diafragmas. Reglamento ACI del 2002 Debido al alto uso de concreto de. Alta resistencia modifica la forma de calcular f'c para concreto de f'c > 350kg/cm2 Para adecuarse al I.B.C. que reemplaza al U.B.C. modifica los factores U á U= 1.2 D+ 1.6L Y todos los otros factores U- lo mismo que los factores 0 y la variación de 0 en la zona de transición, poniéndola en función de la deformación unitaria. Con esto unifica criterios con los diseños en otros materiales y simplifica el cálculo cuando hay estructuras de dos materiales. En torsión cambia algunas normas, lo mismo en el diseño de braquetes. Cambia las longitudes de anclaje y los estribos adicionales en las zonas de anclaje. En las Normas para Diseño asísmico, introduce reglamentaciones para prefabricados, muros, diafragmas, elementos de borde y vigas de conexión. En los últimos años se han construido importantes edificios entre ellos el Hotel Marriot y el Edificio anexo de oficinas, el Banco de Lima, ahora Wiese Sudameris, el Edificio Wiese, edificios de Viviendas en la Av. Pezet, el Edificio donde está el City Bank en Aramburu y de Telefónica y el Banco Internacional Una modificación importante en la forma de construir es la que se usa ahora en viviendas económicas, con muros y losas de concreto armado. Cara vista. Es un sistema económico y muy resistente a los sismos. Sin embargo este sistema ha tardado mucho en ser usado masivamente. -24- Hace unos 20 años, se construyó un grupo de edificios de viviendas en Paseo de la República cerca del Colegio de San José de Cluny con ese sistema y los departamentos no se vendían porque los compradores objetaban que en los muros de concreto no entraban clavos y no se podía colgar cuadros, El peruano en general acepta los cambios muy difícilmente, no solo compradores, sino también los ingenieros. Todavía se aferran al Reglamento Peruano, que como se ha visto ya ha sido superado. Diseñar con un Reglamento anticuado es peligroso, pues los cambios en las normas se hacen en base a experiencias de sismos o pruebas de laboratorio. Así por ejemplo ahora los empalmes son más largos y requieren estribos a todo lo largo, sin embargo se siguen usando los empalmes anticuados; y en un sismo fuerte las estructuras pueden fallar por allí. Debemos fomentar el estudio y aplicación de las nuevas técnicas si no queremos quedarnos atrás, sobre todo en esta época de globalización, pues si no lo hacemos los proyectos importantes se ejecutará en el extranjero sin intervención de la ingeniería peruana. Es por ello que presento la tesis denominada ―Estudio sobre Juzgamientos Estándar para Propiedades Sismo Resistentes de los Edificios de Concreto Armado Existentes‖ SUMARIO Tomando el caso de que varios edificios, diseñados de acuerdo con los reglamentos existentes, sufrieron daños severos causados por un terremoto, ha estado surgiendo la demanda para una revisión de las características sismo resistente, de edificios existentes. Esta tesis presenta la norma de enjuiciamiento preparada, en tal situación, para los edificios existentes de concreto armado. Los principios principales básicos a considerarse en la preparación de esta norma, son los siguientes: -25- a) Aun cuando los edificios sufriesen daños irreparables ante un fuerte terremoto, lo que raramente sucede, las vidas humanas queden a salvo. b) Para poder satisfacer el objetivo que antecede, los edificios deben tener una resistencia que corresponda a la aceleración 1.0 g o que sean de más de 0.25g, en caso de la peor combinación de la relación suelo/estructura. c) En caso de una mejor combinación de la relación estructura/suelo, los límites para la resistencia y ductilidad mencionados arriba, pueden ser disminuidos adecuadamente. d) Para poder disminuir las responsabilidades de los ingenieros de turno, se adopta un sistema tamizador consistente de cuatro pasos, desde un simple primer paso hasta un cuarto paso más complicado, para componer la norma. INTRODUCCIÓN Esta tesis fue preparada considerando lo siguiente: a) La exigencia más fundamental será la de salvaguardar las vidas humanas, aún si los edificios sufriesen daños severos en un fuerte terremoto. b) Si los edificios están construidos en un sitio que no es peligroso durante un terremoto, o no. c) Si los edificios tienen resistencia horizontal suficiente como para resistir un fuerte terremoto solo debido a su resistencia, o no. d) En caso de que la resistencia no sea suficiente, si los edificios tienen una resistencia por encima de cierto límite y adecuada ductilidad, o no. e) Como límite inferior de resistencia para el caso c), se considerará 1.0 en términos de coeficiente de corte horizontal, qBO. Este valor fue adoptado en consideración a 300-350 gal de aceleración horizontal de movimiento del suelo, y de 3-3.5 como límite superior para la razón de amplificación de aceleración de movimiento del suelo para con los del los edificios. -26- f) En caso que el período fundamental de un edificio, TB, y el período natural del suelo, TS, sobre el que existe el edificio, sean conocidos, el q BO puede ser disminuido de acuerdo a la razón, TB/TS. g) El límite inferior del coeficiente de corte horizontal para el caso 3), q BO será 0.25 experimentalmente. h) Como adecuado, requerido par el caso 3), se apuntará el valor obtenido a partir de la ecuación: 2 q BO 1 q Bi q BO ........................................................... (1) coeficiente de corte horizontal Aún más, considerando la aplicación real de esta norma, se adoptó la siguiente política: i) Las edificaciones existentes de sólo placas y losas sin vigas ni columnas, las llamadas ―estructuras de placas‖, pueden ser excluidas de estos objetivos debido a que son considerados lo suficientemente fuertes. j) Para poder disminuir las responsabilidades de los ingenieros que tienen a su cargo este enjuiciamiento, se adoptó un método tal como el consistente en algunos pasos, desde un paso simple hasta un paso un tanto más complicado. 2.2 MARCO TEÓRICO 2.2.1 Características sobre Juzgamiento Estándar en Construcciones. I. Norma de enjuiciamiento Propósito de la Norma, es el de Juzgar las propiedades sismo resistentes, de edificaciones existentes de concreto armado. Criterio de la Condición del Sitio de Edificación.- En caso de que las propiedades de un sitio de edificación coincidan con las -27- siguientes condiciones, se llevará a cabo una discusión regulada, además de tratar de la estructura misma, será llevada a cabo de aquí en adelante. Derrumbe La falla de una masa de suelo ubicada debajo de un talud, es lo que se llama un derrumbe. Los derrumbes pueden ocurrir en casi todas las maneras concevibles, y con o sin aparente provocación. Usualmente los derrumbes se deben a la excavación o socavación del pie de un talud existente. Cuando las condiciones de un sitio de edificación coinciden con todas las condiciones siguientes, se juzgará la posibilidad de una falla de deslizamiento del suelo ante un terremoto: a. En caso de que el edificio esté cercano a un precipicio de 3m. de altura o más, la distancia entre el edificio encima del precipicio y el precipicio mismo es menor a la altura del precipicio, o la distancia ente el edificio debajo del precipicio y éste, es menor a dos veces su altura. b. El precipicio es artificial, con muro de retención y algunas rajaduras y/o corrimientos pueden observarse. O, es tierra tendida con una inclinación de más de 30° del plano horizontal. O, si es un precipicio cortado, sin muros de retención, y con una inclinación de más de 45° del plano horizontal. Fig. 1: Ubicación relativa entre la H > 3m L1 < H edificación precipicio. L2 < 2H -28- y el Licuefacción de suelos Como resultado de las pruebas, se trabajo a la luz la naturaleza de los siguientes factores mayores que afectan la licuefacción: a) A mayor magnitud de la tensión cíclica aplicada, menor será el número de ciclos requeridos para inducir la licuefacción. b) La magnitud de la tensión cíclica requerida para inducir la licuefacción aumenta con el incremento de la densidad inicial de la arena (fig. 2) Desviación de la tensión cíclica ausada por la licuefacción en 10 ciclos. (Kg/cm2) 4.0 3.0 2.0 1.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Presión efectiva inicial (Kg/cm2) Fig. Nº 2: Relación del número de ciclos de vibración necesaria para iniciar la licuefacción de la arena en el vacío c) Siendo los otros factores iguales a mayor presión de confinamiento, mayor tensión cíclica de corte requerida para inducir la licuefacción. d) La magnitud de las tensiones cíclicas aplicadas, requeridas para inducir la licuefacción, es aproximadamente proporcional al producto de la densidad relativa y a la presión de confinamiento de la arena. El coeficiente proporcional depende del número de repeticiones de las tensiones cíclicas. e) El período de la tensión cíclicas de corte no tiene casi efecto alguno en la licuefacción de la arena -29- De otro modo, cuando las partículas de arena son muy finas o muy gruesas, no ocurre licuefacción debido a la vibración. El rango de los grados de suelo en que el suelo puede licuarse está mostrado en la Fig. 3. Por consiguiente, el suelo cuyo valor-N es menor que el valor indicado en la Fig. 4, y cuya clasificación está dentro del rango indicado en la Fig. 3, puede licuarse cuando ocurre un terremoto con la aceleración asignada. Esta medida pone el complejo asunto de la licuefacción del suelo en una forma simple, y es útil en aplicaciones prácticas. Porcentaje de finos en peso Para suelo de grado uniforme 100 75 Muy fácilmente licuable (A) Fácilmente licuable 50 B B 25 0.01 Arcilla 0.1 1.0 10 Limo Arena Tamaño de partículas (mm.) Grava Porcentaje de finos en peso Para suelo bien graduados 100 75 Muy fácilmente licuable (A) 50 Fácilmente licuable B B 25 0.01 Arcilla Fig. Nº 3: 0.1 Limo Arena Tamaño de partículas (mm.) 1.0 10 Grava Relación entre la clasificación y la licuefacción del suelo. -30- Valor N-Crítico para licuefacción 25 (A) 20 15 10 5 (B) 100 200 300 400 500 Aceleración máxima (gal) Fig. Nº 4: Relación entre el valor-N crítico del suelo y la aceleración sísmica. Cuando las condiciones de un sitio de edificación coinciden con todas las condiciones siguientes, se juzgará la posibilidad de licuefacción del suelo ante un terremoto. a. Cuando el terreno está formado por un suelo arenoso recuperado o un suelo arenoso acumulado y cuyo nivel de agua subterránea es bastante alto. b. El edificio está soportado directamente por el suelo cuyo valorN no es mayor a 5 o soportado por pilotes de fricción o cimiento, que estén en o encima de una capa arenosa cuyo valor-N es menor a 10. II Método de Enjuiciamiento II.1 Primer enjuiciamiento.- Si un edificio tiene más razón o relación de placa, Rw, que el siguiente valor, en cada piso, el edificio se acerca a la norma. No menos de 2N cm/m2 y 5cm/m2; cuando N no es mayor a 7. -31- No menos de N + 6 cm/m2; cuando N es igual a 7 o mayor. Aquí, N: número de pisos por encima del piso bajo inspección. RW = Largo total de placas encerradas en una dirección del piso (cm) Area del piso bajo inspección (m2) II.2. Segundo enjuiciamiento.- Cuando el coeficiente de resistencia lateral en cada piso del edificio, S, que está dado por la ecuación (2), excede el qBO, el edificio se acerca a la norma. S= Qc Ri Rc Re Qw W ............... (2) Aquí: Qc = Capacidad horizontal máxima de la columna (Kg) Qw = Capacidad horizontal máxima de la placa (kg) W = Peso total de la parte del edificio, encima del piso bajo inspección. Ri = Factor de corrección de acuerdo con el cual el edificio tiene sótano, o no. Ri =1.0 sin sótano Ri = 1.2 con sótano. Rc = Factor decreciente de acuerdo al grado de los defectos estructurales realmente observados. 1.0 < Rc < 1.5 Re = Factor decreciente de acuerdo al grado de distribución desequilibrada de rigidez de los miembros verticales. 1.0 < Re < 1.5 En la que: 0.5 Ri Rc Re 1.2 En la ecuación (2), se pueden usar las siguientes ecuaciones simplificadas: Qc 51 Ac Ac Aw1 -32- Aw2 Aw3 Ac (kg ) Qw w 30 Aw1 1000 1300 20 Aw2 10 Aw3 (kg ) Aw(kg ) Aquí: Ac = Suma del área seccional horizontal de las columnas del piso (cm2) Aw1 = Suma del área seccional horizontal de placas con columnas encerrantes en ambos extremos (cm2) Aw2 = Suma del área seccional horizontal de placas sin columna encerrante en un extremo (cm2) Aw3 = Suma del área seccional horizontal de placas sin columnas encerrantes (cm2) A = Sumas de las áreas de los pisos de encima del piso (m2), donde el peso unitario de un edificio por área unitaria, w, (kg/cm2), puede ser elegido como sigue: w = 1,000 cuando el número total de pisos, N°, es igual a 1 ó 2. w = 1,100 cuando el N° es igual a 3 ó 4 w = 1,200 cuando el N° es igual a 5 ó 6 w = 1,300 cuando el N° es más de 6 Aquí, el w puede ser disminuido en 200, cuando se usa concreto con agregado de peso liviano. II.3. Tercer enjuiciamiento.- El coeficiente modificado de resistencia lateral, en cada piso de un edificio, S’, será calculado por: S’ = Ri Rc Re -33- Q' c Q' w W Q’ c será el más pequeño de los siguientes Qc1 y Qc2 de todas las columnas del piso. Resistencia a la flexión de la columna, Qc1. Qc1 = 2Mu/ho (Kg). Cuando la fuerza axial de la columna, P, no excede 0.4 bDFC Mu = 0.8 at y D + 0.5 PD 1 P bDFc (kg . cm) Cuando, P, exede 0.4 bDFc Mu = 0.8 at y D + 0.12 bD2Fc Aquí, la resistencia a la flexión de una columna puede ser calculada en forma diferente, considerando los mecanismos de rendimiento de la columna. Resistencia al corte de la columna, Qc2 Qc 2 0.043 Fc 180 2.7 3000 pw 0.1 0.56 Rho 0.12 0 0.8 bD Q’w será el más pequeño de los siguientes: Qw1 y Qw2 Resistencia a la flexión de la placa, Qw1 Qw1 = Mw/0.5 Hi El Mw puede ser calculado de forma similar que la columna. Hi = altura desde la parte superior de edificio hasta la base del piso bajo inspección. Resistencia al corte de la placa, Qw2 Qw2 = (Fc/6 + 3000 pw’) t.L Anotaciones usadas en el Tercer Enjuiciamiento: Mu = Capacidad de flexión de la columna al final (kg . cm) Mw = Capacidad de flexión del muro en la base (kg . cm) ho = Altura libre de la columna (cm) b,D = Ancho y profundidad total de la columna, respectivamente (cm) Rho = ho/D 0 = Tensión unitaria comprensiva axial de la columna (kg/cm 2) at = y= Suma de las áreas seccionales del esfuerzo tensil (cm2) Resistencia al rendimiento del esfuerzo tensil (kg/cm 2) -34- Fc = Resistencia del diseño, o resistencia real del concreto (kg/cm2) pw = Razón de refuerzo del alma de la columna pw’ = Razón del refuerzo de corte de la placa t, L = grosor y largo libre de la placa respectivamente (cm.) Enjuiciamiento 1. Cuando S’ excede q BO en cada piso el edificio cae dentro de la norma. 2. Cuando S’ está dentro de 1.0 q BO y 0.6 q BO , y si Qc2 de la columna típica excede a Qcl de la columna de cada piso, el edificio se acerca a la norma. 3. Cuando S’ está entre 0.6 q BO y 0.45 q BO , y no menos de 0.3, si el valor pw de la columna típica del piso excede al valor dado por: pw 1.2Qc1 / bD Fc / 20 0.002 1200 El edificio se acerca a la norma. Aquí: = 2, cuando ho excede 3D = 1.5, cuando ho es menor a 3D 4. Cuando S’ está entre 0.45 q BO y 0.3 q BO y no menos de 0.25, si el pw de la columna típica del piso excede el valor dado por: pw 1.2Qc1 / bD Fc / 20 0.002 1200 El edificio se acerca a la norma. Aquí: = 1, cuando ho excede 3D = 0.75, cuando ho es menor que 3D II.4. Cuarto Enjuiciamiento.- Con relación al edificio que no se acerca a la norma hasta el tercer enjuciamiento, el cuarto enjuiciamiento será hecho de modo similar que el segundo y tercer enjuiciamiento, usando los Fc, TB y Ts realmente medido. -35- III. Problemas relacionados con la norma B.R.I. Varias normas de enjuiciamiento para edificios existentes de concreto armado, similares a la Norma B.R.I, han sido propuestas. Los procesos actuales adoptados en estas normas, son diferentes entre sí, pero las perfomances sísmicas objetivas de éstas son casi comunes a todas, esto es: 1. Una norma tal como un edificio que se cae en forma frágil, tendrá una resistencia sísmica que corresponda a varias veces la aceleración que se espera de un terremoto. 2. Una norma tal como un edificio cuya resistencia sísmica no es tan grande, debe ser adecuadamente dúctil. Aunque varios problemas fueron discutidos en base a estas normas, la norma que se aplicó a las investigaciones reales, fue la norma B.R.I. Los artículos que se señalaron a partir de la excursión de estas investigaciones y las discusiones de su ingeniería son las siguientes: 1. Esta tesis es un método simplificado idóneo para escoger edificios cuya seguridad sísmica es considerada no suficiente, entre muchos edificios objeto de la investigación. Concordantemente, con relación a los edificios que fueron juzgados como inseguros, se aplicarán todos los métodos que sena más rigurosos que la tesis. 2. Los resultados juzgados por la norma B.R.I. original, están mostrados en el método de ―pasa, no pasa‖, pero los resultados dados por la norma modificada por la Oficina de Edificación y Reparación (Building & Repair Bureau) del Ministerio de Construcción y por el Instituto de Arquitectura del Japón están mostrados por ―calificaciones o grados‖. Los resultados de la investigación actual, fueron mostrados por el -36- método de ―calificación‖. Para decidir el llevar a cabo discusiones más detalladas o ejecutar trabajos de reforzamiento en los edificios, se considera que es mejor mostrar los resultados juzgados por calificación. 3. Sin embargo como se señala, a modo de problema práctico, que las calificaciones que se adoptan en las normas que anteceden son demasiado duras, parece ser mejor mostrar los resultados por medio de una expresión numérica continua. 4. Aunque el mecanismo de falla presumido teóricamente es casi del tipo de falla de vigas, el mecanismo asumido en estas normas es del tipo de falla de columnas. Esta suposición es cuestionable. 5. Varios problemas quedan irresueltos, concernientes a las placas sísmicas de corte que afectan la resistencia del edificio. 6. Quedan irresueltos algunos problemas sobre los métodos que se usen para estimar la capacidad de deformación del edificio cuya resistencia sísmica no es tan grande. IV. Aplicación real de la norma a diversos edificios: -37- -38- Esc. 1 / 100 PRIMER PISO 1 2 3 DOCTORADO EN CONSTRUCCIÓN MAG. ING. VICTOR ZELAYA JARA 4 ESCALA 1/100 FECHA 2009 PLANO DISTRIBUCIÓN PRIMERA PLANTA 5 A-01 LAMINA Figura Nº 5 -39- Esc. 1 / 100 SEGUNDO PISO DOCTORADO EN CONSTRUCCIÓN MAG. ING. VICTOR ZELAYA JARA ESCALA 1/100 FECHA 2009 PLANO DISTRIBUCIÓN SEGUNDA PLANTA A-02 LAMINA Figura Nº 6 -40- Esc. 1 / 100 TERCER PISO DOCTORADO EN CONSTRUCCIÓN MAG. ING. VICTOR ZELAYA JARA ESCALA 1/100 FECHA 2009 PLANO DISTRIBUCIÓN TERCERA PLANTA A-03 LAMINA Figura Nº 7 -41- Esc. 1 / 100 AZOTEA DOCTORADO EN CONSTRUCCIÓN MAG. ING. VICTOR ZELAYA JARA ESCALA 1/100 FECHA 2009 PLANO DISTRIBUCIÓN AZOTEA PLANTA A-04 LAMINA Figura Nº 8 -42- Esc. 1 / 100 PRIMER PISO DOCTORADO EN CONSTRUCCIÓN MAG. ING. VICTOR ZELAYA JARA ESCALA 1/100 FECHA 2009 PLANO DISTRIBUCIÓN PRIMERA PLANTA E-01 LAMINA Figura Nº 9 -43- Esc. 1 / 100 SEGUNDO PISO DOCTORADO EN CONSTRUCCIÓN MAG. ING. VICTOR ZELAYA JARA ESCALA 1/100 FECHA 2009 PLANO DISTRIBUCIÓN SEGUNDA PLANTA E-02 LAMINA Figura Nº 10 -44- Esc. 1 / 100 TERCER PISO DOCTORADO EN CONSTRUCCIÓN MAG. ING. VICTOR ZELAYA JARA ESCALA 1/100 FECHA 2009 PLANO DISTRIBUCIÓN TERCERA PLANTA E-03 LAMINA Figura Nº 11 Figura Nº 12 CORTE Esc. 1 / 100 LAMINA PLANO CORTE MAG. IN. VICTOR ZELAYA JARA DOCTORADO EN CONSTRUCCIÓN ESCALA FECHA 1/100 -40- -45- 2009 E-04 Figura Nº 13 CUADRO DE COLUMNAS Esc. 1 / 25 PLACAS CORTANTES Esc. 1 / 25 PLANO MAG. IN. VICTOR ZELAYA JARA DOCTORADO EN CONSTRUCCIÓN CUADRO DE COLUMNAS PLACAS CORTANTES ESCALA FECHA 1/100 -46- 2009 LAMINA E-05 SECCIÓN DEL EDIFICIO Este es un edificio de Oficinas, de 3 pisos, con sótano y azotea. Tiene 4 espacios uniformes en la dirección x y 2 espacios en dirección de Y. Concreto: La resistencia de diseño del concreto ordinario es: F´c = 180 Kg/cm2 Acero de construcción: SD 30 (más de D16) SR24 ( , 13 ) Tabla Nº 1 PRIMER ENJUICIAMIENTO Store Requiered Direction 3 2 1 Ratio Wall Rw Actual Result X 5 (cm/cm2) 16.25 O.K. y 5 2.07 OUT X 5 16.25 O.K. Y 5 2.07 OUT X 6 16.93 O.K. Y 6 1.04 OUT Tabla Nº 2 SEGUNDO ENJUICIAMIENTO Story Direct. Ac X103 cm Aw1 Aw2 Aw3 X103 cm2 X103 cm2 X103 cm2 Ac A Qw Qc (t) (t) W SB Result (t) 2 3 Y 35.0 7.05 0 0 0.832 320.66 211.50 303.0 1.76 O.K 2 Y 36.25 7.05 0 0 0.837 332.99 211.50 568.7 0.96 No * 1 Y 36.25 2.82 0 0 0.928 349.42 84.6 838.1 0.52 No * No, significa que el edificio no tiene suficiente performancia sísmica. -47- Tabla Nº 3 3 22.1 6.04 8.84 21.9 16.40 0.25 7.39 5.34 15.21 23.5 17.60 0.25 7.39 267 0.604 0.884 1)2)3) 4) 15.21 3000Pw o 0.043( Fc 180) 0.56Rho 0.12 Min (Q1, Q2) 5.34 Q1(t) 267 2.7 3) 0.1 Q2 (t) 2) ho D Shear Strength 1) Pw % Flexure Strength Mu (t-m) 15.1 A2 – A4 A5 Kg/cm2 At cm2 Axial Force N(t) A1 Rho= 0 ho cm Column Story TERCER ENJUICIAMIENTO 5) 4) x 5) n Qc 4.98 12.97 25.9 16.40 1 16.40 W 12 4.98 13.25 26.5 17.60 3 52.80 W 18 20.1 8.04 267 5.34 15.21 23.1 17.30 0.25 7.39 0.804 4.98 13.17 26.3 17.30 1 17.30 B1 20.4 8.16 267 5.34 11.40 18.6 13.93 0.25 7.39 0.816 4.98 13.19 26.4 X 0 0 B2- 28.5 11.4 267 5.34 11.40 20.4 15.28 0.25 7.39 1.14 4.98 15.28 2 30.56 B5 19.8 7.92 267 5.34 11.40 18.4 13.78 0.25 7.39 0.792 4.98 13.16 26.3 13.78 1 13.78 C1 19.0 9.5 328.7 8.22 10.44 13.6 8.28 0.25 7.39 0.950 3.28 11.62 18.6 X 0 0 C2- 17.4 8.7 328.7 8.22 10.44 13.3 8.09 0.25 7.39 0.870 3.28 8.09 2 16.18 10.5 5.25 328.7 8.22 10.44 12.1 7.36 0.25 7.39 0.525 3.28 B4 C4 C5 13.51 11.54 11.20 27.0 18.5 17.9 7.36 1 154=11 -48- Qw Qw1 Qw2 (t) (t) (t) 106.6 106.4 171.3 119.9 106.4 119.9 7.36 154.38 226.3 Flexure Strength 5.4 15.21 25.1 18.6 0.25 7.39 1.164 4.92 13.47 26.9 18.6 1 18.6 W 12 80.18 106.6 80.18 270 5.4 15.21 28.1 20.8 0.25 7.39 1.748 4.92 14.06 28.1 20.8 3 62.4 W 18 92.37 171.3 92.37 A5 39.5 15.80 270 5.4 15.21 27.3 20.2 0.25 7.39 1.580 4.92 13.89 27.8 20.2 1 20.2 B1 38.0 13.82 270 4.91 11.40 24.7 18.3 0.25 7.39 1.382 5.39 14.16 31.2 X 0 0 B2- 54.6 19.85 270 4.91 11.40 28.4 21.0 0.25 7.39 1.985 5.39 14.77 32.5 21.0 2 42.0 B5 37.9 13.78 270 4.91 11.40 24.6 18.2 0.25 7.39 1.378 5.39 14.16 31.2 18.2 1 18.2 C1 31.6 15.80 300 7.5 10.44 15.8 10.5 0.25 7.39 1.580 3.58 12.55 20.1 X 0 0 C2- 31.9 15.95 300 7.5 10.44 15.9 10.6 0.25 7.39 1.595 3.58 12.57 20.1 10.6 2 21.2 21.5 10.75 300 7.5 10.44 14.1 9.4 0.25 7.39 1.075 3.58 12.05 19.3 9.4 1 9.4 11 192.0 Pw % Q1(t) At cm2 ho cm 3000Pw 0.1 o 0.043( Fc 180) 0.56Rho 0.12 1)2)3) 4) 270 17.48 2.7 Min (Q1, Q2) 11.64 43.7 ho D 3) Q2 (t) 29.1 A2 Kg/cm 2 1) 2) Shear Strength Axial Force N(t) A1 Rho= 0 Mu (t-m) Column Story Tabla Nº 4 5) 4) x 5) n Qc Qw1 Qw2 (t) (t) Qw (t) – A4 2 B4 C4 C5 -49- 172.55 Flexure Strength 5.7 15.21 28.06 19.69 0.53 10.77 1.736 4.67 17.18 34.36 19.69 1 19.69 285 5.7 15.21 32.25 22.63 0.53 10.77 2.620 4.67 18.06 36.12 22.63 3 67.89 A5 59.4 23.76 285 5.7 15.21 31.14 21.85 0.53 10.77 2.376 4.67 17.82 35.64 21.85 1 21.85 B1 56.0 20.36 285 5.18 26.61 48.79 34.24 0.80 13.22 2.036 5.12 20.38 44.84 X 0 0 B2- 80.8 29.38 285 5.18 26.61 53.72 37.70 0.80 13.22 2.938 5.12 21.28 46.82 37.70 3 113.10 B5 56.6 20.58 285 5.18 26.61 48.91 34.32 0.80 13.22 2.058 5.12 20.40 44.88 34.32 1 34.32 C1 44.5 22.25 310 7.75 10.44 17.82 11.50 0.25 7.39 2.225 3.47 13.09 20.94 X 0 0 C2- 46.0 23.00 310 7.75 10.44 18.05 11.65 0.25 7.39 2.300 3.47 13.16 21.06 11.65 3 34.95 32.4 16.20 310 7.75 10.44 15.91 10.26 0.25 7.39 1.620 3.47 12.48 20.00 10.26 1 10.26 13 302.06 Pw % Q1(t) At cm2 ho cm 3000Pw 0.1 o 0.043( Fc 180) 0.56Rho 0.12 1)2)3) 4) 285 26.2 2.7 3) Min (Q1, Q2) 17.36 65.5 1) 2) Q2 (t) 43.4 A2 Kg/cm 2 ho D Shear Strength Axial Force N(t) A1 Rho= 0 Mu (t-m) Column Story Tabla Nº 5 5) 4) x 5) n Qc W 12 Qw Qw1 Qw2 (t) (t) (t) 63.46 106.6 63.46 – A4 1 B4 C4 C5 -50- 63.46 Tabla Nº 6 Qc Store Qw S’BO W 3 154.38 226.3 303.0 1.256 2 192.0 172.55 568.7 0.641 1 302.06 63.46 838.1 0.436 Pw (%) Requiered Design OK Q1 < Q 2 0.00355 0.0053 OK OK APLICACIÓN REAL DE LA NORMA A UN EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO 1er Juzgamiento A) 3er Piso Dirección X (Longitud de Muros) 500-25-25 160-25 Eje A: 2 (450) + 3 (135) = 1,305 Eje B: 450 + 370 = 820 Eje C: 2 (450) + 2 (135) + 330 + 60= 1,560 3,685 cm *Sólo considerar la placa, sin incluir las columnas es decir desde las caras. Las distancias que aparecen en el plano adjunto son a los ejes. Ejm. C1 (50 x 50) C1 (50 x 50) 4.50 5.00 -51- Lmuro = 500-25-25 = 450 Dirección Y Eje 1: 280-25-20 = 235 Eje 3: 280-25-20 = 235 470 cms Area de Piso: 21.6 x 10.5 = 226.8 m2 La razón de placas Rw en cada dirección será longitud muro en centímetros Rw = Area de Piso en Metros cuadrados X: Rw = 3,685cm 226.8m 2 16.25cm / m 2 Y: Rw = 470cm 226.8m 2 2.07cm / m 2 Para verificar si es correcto comparamos con el valor: Lo 2N = 2(1) = 2 < 5 Lo = 5 cm/m2 N = Número de pisos por encima del analizado. 16.25 > 5 OK 2.07 < 5 OUT NO PASA! B) 2do Piso Es idéntico al 3er piso, no requiere cálculo. C) 1er Piso Dirección X (Longitud de Muros) Eje A: 2 (450) + 3 (135) = 1,305 Eje B: 2 (450) + 60 = 960 Eje C: 2 (450) + 135 +2 (270)= 1,575 3,840 cm Dirección Y Eje 1: 280-25-20 = 235 cm Area de Piso: 21.6 x 10.5 = 226.8 cm2 -52- X: Rw = 3840 16.93cm / m 2 226.8 X: Rw = 235 1.04cm / m 2 226.5 Para verificar: 2º piso, 3º piso y azotea = 3 = N Lo 2N = 2(3) = 6 > 5 usamos 6 cm/m2 Lo = 6 cm/m2 16.93 > 6 OK 1.04 < 6 OUT NO PASA! Con los datos calculados podemos elaborar el siguiente cuadro: Piso X Rel. Requerimiento 5cm/m2 Y 5cm/m2 2.07 OUT X 5cm/m2 16.25 OK Y 5cm/m2 2.07 OUT X 6cm/m2 16.93 OK Y 6cm/m2 1.04 OUT Dirección Actual Resultado 16.25 Ok 3 2 1 Como existen valores que no han cumplido con los requerimientos del 1er juzgamiento, entonces sólo con esos valores (en nuestro caso los valores en la dirección y) entramos al 2do Juzgamiento. 2do Juzgamiento 3er Piso Dirección Y Ac 5 500 500(ejeA) 5 500 500 ( EjeB) 5 500 400( EjeC) Ac 35,000cm 2 (Sumatoria del área de la sección horizontal de columnas) -53- (280-25-20) Aw1 235 12 ( Eje 1) 235 18 (eje 3) Aw1 7050 cm 2 (Sumatoria del área de la sección de muros con columnas encerrantes en ambos extremos) Aw 2 (Sumatoria del área de la sección de muros con columnas 0 encerrantes en un lado) Aw3 (Sumatoria del área de la sección de muros sin columnas 0 encerrantes en un lado) 35000cm 2 35000 cm 2 7,050 cm 2 Ac Ac Aw1 Aw2 Aw3 42,050 cm Ac Qc 51 Qc 51 Qc 320,659.9 Kg Qw 30 Ac Aw1 Aw3 Aw3 35,000 cm 2 35,000cm 2 w = 48.1 + 254.3 0 0 2 Ac( Kg ) (35,000 cm 2 ) 5 1 0.832 35,000 320,659 Kg 320,66 TN Aw1 20 Qw 30(7050cm 2 ) 7050cm 2 Aw2 10 211,500 Kg Aw3 ( Kc) 211.5 Ton. 303.0 Ton. Pent house = 48.1 Ton 303 Ton. Roff = 254.3 Ton 3 = 265.7 Ton ------ 568.7 Ton. 2 = 269.4 Ton ------ 838.1 Ton. -54- 0 0 0.8323424 0.832 Ac A En la formula de Resistencia lateral de piso Qc Ri Rc Re SB = Qw W Donde: Ri = 1.2 (Con sótano) Rc = 1.00 (Por los defectos observados) Rc = 1.2 (Por la distribución desequilibrada de las rigideces). En la fórmula: SB 1.2 320.66 211.50 1.756 1.0 1.2 303.0 S B 1.756 1.76 OK 2do Piso Dirección Y Ac 5 500 500 5 500 550 5 500 400 36,250 Aw1 7050 cm 2 Aw2 0 Aw3 0 Ac A 36,250 36,250 7050 Qc 51 Qw 30(7050) W 48.7 0.837 36,250 36,250 36,250 7050 332,989 332.99 Ton. 211,500 211.5 Ton. 254.3 265.7) 568.7 Ton. En la fórmula SB 1.2 332.99 211.5 1.1 1.2 568.7 0.957 0.96 -55- NO PASA ! 1er Piso Dirección Y Ac 5 500 500 5 500 550 5 500 400 36,250 cm2 Aw1 (2.80 0.25 0.20) 12 2,820 cm 2 Aw2 0 Aw3 0 Ac A 36,250 36,250 2,820 0.928 Qw 5(1 0.928)(36,250) 349,417 349,42 Ton. Qw 30(2820) 84,600 84.6 Ton. w 48.7 254.3 265.7 269.4 SB 1 349.42 84.6 838.1 838.1 Ton NO PASA! 0.5178 0.52 Finalmente podemos hacer el cuadro Direc. Piso Ac Aw1 Aw2 Aw3 Ac A Qc Qw (t) 0.832 SB Result (t) N (t) 320.66 211.50 303.0 1.76 O.K 3 Y X103 cm2 35.0 2 Y 36.25 7.05 0 0 0.837 332.99 211.50 568.7 0.96 NO 1 Y 36.25 2.82 0 0 0.928 343.42 84.6 838.1 0.52 NO X 103 cm2 7.05 X 10 X10 0 0 3 3 3er Juzgamiento Se establecen aquí los cálculos para el cuadro adjunto. a) La Nomenclatura que se usa en los planos de Piso es: - W12 = Placa de espesor 12 centímetros. - 3G6 - A-1= columna en la intersección del eje A y 1 - S1 = Sección de losa (techo) = Viga del tercer Piso número 6 b) Cálculo de N (Fuerza axial en toneladas) Para el cálculo de este valor se utilizan las tablas 7, 8, 9 y10 -56- Ejemplo: Para el 3er Piso A-1 -0.42 x 1.5 x (2.5 + 3.85) =4.0 Ton. i) Donde 0.42 t/m2 es el peso unitario del parapeto en la azotea de 12cm de espesor (Tabla Nº 10). ii) 1.5 – la altura del murete. iii) (2.5 + 3.85) – longitud del muro que viene a ser la zona de influencia del metrado. - 0.80 x 2.5 x 3.85 = 7.7 TN 1 2 B Parapeto 7.70 A 3.85 2.50 Parapeto 5.00 Donde: i) 0.80 t/m2 – Carga x m2 de la losa + las vigas que se encuentran en esa área. (Tabla Nº 8) ii) 2.5 – Distancia en el eje Y iii) 3.85 – Instancia en el eje X - 0.39 x 2.70 x 2.25 = 2.4 TN - 0.39 x 1.40 x 3.60 = 2.0 -57- Donde: i) 0.39 T/m2 – Peso x m2 del muro (Tabla Nº 10) ii) 2.70 x 2.25 – altura x longitud iii) 1.40 x 3.60 – altura x longitud - 0.72 x 3.28 = 2.4 Ton. Donde: i) 0.72 T/m – Peso x m.l. de la columna A-1-(50 x 50) Tabla Nº 9 ii) 3.28 – Altura de la columna 2.4 Ton 2.0 Ton 2.4 Ton 6.8 Ton Solo incide la mitad 6.8 ÷ 2 = 3.4 Ton en el piso 3 la otra mitad se considera para la carga axial del 2do Piso. Finalmente sumando: Carga del muro azotea ---------- 4.0 Ton. Carga de la losa + Viga --------- 7.7 Ton. Carga de la mitad columna ------ 3.4 Ton. 15.1 Ton. Parapeto Losa Muro Columna Para el metrado de N se toma la influencia desde la mitad de cada nivel -58- Tabla Nº 7 CARGA AXIAL (N) SOBRE CADA COLUMNA EN TONELADAS Tipo Nivel N (TN) Metrado de Cargas Parapeto Piso de losa vigas 0.39 x 2.70 x 2.25 0.39 x 1.40 x 3.60 0.72 x 3.28 = 4.0 = 7.7 = 2.4 = 2.0 = 2.4 0.75 x 2.5 x 3.85 = 7.2 0.39 x 2.70 x 2.25 0.39 x 1.40 x 3.60 0.72 X 3.28 = 2.4 = 2.0 = 2.4 0.75 x 2.5 x 3.85 = 7.2 Placa Placa Col. 0.39 x 2.85 x 2.25 0.39 x 1.65 x 3.60 0.72 x 3.48 = 2.5 = 2.3 = 2.5 (1) (3) 0.15 x 2.5 x 3.85 0.42 x 1.5 x 5.00 0.80 x 3.85 x 5.0 0.39 x 2.70 x 4.5 0.72 x 3.28 0.75 x 3.85 x 5.0 = 1.2 = 3.1 = 15.4 = 4.8 = 2.4 = 14.4 (2) IDEM Placa Placa Col. 3 Losa + vigas (3) Placa Placa Col. A-1 2 Losa + vigas (2) 1 A-2 (1) (3) c) Cálculo de 0 0.42 x 1.50 x (2.50 + 3.85) 0.80 x 2.50 x 3.85 0.15 x 3.85 x 5.0 0.39 x 2.85 x 4.50 0.72 x 3.48 0.75 x 3.85 x 5.0 0.39 x 2.85 x 4.50 0.72 x 3.48 = 14.4 = 5.0 = 2.5 = 14.4 = 5.0 = 2.5 N ( Kg ) b D Donde: 3.4 3.4 15.1 6.8 3.4 3.4 29.1 7.3 3.7 3.6 7.2 3.6 3.6 7.2 3.6 3.6 7.5 3.8 3.7 4+ 7.7 3.4 15.1+ 3.4 7.2 3.4 43.4 29.1 3.4 7.2 3.7 22.1 3.1+ 15.4 3.6 43.7 65.5 22.1+ 3.6 14.4 3.6 43.7+ 3.6 14.4 3.8 (Tensión Unitaria comprensiva axial de la columna en Kg/cm2) 0 6.8 N = Fuerza Axial en kilogramos b = Ancho de columna D = Peralte de columna -59- Ejemplo: 3er Piso A1 0 = N b D 15.1 10 3 50 50 15,100 2,500 6.04Kg / cm 2 d) Cálculo del ho (Altura libre de la columna en cms) Ejemplo 3er Piso - A1 Debemos observar el Plano de Corte de Elementos Estructurales Eje A y B ho = 3.37 – 0.70 ho = 2.67 m ho = 267 cm Eje C ho = 3.687 – 0.40 = 3.287 m = 328.7 cm e) Cálculo de Rho (Relación entre altura efectiva y el peralte de la columna = Rho = ho D Ejemplo: A1: Rho = 267cm 50cm 5.34 A1, A2, A3, A4, A5 C1, C2, C3, C4, C5 50 = D b = 50 40 = D b = 50 f) Cálculo de at (suma de áreas seccionales de refuerzo tensil en kg/cm2 Para el cálculo de at utilizaremos la tabla de áreas de acero y perímetros buscamos el valor que corresponde a los fierros del eje X. -60- Ejemplo: 3er Piso, A-1 8 - 22 + 2-19 Es decir 8 fierros número 22 50 Más 2 fierros número 19 50 X Se observa el eje X tenemos 4 -22 , luego vemos en la tabla de áreas At = 15.21 cm2 g) Cálculo de Mu (Capacidad de Flexión de la columna en Kg/cm2) i) Si P < 0.4bDFc Mu = 0-8 at y ii) Si P > 0.4bDFc Mu = 0.8 at yy D +0.5PD 1 P bDFc D+0.12bD2Fc Para el ejemplo: P = 15.1 TN = N 0.4bDFc = 0.4 x 50cm x 50cm x 180 kg/cm2 =180,000 = 180 Ton. Fc – Resistencia real del concreto en Kg/cm2 Usamos Fc= 180 Kg/cm2 (Dato) 15.1 < 180 Estamos en el primer caso Mu = 0.8 at y D + 0.5 ND 1 N bDFc (3-A1) Mu = 0.8 x 15.21 x 3000 x 50 + 0.5 x 15,100 x 50 1 = 21.9 TN-M Fy = Resistencia al Rendimiento del refuerzo tensil (SD30) y = 3,000 Kg/cm2 (Dato) -61- 15,100 50 50 180 h) Cálculo de Q1 (resistencia a la flexión de la columna) Q1 = 2Mu (Toneladas) ho Ejemplo: 3er Piso – (A-1): Q1 = 2 21.9 Ton. m. 2.67 m 16.4 Ton. i) Cálculo de Pw (es la relación entre el área del acero de estribaje con la sección se anota en el cuadro en porcentaje). Pw aw b S a w = Área de refuerzo transversal Donde: b = Ancho de la columna S = Espaciamiento de los estribos Ejemplo: Pw = aw = HP2-9 aw =2–9 b = 50 cm S = 10 (también indica en el plano 100mm @) aw b S 1.27 50 10 En el plano del corte del elemento estructural = 1.27 (en la tabla de áreas de acero) 0.00254 0.25% j) Cálculo de Q2 (Resistencia al corte de la Columna) Para calcular Q2 previamente se han calculado 3 valores que no son otra cosa que las partes componentes de la Ecuación total. Q2 = 0.043( Fc 180) 2.7 3000 pw 0.56 Rho 0.12 -62- 0.1 o 0.8b D Para nuestro ejemplo: 2) 2.7 3000 p w 1) 2.7 3000 0.0025 0.043 ( Fc 180) 0.56 Rho 0.12 3) 0.1 0.043 180 180 0.56 5.34 0.12 7.39 4.97685 4.98 Kg/cm2 0.1 6.04 0.604 Kg/cm2 o (1)( 2 )( 3) 12.97 Luego en Q2: Q2 = 12.97 x 0.8 x 50 x 50 = 25.940 kg. = 25.9 Ton. k) Cálculo de Qc Qc sea el más pequeño de Q1 y Q2 16.4 Ton. (Ejemplo) Y n será el número de columnas Qc Qmínimo x n Ejemplo 3-A1 Qc = 16.4 x 1 = 16.4 Ton. La Qc será la suma de todos los valores de esta columna Ejemplo Qc 154.38 l) Cálculo de Qw1 (Esfuerzo de flexión del muro en toneladas). + 0.4 aw + 0.5 N 1 Mw = 0.9 at y Donde: = que limitan el muro analizado. wy N bFc --------------- ( ) Promedio de la sumatoria de áreas de acero de las columnas at y = SD30 = 3000 kg/cm2 = longitud del muro incluye las columnas. Aw = area de acero total vertical en el muro wy = 3,000 Kg/cm2 N = Suma de las cargas axiales sobre las columnas que limitan el muro. -63- Mw Fórmula General 0.5Hi Qw1 Hi = Altura desde la parte superior del edificio hasta la base del piso bajo inspección. Ejemplo W12: Para la placa w12 (de 12 cms de espesor) que se encuentra entre las columnas B-1 y C-1 i) at 6 22 2 19 (4 22 4 19 ) 2 B 1 C 1 at 22.81 5.67 15.21 11.34 2 at 27.52 cm 2 27.52 cm 2 ii) = 235 + 40 + 50 = 325 cms = 325 cms iii) aw ' 1 S at1 W12 1) A) .40 C1 40 1-9 50 ’=2.35 ’=2.35 =3.25 cm 1-9 50 B) .50 @ 200 mm 20 cm @ 250 mm 25 cm 50 B1 Donde: ' = longitud de muro sin incluir columna = 235 cm S = espaciamiento de acero vertical @ 20 cm at1 = área de acero vertical (1-9 ) = 0.64 cm2 -64- 235 1 20 aw 12.75 aw 0.64 8.32cm 2 13 varillas de acero 8.32 cm 2 una sola malla iv) N = NB-1 + Nc-1 = 20.4 Ton + 19.0 Ton = 39.4 Ton N = 39.4 Ton = 39,400 Kg En la fórmula ( ) M w12 0.9 27.52 3000 325 0.4 8.32 3000 325 0.5 39,400 325 1 24’148,800 3’244,800 + + M w12 = 33’712,867.5 Kg-cm M w12 337.1286 Ton-m M w12 337.13 Ton-m Cálculo de Hi Hi = 2.65 + 3.687 = 6.337 m (ver plano de corte de estructura) En la fórmula General: Qw1 Qw1 Qw1 Para W 18 : Qw1 Mw 0.5 Hi 337.13 Ton m 0.5 6.337 m 106.4 Ton 106.4 Ton 119.9 Ton se calcula en forma similar -65- 39,400 50 325 180 6’319,267.5 m) Cálculo de Qw2 (Resistencia a corte del muro en TN) Fc 6 Qw 2 Donde: 3000 P' w t P’w = Razón del refuerzo de corte de muro t = grosor del muro = largo libre del muro Para el ejemplo Muro w12: P' w aw t S Qw2 180 3000 0.0026 6 Qw2 0.64 12 20 0.00260 0.26% 12 235 106,596 Kg 106.60 Ton Para W 18: Qw2 171.3 Ton se calcula en forma similar Finalmente se toma el menor de Qw1 y Q w2 Qw 106.40 TN w12 119.9 w18 226.3 TN Para W 18: De la tabla tomamos los otros valores de Qw1 , Q w2 para el muro del w18 , 18 centímetros de espesor. VERIFICACIÓN Para verificar el criterio del juzgamiento. S' B Ri Rc Re Q' c Qw w Valores calculados en el segundo juzgamiento. S' B 1.2 154.38 226.3 1.256 1.0 1.2 303 S' B 1.256 (ok) -66- ORIENTACIONES, PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL En la dirección longitudinal (vertical) la fuerza sísmica es sustentada por el pórtico de las columnas y vigas. En la dirección transversal (horizontal) 2/3 la fuerza sísmica, es sustentada por las paredes y 1/3 por los pórticos. A) UNIDADES DE ESFUERZOS PERMISIBLES DE LOS MATERIALES MATERIAL PARA PESO PERMANENTE Barra acero SR24 Concreto Fc = 180 Tensión del Suelo PARA PESO TEMPORAL Compresión Tensión Comprensión Tensión 1600 1600 2400 2400 60 120 2 10.0 T/M 20.0 T/M 2 Cargas y Fuerzas Externas La cláusula 2 de la sección 8 (cálculo estructural) del Reglamento y Normas de la Construcción del Ministerio de la Construcción de Japón en su artículo 83 dice ―las cargas y fuerzas externas que se debe considerar que actúan en los edificios son: (1) Carga muerta (2) Carga viva (3) Carga nieva (4) Presión del viento (5) Fuerza sísmica B) PESO MUERTO DEL PISO Partes del Edificio Cuarto Peso unitario 2 Kg/M Tramo S1 Mortero terminado Concreto Canaleta del agua de lluvia Losa Techo -67- 30mm 60 60 84 10 120/170 15 366 15 Total Carga para el cálculo 2 (kg/m ) 540 540 S2 S1 Oficina S2 Baño S3 Mortero terminado Concreto Canaleta del agua de lluvia Losa Techo Mortero y teja Losa 120/170 Techo Mortero y teja Losa Techo Mortero y teja Concreto Canaleta de agua para lluvia 30mm 60 60 84 10 120 15 288 15 60 366 15 60 288 15 60 84 30 153 30 120 30 60 10 20 120 Losa Techo 15 40 288 15 462 460 441 440 363 360 502 500 Ejemplo: Peso Muerto de vigas 2.8m 300 x 400 50 1.40= 2 .8 2 50 300 x 600 5.25m 300 x 750 10.50 m 3.85 = 7.7 2 7.70m 2.50 2.50 5.00 m -68- 2.4 T/M3 x 0.3M x (0.6 – 0.12)M x (5-0.5)M = 0.48 1.55 Ton 4.5 2.4 x 0.3M x (0.75 – 0.15) x (3.85-0.25) = 0.60 1.56 Ton 3.6 2.4 x 0.3M x (0.40 – 0.12) x (1.40-0.25) = 0.23 Ton 0.28 3.34 Ton 1.15 A = 5.00 X 5.25 = 26.2 M2 W= 3.34T = 0.128 T/M2 26.2 m2 0.13 Ton/m2 C) CARGAS DE PISO G = Carga muerta G + P = Carga sustentada para el cálculo P = Carga viva (T/M2) Tabla Nº 8 : Cargas Producidas por la Losa Partes del Edificio Tramo Nomenclatura S1 G P Cuarto S2 S1 Oficina S2 Baño S3 Para cálculo de Losas 0.54 Para cálculo de fuerza sísmica 0.67 0.06 0.73 0.46 0.67 0.13 0.80 0.59 0.18 0.64 0.13 0.72 0.06 0.65 0.18 0.72 G P G P G P G P G P G P G P G P G P Para cálculo de marcos de columnas y vigas 0.59 0.44 0.57 0.57 0.30 0.74 0.18 0.75 0.08 0.65 0.36 0.49 0.49 0.30 0.66 0.18 0.67 0.08 0.57 0.50 0.63 0.63 0.18 0.68 0.13 0.76 0.06 0.69 * Se puede verificar en la sección 8, cláusula 2. Artículo 85 Peso vivo de almacenaje de sótano 400 Kg/m2 para las losas y 500 kg/m2 -69- Para el cálculo de los cimientos. La carga para el cálculo de marcos y fuerza sísmica, que incluye carga de viga es 130 kg/m2. D) PESO MUERTO DE COLUMNAS Y MUROS TABLA Nº 9: Carga producida por la columna Columnas Cm x cm Concreto Terminado Total (T/M) Penthouse 2.4 x 0.4 x 0.4 = 0.38 Mortero 30 mm 0.48 (40 x 40) Grupo A 0.10 2.4 x 0.5 x 0.5 = 0.60 0.12 0.72 2.4 x 0.5 x 0.55 = 0.66 0.13 0.79 2.4 x 0.5 x 0.4 = 0.48 0.11 0.59 50 x 50 Grupo B 50 x 55 Grupo C 50 x 40 MURO Espesor (cm) Tabla Nº 10: Carga Producida por los Muros Concreto Terminado Total (T/M2) Azotea Mortero 12 0.29 0.10 0.39 0.42 15 0.36 0.10 0.46 0.35 18 0.43 0.10 0.53 25 0.60 0.06 0.66 -70- 1) Muro de bloque de concreto 2) Parapeto 2 Espesor 16cm Bloque Terminado 230 kg/m 2 120 Kg/m 2 2 350 k/m = 0.35 Ton/m Espesor 12cm Concreto Terminado 290 kg/m2 130 Kg/m2 420 k/m2 = 0.42 Ton/m2 3) Faja de Fierro ajuste de canaleta ---------------------- = 0.04 T/m2 4) Peso de nieve Caída de nieve 30cm Peso unitario 2 kg/cm/m2 ------------------------------- = 0.06 T/m2 5) Fuerza sísmica Coeficiente sísmico de último duplex y chimenea 0.30 Coeficiente sísmico de las partes más importantes 0.20 6) Equipamiento Tanque elevado --- 2.0 T. 7) Carga viva en el sótano Para el cálculo de losa 500 Kg/m2 Para el cálculo de cimentación 400 kg/m2 8) Chimenea Concreto 288 kg/m2 x 2.8 = 800 Kg/m 190 kg/m2 x 2.5 = 480 Kg/m Ladrillo 1280 kg/m -71- 1.3 T/M V. Descripción de las investigaciones sobre edificaciones existentes en el Japón Diversas investigaciones sobre los edificios existentes de concreto armado en el Japón, fueron llevadas a cabo dentro de los últimos 5 años, para poder juzgar su comportamiento sísmico. Los siguientes son ejemplos de algunos de ellos: 1. Los 436 edificios de oficinas gubernamentales existentes en las afueras de las ciudades y alrededor del distrito de Kanto, fueron investigados en 1970 y 1971, por la Oficina de Edificación y Reparación (B.R.I.) del Ministerio de Construcción. Sus resultados fueron mostrados por medio de las calificaciones desarrolladas por el B.R.B. en base a la norma B.R.I. 2. 253 edificios privados fueron investigados en los últimos años por la Taisei Construction Company, y sus resultados fueron mostrados por medio de las clasificaciones B.R.B. 3. Los 29 edificios de concreto pre-tensado fueron investigados en 1975 por el Comité de Concreto de Tensado del Instituto de Arquitectura del Japón (A.I.J.). Las clasificaciones B.R.B. fueron utilizados para mostrar sus resultados. 4. 101 edificios escolares del distrito de Hokkaido fueron investigados en 1975 por el profesor T. Arakawa, de la Universidad Industrial Muroran. Las clasificaciones A.I.J. fueron usadas para mostrar sus resultados. Las descripciones de las clasificaciones B.R.B., de la A.I.J. y los supuestos comportamientos sísmicos correspondientes a cada clasificación, están mostrados en la tabla 4.1, 4.2, y 4.3, respectivamente. Más aún, la descripción de los resultados juzgados de las cuatro investigaciones mencionadas arriba también están mostradas en términos de distribución de frecuencia en las -72- figuras 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 respectivamente. En las figuras 4.1 y 4.2 se muestra la nota más baja de los resultados en direcciones de los caballetes y de espacio de un edificio, están mostrados como un solo resultado, pero en la figura 4.2 se cuentan juntas dos clasificaciones en las dos direcciones de un edificio. Es más, en el caso de edificios escolares, los resultados de la dirección de caballetes y de la de espacio, están mostrados separadamente en la figura 4.4 ya que las razones (ratios) de muros de los edificios escolares ordinarios en ambas direcciones son diferentes los unos de los otros. Los siguientes se señalan, de esta cifra: 1. Aún cuando casi todos los edificios de concreto armado son diseñados mediante el uso de coeficientes de corte del diseño casi iguales los unos a los otros, el supuesto coeficiente de corte de rendimiento de los edificios investigados son bastante diferentes entre sí. Esto al parecer es causado por el uso de diseños de tensiones permisibles y por la diferencia de las razones de los muros de contención. 2. Sin embargo, para decirlo en forma general, las distribuciones de frecuencia de los cuatro resultados juzgados son casi similares entre sí, y las razones (ratios) de los edificios son clasificados III o IV en total, son bastantes pequeños en todos los casos. 3. En el caso del edificio escolar, los resultados juzgados de las direcciones de espacios en los que existen muchos muros de corte sísmico, ordinariamente son mejores que los de las direcciones de caballetes. -73- 4. Aun cuando no esté mostrado en las figuras, los edificios cuyos resultados juzgados no son buenos, usualmente no contienen tantos muros de corte y también ricos refuerzos de rejillas en sus columnas. Sin embargo, como la norma A.I.J. relacionada fue revisada en 1971, como para aumentar el reforzamiento de rejillas en las columnas y vigas, los edificios diseñados por la norma revisada satisfacerán el requerimiento al grado superior de la norma de enjuiciamiento. En la referencia 12, La idoneidad de la norma de enjuiciamiento A.I.J. fue descrita mediante el uso de los resultados investigados en los edificios existentes del distrito de Tohoku, que sufrieron el terremoto de Tokachi-Oki em 1968 la figura 4.5 muestra resultados. En esta figura, cada letra representa un edificio. A partir de esta figura se pueden comprender los siguientes puntos: 1. Los edificios cuyos coeficientes calculados de corte de rendimientos S B, son muchos más de 0.6, no fueron dañados o lo fueron muy ligeramente. 2. Por el contrario, los edificios con un S B, más pequeño o menor de 0.6 fueron dañados o destruidos. Otra investigación similar a la que antecede, fue llevada a cabo por el B.R.I. sobre los edificios que sufrieron el terremoto Ohita de 1975 y se reportaron las siguientes conclusiones. -74- TABLA 4.1 Clasificación según el B.R.B. GRADO I II III IV CONDICIÓN CONCLUSIÓN a) S B ó S B, > 1.0 Suficientemente fuerte b) 1.0 > S B, > 0.6 y Q 2 > Q1 Bastante fuerte y poco dúctil a) 1.0 > S B, > 0.6 y Q 2 < Q1 Fuerte b) 0.6 > S B, > 0.4 y Q 2 > Q1 Dúctil a) 0.6 > S B, > 0.4 y Q 2 < Q1 Frágil y un poco fuerte b) 0.4 > S B, > 0.2 y Q 2 > Q1 Muy poca resistencia Distinto a lo que antecede Frágil y muy poca resistencia Aquí: SB = Coeficiente de corte de rendimiento calculado a groso modo. S’B = Valor revisado de SB Q 2 = Capacidad cortante de las columnas Q1 = Capacidad de flexión de las columnas. TABLA 4.2 Clasificación según la A.I.J. GRADO I II CONDICIÓN CONCLUSIÓN a) S B ó S’B > 1.0 Suficientemente fuerte b) 1.0 > S’B > 0.6 y Q 2 > Q1 Bastante fuerte y poco dúctil a) 1.0 > S’B > 0.6 y Q 2 < Q1 Pw1 Fuerte Dúctil b) 0.6 > S’B > 0.45 y Pw > III IV a) 0.6 > S’B > 0.4 y Pw < Pw1 Frágil y muy poco fuerte b) 0.45 > S’B > 0.3 y Pw > Pw2 Muy poca resistencia Distinto a lo antecede Frágil y muy poca resistencia Aquí: SB, S’B, Q 2 , Q1 : igual a lo que antecede, respectivamente -75- Pw = Razón de reforzamiento de rejilla realmente usado en las columnas. Pw1, Pw2 = Razón requerida de reforzamiento de rejilla en las columnas, aquí: Pw2 > Pw1 TABLA 4.3 Supuesto comportamiento sísmico correspondiente a cada grado. Rango I: Los edificios que pertenecen a este rango son considerados lo suficientemente fuertes como para no sufrir daños severos ante un fuerte terremoto. Rango II: Los edificios que pertenecen a este rango son considerados como que tienen una resistencia bastante alta, o que son dúctiles en adición a su resistencia considerablemente alta. De modo que, los daños a estos edificios ante un fuerte terremoto, estarán limitados a daños muy ligeros. Rango III: Como las resistencia de estos edificios no son tan altas, posiblemente sufrirán daños medianamente severos. Si estos edificios alojan varias personas, o si se considera que van a ser usados para propósitos importantes, deben ser investigados en mayor detalle. Rango IV: Como las resistencias de estos edificios no son suficientes se considera que es difícil que estos edificios puedan salir bien librados de daños severos ante un terremoto, por lo tanto, sus características resistentes a terremotos deberán ser mejoradas, aumentando sus Muros Cortantes. -76- por ejemplo 80 295 Frecuencia 80 Edificios 60 60 40 344 40 88 114 38 20 15 0 7 0 I II III IV I II Grados 81 80 13 IV Fig. 4.2 Resultados investigados de 253 Edificios de Oficinas Particulares 80 12 III Grados Fig. 4.1 Resultados investigados de 436 Edificios de Oficinas Gubernamentales 60 41 20 BLDGS Stan Direction 13 BLDGS 60 Ridge Direction 40 40 3 20 12 19 20 1 3 1 0 1 0 0 I II III IV I II III IV Grados Grados Fig. 4.4 Resultados investigados de 101 Edificios escolares Fig. 4.3 Resultados investigados de 29 Edificios de concreto pre-tensado -77- C-2 Fig. 4.5 Relación entre los valores SB calculados y los grados reales de daños. 2.2.2 Incidencia en la Construcción de Concreto Armado El conocimiento actual del concreto armado adquirido por la acumulación de 150 años de experiencia de emprendedores osados y de los trabajos de investigadores meticulosos, abarca la totalidad del medio científico y técnico, del material a la obra, lo que se entiende como un buen dominio del cambio en la escala de lo microscópico a lo macroscópico. También se puede decir que el cambio de linear a no linear fue realizado: el cálculo elastoplástico así como los teoremas del análisis límite tiene su lugar dentro de los reglamentos de cálculo en vigor. En ese contexto, aportar una contribución original, útil y significativa a un material tan desarrollado parecería un proyecto en vano. 5 Sin embargo debemos constatar que existe un cúmulo de resultados y de información sobre el concreto armado usual, tales como los desarrollados por los diseñadores del inicio del siglo XX, los progresos realizados en la producción industrial del concreto y 5 Fattoum Carchi, Maurice Arnaud, Michel Lorrain, USTHB, Departamento de Ingeniería Civil de Alger (2001) -78- del acero de refuerzo no fueron acompañados hasta hoy de una extensión correspondiente al saber en cuanto al comportamiento del "concreto nuevo" reforzado con el "acero nuevo". Ahora bien el recurso de la extrapolación sin justificación no constituye una respuesta satisfactoria al dominio del compuesto en el sentido del "alto rendimiento". Este término, en sí mismo, reúne un conjunto de propiedades y de cualidades en constante extensión, en la medida de la expectativa y de los medios de investigación. Resultaría satisfactorio mencionar lo que ha sido la primera calidad mejorada: la resistencia mecánica. Existe la necesidad de investigar para comenzar a constituir, considerando el concreto armado de alto rendimiento, el mismo patrimonio del saber y del hacer del acumulado desde hace 150 años para el concreto armado, que calificamos desde ahora "ordinario", sin darle a este término ninguna connotación despectiva. Los trabajos sobre la adherencia concreta AR- acero AR, la capacidad de fijación, las consecuencias del nuevo rendimiento sobre el desarrollo de las fisuras fueron evidentemente las primeras investigaciones propuestas. El comportamiento mecánico de las vigas y de las losas fueron examinados seguidamente gracias a ensayos apropiados. Esta investigación se habrá enfocado en el aspecto conceptual del material, luego su aplicación en los principales elementos de las estructuras tendrá como objetivo implícito la formulación de recomendaciones para el uso de diseñadores y constructores, para que ellos tengan los medios para ejercer su arte satisfactoriamente y dentro de los lineamientos de las reglas del mismo nombre. Enfoque Teórico Actualmente el cálculo práctico de las vigas y de las losas se apoya prácticamente sobre el mismo concepto. Por comodidad y -79- a título de ejemplo sólo se razonará sobre las vigas. La búsqueda de las dimensiones a ser atribuidas al encofrado y al acero de refuerzo de una sección recta de viga solicitada en flexión, consiste en resolver el problema planteado a continuación con la ayuda de las ecuaciones formuladas con la notación vigente de las reglas BAEL 91: Función actuante < Función resistente Min [As + Asc ] Esta condición puede ser escrita de una manera más detallada, algebraicamente y a equilibrio límite, como sigue: (1) Conviene observar que la distribución de las tensiones que interviene en los segundos miembros de las dos ecuaciones mostradas está condicionada por las condiciones de los estados límites a considerar. Es necesario añadir a estas ecuaciones en términos de tensiones las frecuentes limitaciones de deformación de los elementos de una estructura, señalado bajo la forma de un desplazamiento limitado por un valor reglamentario. El sistema (1) apunta, conocido el encofrado, a determinar la cantidad de refuerzo. La segunda condición, señalada en desplazamiento, atañe esencialmente al encofrado y en una pequeña medida al refuerzo. Un uso, usualmente efectuado del sistema (1), conduce al estado límite reglamentado de la resistencia del material, para utilizar el refuerzo al máximo de su capacidad, es decir, Como resultado se obtiene que las fuerzas normales parciales AS S y Asc c condicionen directamente las cantidades As y Asc de refuerzo. -80- Dado el encofrado, una vez repartidas las solicitaciones de cada componente, acero y concreto, de la sección, la ecuación del tipo: conduce a una perspectiva atrayente de reducción en la cantidad de refuerzo proporcionalmente al aumento del límite de elasticidad del acero que la constituye. Este razonamiento y la conclusión ventajosa a la cual esto conduce no pueden ser generalizados: ya que la optimización de una sección recta no puede ser considerada sin buscar la mejor distribución de los esfuerzos entre el acero y el concreto, lo que excluye establecer Ns a priori, ya que S será algunas veces limitado y por consecuencia reducido en relación a su valor máximo por condiciones como la de controlar la figuración. ya que el cálculo basado en esfuerzos para un encofrado dado deja al margen la pregunta de la rigidez del elemento de la estructura mucha veces determinante en condiciones del servicio, ya que el desempeño de una estructura, localmente y en su conjunto, no debe ser de tipo frágil en una situación de catástrofe. La búsqueda de lo óptimo será entonces considerada sobre bases más amplias, asociando «la calidad y la cantidad» de los dos materiales para obtener una respuesta satisfactoria desde todos los puntos de vista, en tensiones, en desplazamientos, en deformaciones y en comportamiento. Las posibilidades actuales de la computación permiten considerar que este problema de optimización puede ser tratado con las técnicas de búsqueda operacional. Sin esperar los resultados, serán utilizados modelos -81- numéricos de las vigas y de las losas para explorar, en algunos casos particulares, el campo del dimensionado en flexión y examinar la naturaleza de la respuesta a la pregunta que se plantea a continuación: ¿qué tipo de acero para qué tipo de concreto? Resultados de simulaciones.-Para apreciar la influencia de las características mecánicas del acero y del concreto sobre el comportamiento de elementos de estructuras de concreto armado, podemos variar, hasta la saciedad, los parámetros relativos a la cantidad y la calidad de los materiales que lo constituyen, gracias a simulaciones numéricas justificadas. Han sido seleccionados algunos resultados relativos a vigas y a losas los cuales serán presentados a continuación a título de ejemplo. - El caso de las vigas.- Los gráficos 1, 2 y 3 representan las variaciones de las flechas centrales contra cargas aplicadas sobre vigas solicitadas en flexión pura, mostrando los efectos separados o combinados de las propiedades de los materiales constituyentes, para dimensiones constantes o variables. a) Valores constantes Gráfico 1. Influencia de la resistencia mecánica del concreto -82- Gráfico 2. Influencia del límite de elástico del acero Gráfico 3. Influencia de la naturaleza del concreto armado Los gráficos anteriores muestran que el compuesto resulta mejorado desde el momento que sus componentes también lo son: con razón el proyectista puede estar tentado a disminuir las cantidades cuando la calidad aumente. -83- b) Valores variables Gráfico 4. Influencia de la cantidad y calidad del refuerzo Las conclusiones a sacar son matizadas y deben en adelante ser tomadas en cuenta dentro de una reflexión más amplia considerando la pregunta planteada al principio pero reformulada de la siguiente manera: ¿cuál concreto y cuál acero para hacer qué?. El caso de las losas Una herramienta de simulación de los autores fue puesto como contribución para el estudio de una serie de losas imaginarias con un concreto de 100 MPa de resistencia con acero cuyos límites de elasticidad varían entre 550 y 1400 MPa. Las variaciones carga contra flecha obtenidas están consignadas en el gráfico 5. -84- Gráfico 5. Influencia del límite elástico del refuerzo ( fc 100 MPa ) Se puede observar que las curvas están estrictamente confundidas hasta el nivel de carga correspondiente a la deformación plástica del acero menos resistente. A primera vista todas las curvas se deducen las unas con las otras por una especie de homotecia que respeta la jerarquía de los límites de elasticidad. A segunda vista, un comportamiento inesperado se manifiesta: la curva envolvente está señalada por una inflexión muy nítida situada hacia la carga de 3500 hPa, valor que pudiera ser asociado a un acero cuyo límite de elasticidad sería 750 MPa aproximadamente. Con el fin de que este resultado sea directamente explotado en términos de la calidad del acero, se graficó sobre la figura 6 las variaciones de la carga de formación del mecanismo elasto-plástico de las losas en función del límite de elasticidad del acero asociado. El fenómeno antes descrito se puede observar aquí con más nitidez. El máximo de rendimiento (zona de eficacia óptima del aumento de fe) es obtenido de una gama de aceros cuyo límite de elasticidad se sitúa en un intervalo de 750 a 1200 MPa con variación casi linear. El gráfico 6 lo muestra claramente por la discontinuidad de primera especie la derivada de la función fe = -85- g(p). Como fuera de estas indicaciones la relación comportamiento / costo no es óptima, la pregunta ¿«qué tipo de acero para qué tipo de concreto»? es pertinente y tiene una respuesta. Gráfico 6. Variaciones de la carga de formación del mecanismo élasto-plástico de la losa en función del límite de elasticidad del acero asociado 2.2.3 Estructura en edificios de concreto armado diseñados para baja ductilidad. Para explicar mejor las implicaciones que tienen la tipología y el diseño de las estructuras en la respuesta global de las mismas, se estudian tres edificios con características diferentes. Los dos primeros edificios, uno con vigas planas y el otro con forjados reticulares, se pueden clasificar como edificios de ductilidad limitada, puesto que se proyectan con factores de reducción bajos y se espera que su respuesta no lineal muestre un valor de ductilidad estructural reducido. El tercero es aporticado y con vigas de canto y sus valores de ductilidad se ubican entre -86- intermedios y altos. A continuación se describen las formas estructurales de los tres edificios.6 2.2.3.1 Edificio con forjados reticulares El edificio de concreto armado con forjados reticulares tiene nervios orientados según las líneas que unen los extremos de las columnas. El edificio tiene tres niveles, el primero con una altura de 4,5 m, mayor que la del resto de los niveles, que tienen 3,0 m. Esta configuración corresponde al caso usual de los edificios que se proyectan para albergar locales comerciales en la planta baja. Tiene cuatro vanos en la dirección paralela al eje x y tres en la dirección paralela al eje y. Algunas columnas están desviadas 1,0 m en dirección x e y, tal como puede verse en la Figura 14. Este hecho se ha previsto para estudiar el efecto de las columnas que no forman líneas resistentes. Como consecuencia se tiene el inconveniente de no poder definir como unidad estructural básica los pórticos. En la Figura 14 siguiente se muestra un pórtico equivalente del edificio con forjados reticulares. El sistema de forjados es de tipo bidireccional, con nervios ortogonales entre sí. El canto total de los forjados es de 30 cm. 6 Barbat, A. H., Oller, S. y Vielma, J.C. (2007). Confinamiento y ductilidad de los edificios de hormigón armado. -87- Figura Nº 14 -88- Figura Nº 15 -89- Figura Nº 16 -90- Figura Nº 17 Figuras Nº 14,15, 16 y 17 Plantas típicas de los cuatro edificios analizados (igual en todos los nivele) y alzados con dimensiones de las secciones transversales -91- El predimensionamiento de las columnas y forjados se ha efectuado aplicando inicialmente sólo las cargas de gravedad distribuidas sobre los forjados, considerando la simplificación de áreas contribuyentes. De esta forma, las cargas puntuales se distribuyen a las columnas, evitando que las mismas superen el criterio preestablecido del 30% de la resistencia del área bruta del concreto. 2.2.3.2 Edificio con vigas planas La tipología seleccionada para este segundo ejemplo es la de un edificio aporticado formado por columnas y vigas planas, con un sistemas de forjados unidireccionales que se apoyan sobre estas últimas (véase la Figura Nº 15). Las vigas planas se utilizan tanto en la dirección que recibe las viguetas del forjado unidireccional como en la dirección de arriostramiento. El edificio tiene dimensiones en planta similares a las del edificio con forjados reticulares, pero las columnas se han alineado con lo que se definen líneas resistentes de pórticos ortogonales entre sí, tal como se observa. Se mantienen las consideraciones de planta baja flexible por su mayor altura, con el resto de los niveles conservando la misma altura y los mismos números de vanos en ambas direcciones. En la Figura Nº 15 se muestra el alzado típico de uno de los pórticos que forman este edificio. 2.2.3.3 Edificio de pórticos resistentes a momentos El edificio tiene características geométricas similares a las del edifico de vigas planas (apartado 2.1) cuya planta se muestra en la Figura Nº 16 para el caso en el que el edificio ha sido proyectado conforme a la instrucción española EHE. La diferencia entre el edificio con pórticos resistentes -92- a momentos y los edificios con vigas planas, se encuentra en que las vigas están posicionadas de canto, con la dimensión mayor orientada verticalmente. El sistema de forjado es del tipo unidireccional. Los criterios de predimensionamiento se mantienen. Se añade el criterio de obtener las dimensiones a partir del predimensionamiento sísmico, incrementando únicamente las dimensiones de las columnas para proyectar la estructura de acuerdo con el criterio de columna fuerte y viga débil. La planta del edificio es regular, cuenta con ejes bien definidos y alineados, formando pórticos resistentes en las direcciones x e y, tal como se muestra en la Figura Nº 16. En esta misma figura, se muestra un alzado de un pórtico típico del edificio. Finalmente en la Figura Nº 17, se muestran la planta y el alzado del edificio aporticado, proyectado según el ACI318. Efectuando el análisis modal previsto en la norma NCSE-02 (Barbat et al. 2005), se han determinado las fuerzas sísmicas de cálculo a aplicar en los nudos de los pórticos del edificio. Para ello se utiliza el espectro inelástico de diseño que puede verse en la Figura Nº 18, con una aceleración básica de diseño de 0,25g, que se calcula de manera simplificada reduciendo el espectro de diseño elástico por un factor correspondiente a la ductilidad y al amortiguamiento. Dicho espectro inelástico es el mismo que se utiliza en el cálculo de las fuerzas sísmicas del edificio con forjados reticulares. Posteriormente, se calculan las fuerzas sísmicas máximas probables mediante la aplicación del método de la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados (SRSS). -93- Figura Nº 18: Espectro inelástico obtenido de acuerdo con la norma NCSE-02 2.2.3.4 Comparación de la respuesta no lineal de los tres tipos de edificios Una vez obtenidos los resultados del análisis no lineal de los edificios, es provechoso destacar los aspectos generales que caracterizan la respuesta de cada tipología estructural. Para ello se han representado gráficamente las respuestas de los mencionados edificios en la Figura Nº 19, en la que puede observarse que los cuatro alcanzan un cortante basal superior al de diseño. El edificio con pórticos resistentes a momentos diseñado para un nivel alto de ductilidad (conforme al ACI-318) exhibe la mayor sobrerresistencia del grupo (RR= 2,03), sensiblemente mayor que en el caso del edificio con pórticos resistentes a momento diseñado para ductilidad intermedia (conforme a norma EHE) cuya sobrerresistencia es RR= 1,88 . También los edificios de ductilidad limitada muestran valores de sobrerresistencia adecuados, sin embargo es notable la diferencia del valor alcanzado por el edificio de forjados reticulares (RR= 1,94) y el aporticado con vigas planas (RR= -94- 1,94). Esto indica que los cuatro edificios satisfacen este objetivo inicial del diseño sismorresistente, consistente en que la resistencia lateral sea al menos igual a la resistencia lateral reducida (resistencia lateral de diseño). En cuanto a la ductilidad, resulta interesante comparar las curvas de capacidad de los edificios con similar tipología estructural (pórticos resistentes a momentos), pero proyectados conforme a dos factores de reducción diferentes. En ambos casos se aprecia una respuesta dúctil ( edificio de ductilidad intermedia y para el para el edificio de ductilidad alta), siendo su capacidad dúctil varias veces superior a la de los edificios con vigas planas o con forjados reticulares ( y , respectivamente). En resumen, los edificios aporticados con vigas de canto son los únicos capaces de garantizar el comportamiento dúctil considerado en el diseño y tener, al mismo tiempo, una sobrerresistencia satisfactoria. Figura 19. Comparación de la respuesta no lineal de los cuatro edificios analizados -95- 2.2.3.5 Mejoras del comportamiento sísmico de los edificios con ductilidad limitada Al observar los resultados de la respuesta no lineal de los edificios de ductilidad limitada, cabe preguntarse si es posible que respuestas, adecuándolas el proyectista manteniendo a los pueda la valores mejorar tipología mínimos dichas escogida, de ductilidad prescritas en la norma sismorresistente NCSE-02. En este apartado se estudian las posibles alternativas para mejorar el comportamiento sísmico de los edificios con forjados reticulares y con vigas planas efectuando el análisis estático no lineal aplicando elementos finitos y se comparando las respuestas obtenidas con la obtenida para el caso de los edificios con vigas de canto. 2.2.3.6 Mejoras del comportamiento del edificio con forjados reticulares Para tratar de mejorar la respuesta de este edificio se aplican dos alternativas: la primera consiste en utilizar un acero con límite elástico menor; la segunda consiste en utilizar una estructura en la que en el sistema de forjados reticulares se introducen vigas de canto de dimensiones b=30 cm y h=50 cm que arriostran la estructura según líneas resistentes que unen la parte superior de las columnas. Dichas vigas cumplirán la función de resistir parte de los momentos y de limitar los desplazamientos de la estructura. Con el propósito de estudiar la influencia del tipo de acero sobre la respuesta no lineal de los edificios con forjados reticulares, se han calculado sus respuestas no lineales para el caso de que dichos edificios armados con aceros dúctiles (SD), recomendables cuyas para características el diseño de los hacen estructuras sismorresistentes según la instrucción EHE y la normas europeas EC-2 (CEN, 2001) y EC-8 (CEN, 2003) Tabla Nº -96- 11. Además se estudia la respuesta de los edificios en el caso de que éstos estuviesen proyectados con aceros no dúctiles (S). En ambos casos se estudia la respuesta para tensiones de plastificación del acero de 400 y 500. En la Figura Nº 20, se pueden observar estos resultados, mostrando que los pórticos armados con aceros dúctiles tienen una respuesta ligeramente más dúctil que en los casos en los que la armadura es de acero no dúctil. Es evidente que la respuesta global del edificio está dominada, en mayor medida, por la configuración general y la tipología estructural escogida que por las características de los materiales. Tabla 11. Características de los aceros recomendados para el diseño dúctil de estructuras de concreto armado Figura Nº 20. Curva de capacidad del edificio con forjados reticulares, armados con aceros de diferentes ductualidad -97- En cuanto a la alternativa de edificio con vigas de arriostramiento de canto, la curva de capacidad muestra un rasgo común al de los edificios aporticados convencionales. Dicho rasgo es el de tener una mayor rigidez inicial, proporcionada por las vigas de canto. Sin embargo, la acción conjunta del forjado y de las vigas de arriostramiento hace que la estructura disponga de una considerable sobrerresistencia, es decir, que disponga de un coeficiente de cortante basal que prácticamente triplica el coeficiente de cortante basal correspondiente a las fuerzas sísmicas de diseño. (Figura Nº 21) Figura Nº 21. Curva de capacidad del edificio con forjados reticulares, con vigas de arriostramiento de canto 2.2.3.7 Mejoras del comportamiento del edificio con forjados reticulares Una de las posibilidades consideradas para mejorar el comportamiento del edificio con vigas planas es la de reducir la tensión de plastificación del acero, escogiendo la correspondiente al acero tipo B 400 SD. La otra variante consiste en la mejora del confinamiento, incrementando la resistencia del concreto de las secciones confinadas. -98- Finalmente, se considera en el diseño del edificio un factor de reducción R= 4 propio de los edificios de ductilidad intermedia, lo que se adecua a la norma EC-8. En la Figura Nº 22 siguiente se muestra la curva de capacidad correspondiente a una ductilidad curva de capacidad para conjuntamente con la . Puede observarse que, a grandes rasgos, la respuesta muestra mayor ductilidad estructural que en el caso del diseño del edificio con un nivel de ductilidad bajo. Sin embargo el valor de esta ductilidad no alcanza el valor del factor de reducción de respuesta previsto en la norma NCSE-02. Por tanto, si bien la respuesta del edificio es más dúctil, esta ductilidad no satisface los requisitos de diseño. Tal como era de esperar, la curva de capacidad de esta estructura muestra una mayor sobrerresistencia global del edificio que en el caso correspondiente al edificio con ductilidad limitada. Figura Nº 22. Curva de capacidad del pórtico exterior del edificio con vigas planas, proyectado para ductilidad de 4 Es importante resaltar el caso de la respuesta no lineal del edificio con vigas planas, dado que es posible que dichas estructuras se proyecten como estructuras de ductilidad -99- media (entre 2 y 4), puesto que en el EC-8 existen restricciones en cuanto a la forma de las secciones de las vigas únicamente en el caso de las estructuras de ductilidad alta. La curva de capacidad obtenida (Figura Nº 22) permite establecer que, a pesar de que el edificio se proyecta para un valor de ductilidad de 4, la respuesta no llega a alcanzar el valor de la ductilidad que se espera. En este caso el valor alcanzado es de 3,12. En la 0 se muestra el tratamiento que se da a los tres tipos de estructuras analizados en este trabajo en las normas NCSE-02 y EC-8. Se puede observar el caso de las estructuras porticadas con vigas planas, que no se recomiendan en la norma española NCSE-02 para ductilidad alta y que, sin embargo, son permitidas en la norma EC-8 para valores de ductilidad medios, pero con ciertas restricciones sobre el ancho de las vigas. También se estudió el comportamiento del edificio con vigas planas para casos de armado con aceros con ductilidad diferente (tipo SD y tipo S) y con diferente tensión de plastificación (400 y 500). De nuevo, es posible observar que la capacidad dúctil del edificio es condicionada de forma decisiva por las características del tipo estructural escogido y que es menos sensible al tipo de acero utilizado (Figura Nº 23) -100- Figura Nº 23. Curva de capacidad del pórtico exterior del edificio con vigas planas armado con aceros de diferente ductilidad y tensión de plastificación Finalmente, y con el objetivo de comparar los resultados obtenidos al armar el edificio aporticado con vigas de canto, con diferentes calidades de acero, se muestran juntas las curvas de capacidad de todos los casos véase la Figura siguiente. Figura Nº 24. Curva de capacidad del pórtico exterior del edificio con vigas de canto armados con aceros de diferente ductilidad y tensión de plastificación -101- Tabla Nº 12. Comparación entre los tipos de estructuras que se pueden utilizar para proyectar edificios en zonas sísmicas 2.3 MARCO CONCEPTUAL Bomba Volcánica: Fragmento de roca piroclástica que se enfría en el aire. Ceniza volcánica: Sedimento volcánico de fragmentos de roca, usualmente vidrio, con un diámetro menor de 4 milímetros que se forma al escaparse gases durante una erupción volcánica. Coda: Ondas sísmicas que se registran después de la llegada de la onda S y de las ondas superficiales. Cráter: Depresión circular abrupta formada por la expulsión de material volcánico o por impacto de meteoritos. Deriva Continental: Desplazamiento relativo horizontal o rotacional de un continente con respecto a otro. Enjambre sísmico: Secuencia sísmica caracterizada por una serie de pequeños y medianos temblores sin que exista un temblor principal. -102- Epicentro: El punto sobre la superficie de la Tierra directamente arriba del foco o hipocentro de un temblor. Esparcimiento del Fondo Marino: Mecanismo por el cual nueva corteza del fondo marino es creada en zonas de divergencia separando placas tectónicas adyacentes. Falla tectónica: Fractura en el interior de la corteza terrestres a lo largo de la cual existe un desplazamiento relativo. Foco o Hipocentro: Lugar dentro de la Tierra donde se origina un sismo. Intensidad: Medida de los efectos causados por un sismo en algún punto en particular. La escala más común es la de Mercallí Modificada (MM), la cual tiene doce grados; el grado I corresponde a eventos registrados sólo por instrumentos de alta sensibilidad, mientras que el grado XII corresponde a destrucción total. Lahar: Mezcla de ceniza volcánica no consolidada, de polvo, de pequeñas rocas y de agua de lluvia o de un lago, desplazada por un flujo de lava. Lava: Magma o roca derretida que ha alcanzado la superficie. Litósfera: La parte rígida externa que envuelve a la Tierra y que contiene la corteza, continentes y placas tectónicas. Magma: Roca que se forma por enfriamiento de roca derretida de origen volcánico. Magnitud: Medida del tamaño de un temblor y de la energía liberada. Se determina tomando el logaritmo de base 10 de la amplitud más grande observada en un sismograma ya sea para la onda P u ondas superficiales y aplicando una corrección estándar debido a la distancia entre la estación que registra el temblor y el epicentro. (Escala de Richter) mb: Magnitud de un temblor basada en la amplitud de las ondas de cuerpo registradas. MD: Magnitud de un temblor basada en su duración medida en un sismograma. La duración de un temblor se considera como el intervalo de tiempo medido a partir de la llegada de la onda P hasta donde la amplitud de la señal registrada no excede algún valor previamente determinado. -103- Ms: Magnitud de un temblor basada en la amplitud de las ondas superficiales. Magnitud Basada en la Duración: Tipo de magnitud la cual se basa en la duración de las ondas sísmicas. En la práctica, la duración sísmica se considera como el intervalo de tiempo medido a partir de la llegada de la onda P hasta donde la amplitud de la señal no excede algún valor previamente determinado. Onda P: Onda de cuerpo compresional o longitudinal generada por un sismo. El movimiento de las partículas del medio que atraviesa la onda es en el sentido de propagación, causando compresión y rarefacción. Es la onda que viaja más rápido, su velocidad varía entre 6 y 14 km/seg. y su período entre 0.1 y 2 segundos. Onda S: Onda de cuerpo transversal o de cizalla. El movimiento de las partículas del medio que atraviesa la onda es perpendicular a la dirección de propagación. Es más lenta que la onda P por un factor cercano a 3. Su período es usualmente dos veces mayor que el de la onda P. Ondas de Cuerpo: Ondas que se propagan en el interior de un medio continuo a diferencia de las ondas superficiales las cuales se propagan en la superficie. Ondas Superficiales (Love y Raleigh): Ondas que se propagan por la ' superficie terrestre, generadas por interferencia de ondas S polarizadas horizontalmente (LOVE), o de ondas P y S polarizadas horizontalmente (RALEIGH). Sus velocidades van de aproximadamente 2.5 a 4.5 km/seg. para la onda Love y de 1.0 a 4 km/seg. para la onda Raleigh. Son ondas de períodos largos. Placa Tectónica: Segmento de la litósfera que internamente es rígido y que se mueve independientemente encontrándose con otras placas en zonas de convergencia y separándose en zonas de divergencia. Roca Piroclástica: Roca formada por la acumulación de fragmentos de roca volcánica. Sismicidad: La distribución local de temblores en espacio y en tiempo a nivel mundial. Término general para el número de temblores en unidad de tiempo. -104- Sismología: Ciencia que estudia los temblores, las ondas sísmicas y su propagación dentro de la Tierra. Sismógrafo: Instrumento que detecta y registra los movimientos del suelo, generalmente con información del tiempo. Sismograma: El registro de los movimientos del suelo por el sismógrafo. Suelo: Acumulación en la superficie de la Tierra de arena, arcilla y polvo excluyendo fragmentos relativamente grandes de rocas. Temblor: Movimiento violento en el interior de la Tierra causado por el paso de ondas sísmicas radiadas desde una falla a lo largo de la cual ocurre un movimiento repentino. Teoría de las Placas Tectónicas: Teoría que estudia la formación de las placas tectónicas, su movimiento, su interacción y destrucción. Mediante esta teoría se intenta explicar la sismicidad, el vulcanismo, la creación de montañas y otras observaciones geológicas y geofísicas. Tiempo de Origen Sísmico: Momento en que se inicia la ruptura que causa un sismo. Tremor Volcánico: Señal sísmica generada por actividad volcánica. Trinchera: Fosa profunda, angosta y larga en el fondo marino a partir de la cual una placa tectónica empieza su deslizamiento hacia abajo dentro de una zona de subducción. Tsunami: Onda marina de gran tamaño y destructiva causada por movimientos del fondo marino debido a un temblor. Volcán: Abertura a través de la corteza por la cual el magma alcanza la superficie. Zona de Convergencia: Zona en la cual las placas tectónicas chocan produciendo el fenómeno de subducción y destrucción de corteza. También es el sitio donde se concentra la mayoría del vulcanismo, los temblores y montañas en una determinada región. Zona de Divergencia: Zona en la cual las placas tectónicas se separan y nueva corteza y litóstera es creada. Sitio de temblores y vulcanismo. Zonas de Subducción: Zona en la cual placas tectónicas descienden a partir de una trinchera marina. Esta región es de alta sismicidad. -105- 2.4 FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS 2.4.1 Hipótesis Principal HP: La implementación de un estudio sobre juzgamiento estándar para propiedades sismo resistentes en edificios de concreto armado, incidirá en una menor reducción de su deterioro ocasionado por movimientos sísmicos en la ciudad de Lima. 2.4.2 Hipótesis Específicas H1: La adecuada aplicación de las normas sobre juzgamiento estándar para propiedades sismo resistentes, contribuye a una mejor funcionalidad en la construcción de edificios de concreto armado. H2: En la medida que exista un mayor uso de métodos sobre juzgamientos estándar para propiedades sismo resistente, mejor será la elaboración del diseño sobre una mejor estructura en la construcción de edificios de concreto armado. H.3: El uso del factor resistencia sobre juzgamiento estándar para propiedades sismo resistentes, influye en forma efectiva para brindar una mayor seguridad en la construcción de edificios de concreto armado. 2.5 VARIABLES E INDICADORES DE LA INVESTIGACIÓN 2.5.1 Variable Independiente (VI) - Juzgamiento Estándar 2.5.2 Variable Dependiente (VD) - Edificios de Concreto Armado Existentes -106- 2.5.3 Operacionalizacion de Variables VARIABLES INDICADORES - Normas Juzgamiento Estándar (VI) - Métodos - Resistencia Edificios de Concreto (VD) - Funcionalidad Armado Existentes - Estructura - Seguridad -107- CAPITULO III 3. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1 TIPO Y NIVEL 3.1.1 Tipo de Investigación La presente investigación es de carácter descriptivo, explicativo debido a que su propósito fue el de implementar un estudio sobre juzgamientos estándar para las propiedades sismo resistentes de los edificios de concreto armado existentes a fin de ser tomado en cuenta en las construcciones de edificios y viviendas a nivel de Lima Metropolitana. 3.1. 2 Nivel de Investigación Conforme a los propósitos y naturaleza del estudio esta reunió las condiciones para ser considerada como una investigación que se ubica en el nivel ―Descriptivo – Explicativo‖ en razón que tiene como finalidad fundamental aplicar los conocimientos materia del estudio. 3.2 MÉTODO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 3.2.1 Métodos de la Investigación El presente trabajo de investigación, por su naturaleza consideró utilizar los siguientes métodos: a) Descriptivo-Explicativo.- Determinó el análisis de los estudios sobre juzgamiento estándar en la implementación de construcción de edificios en Lima. -108- b) Analítico-Sintético.- Los diferentes aspectos que constituyeron el estudio, fueron analizados ampliamente mediante sus correspondientes variables, los mismos que nos permitirán llegar a conclusiones valiosas para contrastar las hipótesis de trabajo, obteniéndose al mismo tiempo conclusiones sintetizadas. 3.2.2 Diseño de Investigación La investigación por la naturaleza de las variables, fue complementada con el diseño de una investigación por objetivos, conforme al siguiente esquema: OG OE 1 CP 1 OE 2 CP 2 OE 3 CP 3 CF = HG Donde: OG = Objetivo General OE = Objetivos Específicos CP = Conclusión Parcial CF = Conclusión Final HG = Hipótesis General 3.3 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS 3.3.1 Técnicas de Organización y Recolección de información Las técnicas que se utilizaron en la investigación fueron las siguientes: a) Técnicas para recolectar información - Observaciones directas - Encuestas - Archivos -109- b) Técnicas para el procesamiento y análisis de datos. - Cuadros - Diagramas - Gráficos diversos c) Contrastación y validación de hipótesis Se efectuó mediante la comparación de indicadores entre el método propuesto y el tradicional. Esta comparación se desarrollará en los modelos de contrastación que tendrán relación con las hipótesis. De tal forma que la obtención contrastable de los resultados de la investigación se dio como resumen de la incidencia del nivel de la aplicación de normas estándares existentes sobre propiedades sismo resistentes en edificios de concreto armado existentes. d) Validación o asentamiento de la hipótesis La validación de la hipótesis se realizó utilizando el método de carácter descriptivo y experimental, información teórica y de actualidad. -110- CAPITULO IV 4. PRESENTACIÓN Y ANALISIS DE LOS RESULTADOS 4.1 PRINCIPIOS DE PROPIEDADES EN EDIFICIOS DE CONCRETO ESTRUCTURAL PARA ZONAS SÍSMICAS Durante tiempos históricos se tiene conocimiento de terremotos que han ocasionado destrucción en ciudades y poblados de todos los continentes de la tierra. Un elevado porcentaje de los centenares de miles de víctimas cobradas por los sismos, se debe al derrumbe de construcciones hechas por el hombre; el fenómeno sismo se ha ido transformando así en una amenaza de importancia creciente en la medida en que las áreas urbanas han crecido y se han hecho más densas. Las soluciones constructivas más duraderas han sido aquellas capaces de resistir las acciones externas y del uso; entre las acciones externas, en vastas extensiones de nuestro planeta, deben incluirse las acciones sísmicas. 7 Hasta hace poco, las soluciones adoptadas para resistir las acciones sísmicas se desarrollaron esencialmente analizando los efectos de los terremotos en las construcciones, sin el apoyo teórico de causas y características de los sismos, ni de información cuantitativa sobre la naturaleza de los movimientos del terreno. Un ejemplo de adaptación progresiva a las sacudidas telúricas, lo constituye las edificaciones de la segunda capital de Guatemala, hoy mejor conocida como Antigua. Algunas de sus edificaciones, monumentos en la actualidad, han resistido con daños moderados las acciones de los sismos en una de las zonas más activas de Centro América, durante varios siglos; las soluciones constructivas, con muros de 4 y 5 m de grosor, bóvedas de 60 cm. de espesor, contrafuertes, columnas de esbeltez reducida, etc., fue el resultado de un proceso de prueba y error durante los siglos XVI, XVII y parte del XVIII. 7 Barbat, A. H., Oller, S. y Vielma, J.C. (2005). Cálculo y diseño sismorresistente de edificios. -111- La incorporación y desarrollo de la Resistencia de Materiales en el proyecto de las edificaciones facilitó la predicción cuantitativa del estado de tensiones en las construcciones. De igual modo la aplicación de procedimientos de análisis y la incorporación del acero en la construcción, incrementaron sensiblemente la seguridad en las edificaciones. mediados del presente siglo, los problemas específicos de la Ingeniería Sísmica progresivamente dejan de ser resueltos en base a observaciones y comienza a desarrollarse una disciplina fundamentada sobre bases científicas, con un cuerpo organizado de conocimientos, programas de investigación para entender ciertos problemas no resueltos y una fértil interacción entre ciencias básicas de un lado (geofísica, sismología), y la experiencia de ingenieros proyectistas y constructores por el otro. Capacidad de predicción La idea prevalente sobre el vocablo predicción es el de un pronunciamiento determinístico sobre un evento futuro de naturaleza no determinística tal como la magnitud, sitio, día y hora de un futuro sismo. Una revisión sobre este aspecto y sus implicaciones de prevención, permite afirmar lo siguiente: a) No se poseen aún teorías generales en base a las cuales se puedan hacer predicciones confiables sobre futuros sismos. De una manera general, la predicción debe verse como una probabilidad condicional a ser revisada a medida que se produce nueva información. Para ello se requiere como mínimo: 1 Lo dicho también es aplicable a algunos aspectos de la Ingeniería Sismorresistente. La mayoría de los Códigos de diseño y mapas de zonificación sísmica, que en su momento representaron la mejor predicción sobre las acciones de diseño antisísmico se han ido ajustando en el transcurso del tiempo y es previsible que año sufran modificaciones. Con frecuencia estos cambios están motivados, justificados y/o aceptados, como consecuencia de los efectos constatados de un determinado terremoto. -112- b) La estrategia más eficiente para limitar las pérdidas materiales, es la de proyectar y construir utilizando racionalmente los conocimientos de la Ingeniería Sismorresistente. c) La experiencia demuestra que una vez admitida una predicción, es posible tomar medidas de defensa civil que reduzcan sustancialmente el riesgo de pérdidas de vidas así como de cierto tipo de pérdidas indirectas. A los fines de la Ingeniería Estructural interesa enfocarnos en la capacidad de pronosticar la respuesta y el desempeño de edificaciones existentes bajo la acción de sismos. Es decir, dada una edificación ubicada en cierto escenario sísmico, evaluar las consecuencias de esa exposición. El esquema operativo de los algoritmos diseñados para tal evaluación es el que se da en la tabla 13. Tabla Nº 13 Caracterización del escenario Caracterización de la edificación sísmico expuesta Respuesta Vulnerabilidad a sismos Consecuencias de la exposición La secuencia anterior es válida, tanto para las edificaciones como para conjuntos dispuestos en una o más localidades. Desempeño inadecuado En el proyecto de edificaciones que puedan quedar sometidas a acciones sísmicas, es fundamental entender su comportamiento probable: cómo se va a deformar, cuales son sus regiones críticas y, sobre todo, evitar fallas prematuras que limiten la reserva resistente de la estructura. En aquellos casos donde sea previsible que la estructura entre en el rango inelástico, debe garantizarse una conducta dúctil. -113- El golpeteo entre edificaciones adyacentes ha sido la causa de daños importantes y fallas prematuras de edificaciones de varias plantas, en especial cuando estas se encuentran a diferente nivel. Los grandes paños de pared de mampostería no reforzada deben evitarse, pues se ha demostrado en múltiples ocasiones que resultan inestables durante sacudidas sísmicas intensas. Por ejemplo, los muros de mampostería de fachada de la unidad de reuniones del Centro Médico de México, sin refuerzos y uniones, perdieron estabilidad con el terremoto del 19 de Septiembre de 1985. Estrategia de las normas vigentes A diferencia de otras sobrecargas, los sismos generan acciones dinámicas de signo alternante; es decir, las oscilaciones de la edificación durante su respuesta, superponen a las solicitaciones debidas a la gravedad terrestre otras de signo alternante (pueden ser momentos flectores, fuerzas axiales o fuerzas cortantes). Bajo la acción de sismos fuertes, de la intensidad prevista en las normas, se admiten daños estructurales importantes. Estos pueden incluso llegar a ser tan importantes que, sin alcanzar el estado de ruina o inestabilidad, requieran la demolición de la edificación. Selección del sitio Los bordes de mesetas —excepcionales por su vista panorámica— presentan mayor azarosidad cuando se encuentran en áreas amenazadas por sismos, especialmente son evidentes los fenómenos de inestabilidad de sus taludes por otras acciones naturales. Algo similar puede decirse de las zonas al pié del talud. En algunas normas se exige la evaluación de la estabilidad del talud cuando la edificación se encuentra en sus cercanías. Fenómenos de licuefacción en suelos sueltos saturados son frecuentes en las riberas de ríos. Las pilas de este puente rotaron bajo la acción de un sismo y el tablero simplemente apoyado del lado derecho se hundió en el río. En áreas de topografía abrupta se observa un mayor movimiento del -114- terreno. Tal es el caso de área del Canal Beagle, en Viña del Mar, donde un conjunto de edificaciones nominalmente iguales ubicadas en el tope de un cerro, sufrieron daños importantes como consecuencia del terremoto de Marzo de 1985, a diferencia de otras iguales ubicadas al pié del cerro, que no se dañaron. Aceleración máxima del terreno Las acciones sísmicas establecidas en las normas se caracterizan por la aceleración máxima de la componente horizontal y son seleccionadas a partir de un estudio generalizado de la amenaza sísmica. En término medio y según el país, se encuentran asociadas a probabilidades de excedencia que oscilan entre 10% y 40% en 50 años, lo cual representa períodos de retorno de 475 a 100 años. De una manera general, en obras civiles muy importantes y en todas aquellas donde el mal funcionamiento puede tener consecuencias catastróficas, es necesario alcanzar un nivel consistente de protección contra las acciones sísmicas tanto en las edificaciones como en las instalaciones, sistemas y componentes. Estos, además de soportar las acciones gravitacionales previstas, deben quedar diseñados de modo tal que puedan resistir los efectos de aquellas combinaciones de acciones cuya probabilidad de ocurrencia simultánea no se considere remota. Tabla Nº 14. Criterios para la selección de los sismos de diseño (aceleración máxima de la componente horizontal). Objetivo de Diseño Periodo Medio de Retorno Minimizar daños menores, o la disrupción de operación en plantas industriales 1 a 2 veces la vida de la edificación Respuesta elástica Control de daños en componentes críticos. Estabilidad estructural 4 a 6 veces la útil Respuesta elástica. Cedencia incipiente en las zonas más solicitadas Estabilidad de embalsas. Interrupción de funcionamiento de plantas nucleares. Estabilidad de equipos en subestaciones eléctricas de alto voltaje De mil a 3 mil años Agotamiento resistente -115- Criterio de Diseño Tabla Nº 15 Coeficiente de importancia y períodos medios de retorno. Ubicación de Ao (2) la localidad Coeficiente de Importancia Ao A'o = Probabilidad de que A'o sea excedido (2) en un tiempo de: 1 año 50 años Zona de peligro sísmico elevado(1) Periodo Medio de Retorno (3) (años) 100 años 1,0 0,30g 0,0021 0,100 0,190 473 0,30g 1,2 0,36g 0,0012 0,059 0,115 818 1,5 0,45g 0,0006 0,031 0,061 1597 1,0 0,15g 0,0021 0,101 0,192 496 0,15g 1,2 0,18g 0,0010 0,050 0,098 973 0,225g 0,0004 0,021 0,041 2374 Zona de peligro sísmico modera do (1) 1,5 Acción simultánea de varias componentes De una manera general, el movimiento del terreno debido a sismos puede descomponerse en seis componentes: tres traslaciones y tres rotaciones. Dado que la mayoría de las edificaciones responden esencialmente a las componentes traslacionales horizontales (X e Y), es común que las componentes rotacionales sean ignoradas totalmente y que el efecto de la componente vertical (Z) sea despreciada; cuando esta componente o su efecto, sea importante, es preciso incorporarlo y considerar el efecto combinado S según la expresión: donde S representa el efecto debido a la componente traslacional del movimiento del terreno indicada en el subíndice. -116- Caracterización de las acciones de diseño Espectros de respuesta elástica.- Los espectros describen la máxima respuesta de estructuras idealizadas como un grado de libertad, sometidas a la acción de un movimiento sísmico (acelerograma) conocido. Los espectros para el diseño se determinan a partir de estudios estadísticos de familias de movimientos sísmicos, para osciladores con el mismo porcentaje de amortiguamiento referido al crítico. En la Tabla 16 se dan valores para diferentes tipos de materiales y niveles de tensiones. Tabla Nº 16. Valores de amortiguamiento. Nivel de tensiones Tipo y Condición de la Estructura Tensiones de servicio a) tuberías vitales; que no excedan un 50% de las cadentes Porcentaje de Amortiguamiento Crítico (%) 1a2 b) miembros de acero, soldados: concreto pretensado; concreto muy reforzado, con pequeños agrietamientos; 2a3 c) concreto armado con fisuración pronunciada 3a5 d) miembros de acero apernados; estructuras de madera. 5a7 Tensiones a nivel a) tuberías vitales cedente o cercanos a la cadencia 2a3 b) miembros de acero, soldados; concreto pretensado sin pérdida completa de la pretensión; 5a7 c) concreto pretensado con pérdida la pretensión a 10 d) concreto armado; 7 a 10 e) miembros de acero apernados: estructuras de madera 10 a 15 De una manera general, las condiciones del subsuelo influyen en los contenidos frecuenciales del movimiento y por tanto en la forma de los espectros. También se describe en forma cualitativa cambios esperados -117- en la aceleración máxima del terreno y en las formas espectrales, para tres registros: un sitio cercano ubicado en suelo firme ó roca (1), superficie de depósito aluvional (2) y un sitio alejado en el suelo firme (3). Espectros de diseño Tal como se indicó en la sección de estrategias de normas vigentes, es común admitir que la edificación pueda hacer incursiones importantes en el rango inelástico (post-elástico). Por esta razón en el diseño se utilizan espectros de respuesta elástica a partir de un factor de reducción que depende del factor de ductilidad D garantizando por el sistema resistente a sismos. Tabla Nº 17: VALORES TIPICOS DE D Sistema Resistente a sismos Rango de valores de D Acero bien detallado Pórticos; elementos sometidos a la flexión 5-7 Pórticos y muros; dual Pórticos diagonalizados 3-4 Muros estructurales Concreto armado Bien detallado Detallado insuficiente 4-6 2,5 - 3,5 3-5 2-3 2,5 - 3,5 1,5 - 2 3-4 1,5 - 2 Las normas aceptan, implícita ó explícitamente, que bajo esas acciones intensas las edificaciones comunes incursionen en el rango de deformaciones inelásticas; es decir, daños estructurales, que pueden incluso ser de naturaleza irreparable. De una manera general, se puede considerar que estos son los estados previos a la condición límite de ruina o desplome; de hecho, parte importante de las pérdidas materiales está representada por el riesgo de ruina o desplome de la edificación. Es evidente de lo anterior, que la capacidad de predecir dicho estado límite está asociada a una incertidumbre mayor y requiere consideración especial. -118- Configuración y Estructuración La experiencia ha demostrado que la configuración de la edificación y su estructuración juegan un papel muy importante en el diseño a solicitaciones sísmicas intensas. Los estudios analíticos confirman las observaciones de campo según las cuales, edificaciones irregulares dan lugar a elevadas demandas localizadas de resistencia y/o ductilidad; esto conduce a una respuesta inadecuada, a menudo de consecuencias catastróficas, ya que la estructura portante no alcanza a desarrollar íntegramente su capacidad portante. Irregularidades en planta Plantas de configuración irregular han tenido un mal desempeño a sismos intensos. Por ejemplo plantas triangulares, generalmente ubicadas en parcelas de la misma forma, conducen a distribuciones de rigidez asociadas a fuertes torsiones. Los extremos de plantas con entrantes pronunciados, con formas en U,C ó H, tienden a responder de modo independiente al resto de la edificación creando esfuerzos adicionales no previstos. Su corrección a posteriori es posible, tal como se ilustra en este caso de Caracas afectado por el terremoto de 1967. Irregularidades en elevación Cambios bruscos en la distribución vertical de masas, resistencia o rigidez conducen a situaciones altamente vulnerables a sismos, como la que se ilustra. No es conveniente disponer grandes masas aisladas en las partes superiores de edificaciones elevadas pues durante la respuesta dinámica de la edificación son de esperar amplificaciones importantes del movimiento. El tanque de almacenamiento de agua en el último nivel del Centro de Oncología (PB + 7 niveles), probablemente fue el causante de fallas en columnas; la entrada de ambulancias se encontró obstruida. Otras irregularidades en elevación pueden ser creadas por elementos no estructurales, cuya interacción con la estructura portante suele ser ignorada en el modelo matemático. -119- Estructuración El sistema estructural debe definir claramente alineamientos resistentes a las solicitaciones sísmicas, cuya contribución a la capacidad portante se pueda cuantificar de modo inequívoco. El sistema reticulado celular ilustrado, eficiente para sobrecargas gravitacionales, da lugar a estructuras excesivamente flexibles y débiles, tal como se evidenció en el pasado terremoto de México en 1985. La construcción de este edificio de 25 pisos, ubicado en una zona de elevado peligro sísmico, fue detenida por ser inadecuada su estructuración en su dimensión más larga. Verificación de la seguridad Como resultado de estudios de investigaciones hechas hasta el presente, es evidente que ha aumentado el nivel de confianza en la predicción tanto de las acciones esperadas como de la respuesta probable. Tales estudios revelan que el necesario balance entre seguridad y economía puede lograrse a costo de un cierto riesgo, expresado como probabilidad de excedencia de ciertos estados límites. En todo caso, toda edificación y cada una de sus partes debe tener la resistencia, la rigidez y la estabilidad necesaria para comportarse satisfactoriamente y con seguridad de alcanzar los estados límites que puedan presentarse durante su vida útil. De una manera formal, en la verificación de la seguridad se pueden distinguir cuatro tipos de acciones: permanentes, variables, accidentales y extraordinarias. Estas conducen a las siguientes situaciones de diseño: i) situaciones permanentes ó persistentes, cuya duración es del mismo orden de la vida útil de la estructura; ii) situaciones variables ó transitorias, que, aún cuando son de duración menor, tienen una elevada probabilidad de ocurrir a lo largo de la vida útil de la edificación. Es el caso de las combinaciones de peso propio y sobrecargas de servicio extremas; -120- iii) situaciones accidentales, caracterizadas por su corta duración y pequeña probabilidad de ocurrencia (sismos intensos, vientos, cambios extremos de temperatura); iv) situaciones extraordinarias, que pueden presentarse en casos excepcionales y dar lugar a catástrofes (explosiones, incendios, impactos, etc.). 4.2 CONSTRUCCIONES SISMORESISTENTES EN LA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICIOS PARA EL DESARROLLO Los Terremotos son uno de los fenómenos naturales más imprevisibles y difíciles de evitar cual sea la intensidad que tenga, producen efectos negativos sobretodo en la construcción. Por lo que es necesario un adecuado diseño de la estructura y elección del material de construcción con el fin de conseguir Construcciones Sismoresistentes En países empobrecidos, generalmente, una gran parte de la población no es capaz se comprar los materiales adecuados, ni tiene la formación necesaria para realizar una construcción adecuada, siendo este sector el más afectado debido a los terremotos.8 Problemas Estructurales Durante el Terremoto Los efectos que produce un terremoto son básicamente: temblor, rotura del suelo y fuego. Las condiciones de contorno son también parte básica delante del estudio de las consecuencias de un movimiento del suelo: Tipo de suelo: cuanto más rígido mejor Topografía de la zona: cuanto más plana mejor Hay otros factores que afectan a los daños producidos: la configuración de la construcción del edificio, las aberturas, la distribución de la rigidez en el edificio, la ductilidad, la cimentación y la calidad de la construcción. Mecanismos de fallo de diferentes tipos de construcciones: La Cubierta sostenida sobre dos paredes de cizalla 8 MIKI,T.; HONMA, T.; Hirosawa, M. “Evaluation of Earhquake Resistant Properties and Strengthening of Existing Building proceedings of Fifth World Conference on Earthquakek Engineering in Roma” (1991). -121- Un caso más habitual de cuatro paredes y una Losa en la parte superior: Se ha de tener en cuenta, finalmente que las paredes acostumbran a tener aberturas. 1 B B X Y 1 = Fuerza de Terremoto B = Pared B La fuerza de inercia se transmitirá a la parte superior de las paredes que son capaces de aguantarlo (techo diafragma). Si la situación es la perpendicular, las paredes son de tipo A, la estructura colapsa fácilmente. I I B A X Y I I= Fuerza de Terremoto A = Pared A B = Pared B Si la losa es suficientemente rígida y actúa como un diafragma la fuerza de inercia se transmite como en el caso anterior; pero la estabilidad de las paredes A, en este caso no solo dependen de las paredes B sino también de la losa del techo. -122- Características de la buena piedra para construir Los efectos que produce un terremoto a) Temblor del suelo: hablamos del suelo sobre el cual está hecho la construcción y produce aceleraciones, velocidades y desplazamientos que pueden afectar y pueden llegar a destruir los edificios. Es el efecto que nos ayuda a diseñar los edificios. b) Rotura del suelo: evidentemente depende del tipo del suelo que tengamos, pero tanto la rotura como el asentamiento o el derrumbamiento y también la licuefacción del suelo tienen efectos no solo en la zona del edificio sino también en un área de influencia que puede llegar a ser de kilómetros. La licuefacción es muy peligrosa sobretodo para presas, puentes, cañerías enterradas o edificios aguantados sobre suelos con muy poca densidad saturada. c) Tsunamis. d) Fuego: el fuego es uno de los efectos más devastadores y menos tenidos en cuenta en terremotos. Debe tenerse en cuenta que después de una primera sacudida se corta el agua potable por lo que cuesta mucho mitigar el fuego. Cargas de diseño El temblor del suelo es el efecto que nos ayuda a diseñar mejor los edificios contra los terremotos. De esta manera, el temblor del suelo produce unas fuerzas de inercia totalmente irreversibles, que pueden ser estudiadas, pero que resultan muy complejos por la particularidad de movimiento en las tres direcciones que tienen los terremotos. Para estudiar el comportamiento de un edificio durante una sacudida, se han de modelar, la fuerza que produce un terremoto en un edificio. Así, con el tiempo se ha convenido que es una fuerza horizontal como la que produce el viento, la nieve, las fuerzas de impacto la que tiene lugar debido a un terremoto. Esta fuerza es dinámica y muy difícil de predecir -123- con el tiempo; a pesar de eso, existen algunas aproximaciones que pretenden ser útiles ante el cálculo estructural: F La fuerza que se produce sobre la estructura. Donde: S: zona sísmica en la que se encuentra el edificio. Fs: factor dependiente del tipo de suelo de los cimientos. Dependen de la dirección en la que se considera F. I: factor de vulnerabilidad. Depende de la edad del edificio. C: factor dependiente de la rigidez y amortiguación del edificio. W: peso de la superestructura del edificio. En general tanto las paredes como las columnas, vigas o otros elementos estructurales de este tipo han estado diseñados para soportar tensiones verticales y ante una tensión horizontal reaccionan de diferente manera. Pero la reacción de estos elementos es muy importante por los efectos que pueden llegar a causar el terremoto. Por eso se considera que el diseño ha de tener en cuenta no solo las tensiones verticales y horizontales sino también las de cizalla. Conceptos Generales del Diseño Antisísmico Se han de tener en cuenta: Propiedades de los materiales de construcción Características dinámicas del sistema del edificio Características de las cargas de flexión de los componentes del edificio. -124- Para un diseño adecuado del edificio se debe de definir la categoría a la que pertenece el edificio y hacer una planificación adecuada del diseño que consistirá en: Planificación del edificio, conceptos básicos a cumplir: simetría, regularidad, separación en bloques, simplicidad y área cerrada. Escoger el lugar. Es muy importante la estabilidad del suelo: estabilidad de la losa, arenas muy débiles y arcillas inestables. Diseño estructural: depende mucho del material y es el factor más importante Resistencia al fuego: se ha de tener en cuenta a la hora de escoger los materiales Para un buen diseño estructural sismorresistente se ha de tener en cuenta lo siguiente: Un buen suelo de base Utilizar un mortero de junta de ladrillos de buena calidad Se han de poner paredes de cizalla en lugares concretos Losas de techo y suelo han de estar suficientemente ligadas a las paredes Siempre es mejor una estructura deformable que una muy rígida. Materiales En la naturaleza y en el mercado, tenemos mucha variedad de materiales para la edificación. Se analizarán los materiales más utilizables en países en vías de desarrollo económico; Ladrillos cerámicos, Piedra, Madera, tierra y Hormigón. Ladrillos Cerámicos y Otros Materiales de Albañilería Los daños que sufren pueden ser estructurales como no estructurales, entre los que se encuentran: daños y rotura de las paredes portantes, rotura del suelo, rotura de cubiertas y tierras. Para evitar cualquier tipo de daño se han de tener en cuenta una serie de aspectos fundamentales de diseño: Mortero: El mortero de junta de ladrillos es fundamental que tenga buenas características, es el que da rigidez al edificio. Paredes: en la construcción de paredes portantes ha de tener como mínimo 190 mm de espesor y más ligeras que 20t. -125- Aberturas en las paredes: Deben de ser pequeñas y sobretodo centradas manteniendo simetría. Piedra Los problemas que causan los terremotos en las estructuras de piedra son básicamente tres factores que se han de tener en cuenta para el buen funcionamiento: dimensiones, calidad mortero, aberturas en las ventanas, refuerzos verticales de paredes. La figura ilustra las características que han de tener estos refuerzos. Separación de las paredes en las esquinas y las juntas-T 1 2 3a4m 1 3 3 4 4 6 7 T 5 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Apedree la pared con el mortero de fango El fango se llena en la azotea y el piso de 150 a 300 mm de espesor Ramas, cañas Rayos de tronco Martillo cara cruzada viruta y relleno de fango Escombros arbitrarios t=pared grosor 0.5 a 0.9 mm Separación de los bloques internos 1 4 2 3 5 Notas: 1. Las rupturas de apoyo de fango y piedras colocan debido a la pérdida en el porte 2. las piedras giran y la hebilla 1. 2. 3. 4. 5. -126- La mitad vistió la piedra cónica Pequeñas Piedras de alineación Rotación de piedras Escombros arbitrarios Mortero de fango Colapso del techo: provocan la caída de las paredes o simplemente grandes agujeros. Diseño de piedra Para resolver estos problemas se ha de diseñar las estructuras vigilando los siguientes aspectos: a) Dimensiones: Un suelo tipo piedra Altura de los bloques no superior a 3.5m ni inferior a 2.5 m Ancho de las paredes más o menos entre 300 y 450 mmm Distancia entre paredes no mayor a 7 m b) Mortero: Evitar mortero de arcilla al máximo Utilizar morteros especificados. c) Aberturas en las ventanas: Como más pequeñas y más centradas mejor Limitaciones como las que se muestran en la figura Madera Construcción de madera Una de las cualidades de la Madera es que tiene una fuerza por unidad de peso mayor respecto a muchos otros materiales y es, por eso, muy adecuada para la construcción sismorresistente, pero produce impacto ambiental por la deforestación. -127- Para evitar las roturas de las estructuras de madera (sobre todo en uniones entre las pilas y vigas como la rotura de pórticos) se han de seguir las recomendaciones de diseño para este tipo de estructuras. Tierra La tierra tiene el gran inconveniente de no soportar las solicitaciones de sismos o la acción del agua. Las nuevas tecnologías en este campo, han podido reducir estas contras. Construcción de tierra. Estructuras de Hormigón Armado sin Diseño Previo El hormigón puede ser uno de los materiales mas resistentes a los sismos y a muchos tipos de solicitaciones, pero eso siempre que esté acompañado de un buen diseño. El punto más débil de las estructuras de Hormigón Armado son las columnas, por lo que para evitar el colapso es fundamental un adecuado diseño y construcción de pilares. Hormigón armado -128- 4.3 CONTRASTACIÓN DE LAS HIPÓTESIS 4.3.1 Contrastación de la Hipótesis Principal El esquema de contrastación se inicia en el Capitulo II, ítem 2.1 (página Nº 14 ) y termina en la página Nº 22, demostrándose teóricamente y gráficamente que la implementación de un estudio sobre juzgamiento estándar para propiedades sismo resistentes en edificios de concreto armado, incide en una menor reducción de su deterioro ocasionado por movimientos sísmicos en la ciudad de Lima, ya que el propósito de la Norma, es el de Juzgar las propiedades sismo resistentes, de edificaciones existentes de concreto armado y los criterios de la Condición del Sitio de Edificación se aplican en caso de que las propiedades de un sitio de edificación coincidan con las siguientes condiciones, se llevará a cabo una discusión regulada, además de tratar de la estructura misma, será llevada a cabo de aquí en adelante y además cuando las condiciones de un sitio de edificación coinciden con todas las condiciones siguientes, se juzgará la posibilidad de una falla de deslizamiento del suelo ante un terremoto: a. En caso de que el edificio esté cercano a un precipicio de 3m. de altura o más, la distancia entre el edificio encima del precipicio y el precipicio mismo es menor a la altura del precipicio, o la distancia ente el edificio debajo del precipicio y éste, es menor a dos veces su altura. b. El precipicio es artificial, con muro de retención y algunas rajaduras y/o corrimientos pueden observarse. O, es tierra tendida con una inclinación de más de 30° del plano horizontal. O, si es un precipicio cortado, sin muros de retención, y con una inclinación de más de 45° del plano horizontal. -129- En este fenómeno se debe tener en cuenta que gran parte de la estructura, a pesar de tener la resistencia de sus materiales mayor que la fuerza sísmica, tienen que ser puestos en posición vertical a elevados costos o demolidos debido al estado en que quedaron, por asentamientos del terreno o mal comportamiento del suelo. En consecuencia se concluye que la hipótesis planteada debe ser aceptada. 4.3.2 Contrastación de las Hipótesis Específicas Contrastación de Hipótesis 1: El esquema de contrastación se inicia en el punto 2.2.2 (página Nº 73 y termina con las especificaciones de las losas (página Nº 81); ya que el conocimiento actual del concreto armado adquirido por la acumulación de 150 años de experiencia de emprendedores osados y de los trabajos de investigadores meticulosos, abarca la totalidad del medio científico y técnico, del material a la obra, lo que se entiende como un buen dominio del cambio en la escala de lo microscópico a lo macroscópico. También se puede decir que el cambio de linear a no linear fue realizado: el cálculo elastoplástico así como los teoremas del análisis límite tiene su lugar dentro de los reglamentos de cálculo en vigor. En ese contexto, aportar una contribución original, útil y significativa a un material tan desarrollado parecería un proyecto en vano. Sin embargo debemos constatar que existe un cúmulo de resultados y de información sobre el concreto armado usual, tales como los desarrollados por los diseñadores del inicio del siglo XX, los progresos realizados en la producción industrial del concreto y del acero de refuerzo no fueron acompañados hasta hoy de una extensión correspondiente al saber en cuanto al comportamiento del "concreto nuevo" reforzado con el "acero nuevo". Ahora bien el recurso de la extrapolación sin justificación no constituye una -130- respuesta satisfactoria al dominio del compuesto en el sentido del "alto rendimiento Contrastación de Hipótesis 2: El esquema de contrastación se inicia en el punto 4.1 (página Nº 106) y concluye con los detalles, gráficas, tablas y explicaciones para una mejor estructura en la construcción edificios de concreto armado ya que las soluciones constructivas más duraderas han sido aquellas capaces de resistir las acciones externas y del uso; entre las acciones externas, en vastas extensiones de nuestro planeta, deben incluirse las acciones sísmicas.(página Nº 116) Hasta hace poco, las soluciones adoptadas para resistir las acciones sísmicas se desarrollaron esencialmente analizando los efectos de los terremotos en las construcciones, sin el apoyo teórico de causas y características de los sismos, ni de información cuantitativa sobre la naturaleza de los movimientos del terreno. Un ejemplo de adaptación progresiva a las sacudidas telúricas, lo constituye las edificaciones de la segunda capital de Guatemala, hoy mejor conocida como Antigua. Algunas de sus edificaciones, monumentos en la actualidad, han resistido con daños moderados las acciones de los sismos en una de las zonas más activas de Centro América, durante varios siglos; las soluciones constructivas, con muros de 4 y 5 m de grosor, bóvedas de 60 cm. de espesor, contrafuertes, columnas de esbeltez reducida, etc., fue el resultado de un proceso de prueba y error durante los siglos XVI, XVII y parte del XVIII. Contrastación de Hipótesis 3: El esquema de contrastación se inicia en el punto 4.2 (página Nº 116) y concluye con el análisis referido al impacto en el país, los daños producidos por los riesgos, vulnerabilidad en la salud y los riesgos del entorno refiriéndose que los Terremotos son uno de los fenómenos -131- naturales más imprevisibles y difíciles de evitar cual sea la intensidad que tenga, producen efectos negativos sobretodo en la construcción. Por lo que es necesario un adecuado diseño de la estructura y elección del material de construcción con el fin de conseguir Construcciones Sismorresistentes. (página Nº 123) En países empobrecidos, generalmente, una gran parte de la población no es capaz se comprar los materiales adecuados, ni tiene la formación necesaria para realizar una construcción adecuada, siendo este sector el más afectado debido a los terremotos. Los efectos que produce un terremoto son básicamente: temblor, rotura del suelo y fuego. Las condiciones de contorno son también parte básica delante del estudio de las consecuencias de un movimiento del suelo: Tipo de suelo: cuanto más rígido mejor. Hay otros factores como son los que afectan a los daños producidos: la configuración de la construcción del edificio, las aberturas, la distribución de la rigidez en el edificio, la ductilidad, la cimentación y la calidad de la construcción. Mecanismos de fallo de diferentes tipos de construcciones: La Cubierta sostenida sobre dos paredes de cizalla: Un caso más habitual de cuatro paredes y una Losa en la parte superior: Se ha de tener en cuenta, finalmente que las paredes acostumbran a tener aberturas. En suma las hipótesis se verifican al contrastar con los hechos, que se evalúan y analizan en el Capítulo IV, mediante sus respectivos componentes. -132- CAPITULO V 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 CONCLUSIONES Esta tesis es tanto conveniente como práctica debido al hecho de que puede aplicarse a una estructura a una parte de una estructura, esto puede verse en el Ejemplo 1, en el que la norma ha sido aplicada en la dirección y solamente. Como puede verse la dirección X tiene varios muros de corte y es suficientemente fuerte. Por consiguiente, esta norma no necesita ser aplicable en esta dirección. Si las alturas de los pisos, los planos de los pisos y los arreglos de los muros cortantes en cada nivel de piso, son casi los mismos, pueda ser suficiente solamente la inspección en las dos direcciones principales del primer piso. Cuando un edificio o parte del mismo no satisface la norma, el Reforzamiento de Rejillas en las columnas y vigas debe ser aumentada de modo que satisfaga: pwdiseño > pwrequerido. Entonces, el edificio va a satisfacer la exigencia de sumo grado de la norma de enjuiciamiento y por consiguiente el edificio se acerca a la norma. El inspector de edificios debe hacer una breve revisión del diseño y de las características de la construcción del edificio bajo inspección. Esto daría una visión interna en cuanto al objetivo de los planos y especificaciones, para brindar propiedades resistentes a los terremotos, al edificio. Esta norma puede ser aplacada en nuestro país, para poder comprobar la viabilidad del método para con nuestras propias estructuras, de modo que si algunas modificaciones se hacen necesarias, puedan hacerse. Se aplica el procedimiento de análisis estático no lineal con control de fuerzas para el cual se fija como criterio de comportamiento para el desplazamiento último, o umbral de colapso de la estructura, en un -133- punto en el que se alcanza un nivel preestablecido del índice de daño. En cuanto a los resultados de la respuesta no lineal de los casos estudiados, los edificios aporticados con vigas de canto disponen de suficiente ductilidad y sobrerresistencia para garantizar que un comportamiento estable, incluso para ductilidades superiores a las de diseño. Los edificios de ductilidad limitada tienen altas sobrerresistencia siempre y cuando, al ser sometidos a un terremoto, sean capaces de mantener la respuesta en el rango elástico. El comportamiento global de los edificios con vigas planas y con forjados reticulares está dominado, en gran medida, por la tipología estructural. Cuando dichos edificios están armados con aceros SD, tienen una respuesta ligeramente más dúctil que en el caso en el que se proyectan con aceros. Dentro de dicha tipología, el diseño conceptual concreto de cada edificio también influye, de manera importante, en la ductilidad estructural. Sin embargo, en el caso de los edificios aporticados con vigas de canto se observa un claro incremento de la ductilidad en la respuesta si se utiliza acero SD en lugar del acero S. Todo buen profesional de la ingeniería civil debe poseer sólidos conocimientos sobre los materiales usados en las obras, esto unido al buen juicio y la virtud de poder balancear correctamente la estética, las formas estructurales, las técnicas constructivas. El reto futuro de la ingeniería civil consistirá en la determinación de las propiedades básicas de los materiales de construcción tradicional y el desarrollo de nuevos materiales más económicos, más livianos y más duraderos. Esto se hará considerando la estructura molecular de los cuerpos y otros métodos sofisticados de medición. El campo de la ingeniería civil esta estrechamente ligado a la comparación sistemática de los resultados de los modelos analíticos con los experimentales sometidos a los efectos de los efectos naturales como eventos meteorológicos y sismológicos. -134- La ingeniería sísmica debe llamar nuestra atención ya que nuestro país se encuentra dentro de la zona insular sísmica que abarca todo el caribe y Centroamérica. La ingeniería sísmica tiene entre otras las siguientes funciones: - Identificar las áreas en las cuales se considere más probable la ocurrencia de un sismo importante, en un plazo corto de tiempo; - Seleccionar los parámetros o indicadores que resulten más confiables. - Contar con los medios adecuados para medirlos u observarlos sistemáticamente durante lapsos de tiempo que suelen ser de varios años. - Que las estructuras no sufran daños bajo la acción de sismos menores. - Que las estructuras resistan sismos moderados, con algunos daños económicamente reparables en elementos no estructurales. - Que las estructuras resistan sismos intensos sin colapsar, aunque con daños estructurales importantes. 5.2 RECOMENDACIONES Se recomienda que las autoridades de turno motiven la participación de manera efectiva en la implementación de medidas adecuadas de prevención en esta clase de emergencias. Se recomienda que los proyectos estén articulados a estrategias de desarrollo para lograr la integralidad y consolidar la sostenibilidad de las viviendas, así como a evaluar las propiedades sismo resistentes en edificios de concreto armado. Poner en práctica el estudio como una experiencia piloto en algunos sectores de la población con el apoyo de las autoridades locales, municipales y regionales. Que las instituciones gubernamentales relacionadas con el tema de -135- estudio adopten las medidas tendientes en planes y programas para su ejecución en las zonas de mayor sensibilidad. Que la Universidad, mediante la Facultad de Ingeniería Civil coadyuve a incentivar las investigaciones de este tipo de estudios como una forma de crear una cultura de innovación y creatividad estudiantil y cuyo impacto sea las medidas de prevención e implementación. Dada las características de la geografía y del territorio nacional, se hace imprescindible desarrollar e implementar este tipo de estudios para lograr y prevenir acciones emergentes -136- BIBLIOGRAFIA 1) ARAKAWA. T. ―On the Actual Condition of Seismis Safety of Existing Reinforced Concrete School Buildings‖ – Scientific Experimental Research Report, Ministry of Education (1975) 2) BARBAT, A. H., Oller, S. y Vielma, J.C. (2007). Confinamiento y ductilidad de los edificios de hormigón armado. Serie de monografías ARCER, monografía Nº 5, Madrid. 3) BARBAT, A. H., Oller, S. y Vielma, J.C. (2005). Cálculo y diseño sismorresistente de edificios. Aplicación de la norma NCSE-02. Monografía IS-56, Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE). 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Response of Multistory Concrete Structures to Lateral forces 1973, pp 75-96 9) KUROIWA Julio, DEZA Ernesto, JAEN Hugo. ―Investigation on the Peruvian Earthquake of May 31, 1970‖, 5 th World Conference on Earthquake Engineering, Rome, (1993). 10) MIKI,T.; HONMA, T.; Hirosawa, M. ―Evaluation of Earhquake Resistant Properties and Strengthening of Existing Building proceedings of Fifth World Conference on Earthquakek Engineering in Roma (1991). -137- 11) MINCHOLA HARO Carlos E. Estudio de Muros de Adobe Sometidos a Cargas Horizontales – Parte (a), Tesis de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería (2001). 12) MIYAZAWA, M. ―Seismic Safety of Existing Private Buildings in Japan‖ Concrete Engineering. (in Japanese). (1975) 13) NAKANO, K; HIROSAWA, M ―Bri (Building Research Institute) Standard for arthquake Reistant Properities of Existing Reinforced Concrete Buildings‖ ) 14) OKAMOTO. 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M. ―Soil Mechanics in Engineering Practice‖. -138- ANEXOS -139- TABLAS DE AREAS DE ACERO Y PERÍMETRO -140- FENOMENOS NATURALES SELECCIONADOS DEL SIGLO VEINTE TERREMOTOS LUGAR Afganistán Argelia Argentina Bulgaria Burma Chile FECHA 1956,10 Junio 1954,9 Set. 1980,10 Oct. 1906,4 Feb. 1944,15 Enero. 1977,23 Nov. 1928, 14 Abril 1930,5 Mayo 1906,17 Agost. 1928 1939,25 Enero 1960,21/22 May. 1965,28 Marzo 1971,9 Julio 1985,3 Marzo China 1907,21 Oct. 1906,17 Marzo 1920, 6 Dic. 1925,16 Marzo 1927, 20 Mayo 1935,20 Abril 1974,1 Mayo 1975,4 Feb. 1976,28 Julio Colombia El Salvador 1906 1979,12 Dic. 1983,31 Marzo 1910,13 Abril 1949,5 Agosto 1976,9 Abril 1987,5 Marzo 1917,7 Mayo Etiopía Francia 1951,6 Mayo 1965,3 Mayo 1986,10 Oct. 1969,29 Marzo 1909,11 Junio Costa Rica Ecuador -141- AREA El norte El Asnam El Asnam Formosa San Juan San Juan Plovdiv Pegu Valparaíso Talca Chill’an Puerto Montt, Valdivia Santiago Salamanco, Coquimbo Valparaíso Valparaíso Tienshan Kaki, Toroku Kansu (Deslizamiento) Yunnor Nashan Taihoku, Taichu Yunnan, Sicuani Haicheng/Liaoning Tangshan Tumaco Tumaco Popayán Cartago Ambato Esmeralda Napo San Salvador, Quezaltepeque Jucuapa San Salvador San Salvador Serdo Haute – Provence Nº VICTIMAS 2,000 1,243 2,590 1,250 5,600 65 107 505 3,800 220 28,000 5,700 400 85 200 12,000 1,266 100,000 6,500 200,000 3,410 20,000 300 242,769 400 640 250 1,750 5,050 4,300 1,100 127 1,000 40 40 Alemania Occidental Gana Grecia Guatemala San Marcos Guinea India Indonesia Irán 1978,3 Set. 1939,22 Junio 1953,12 Agost. 1978,20 Junio 1981,24 Feb. 1904,18 Abril 1917,29 Dic. 1918,3 Enero 1976,4 Feb. 1983,22 Dic. 1905,4 Abril 1934,15 Enero 1935,31 Mayo 1950,15 Agost. 1917,21 Enero 1976,29 Oct. 1909,23 Enero 1962,1 Set. 1968,31 Agost. 1972,10 Abril 1978,16 Set. Italia 1908,28 Dic. 1915,13 Enero 1930,23 Julio 1968,15 Enero 1976,6 Mayo 1980,23 Nov. Jamaica 1907,14 Enero Japón 1923,1 Set. 1927,7 Marzo 1933,3 Marzo 1948,28 Junio 1964,16 Mayo 1968,16 Mayo 1978,14 Feb. Japón 1978,12 Junio 1983,26 Mayo 1984,14 Set. Jordania 1927,11 Julio Libano 1956,16 Marzo Libia Arabia Jamahiriya 1963,21 Feb México 1957,28 Julio 1973,28 Agost. 1985,19 Set. -142- Swabian Alb Accra Cefalonia Salónica Corintio Quezaltanango, Ciudad de Guatemala Central Norte-Oeste Sangra Bihar Quetta Asma (Falla de represa) Bali Irian Occ. Boroujerd Buyin – Zara, Qazvin Khorasam, Dasht – Y – Bayaz Fars Tabar Mesina Avezzano Irpinia Valle de Belica Sicilia Friuli Irpinia Kingston Tokio, Yokohama Tango Sanriju Funkui Niigata Tokachi – Oki Izu – Oshima Miyagiken – Oki Nihon – Kai – Chubu Pagano Occidental Nablus Bekaa Al – Marj Acapulco, ciudad de México Orizaba Michoacán, ciudad de Médico 17 455 50 25 2,650 22,778 342 18,815 10,653 56,000 1,526 15,000 6,000 5,500 12,225 12,100 5,400 20,000 83,000 29,978 1,883 281 978 3,114 1,003 142,000 2,925 3,064 3,895 26 48 25 27 104 29 242 136 290 160 539 4,334 Mongolia Marruecos Nepal 1957,2 Dic. 1960,29 Feb. 1934,16 Feb. 1988,21 Agost. Nueva Zelandia Nicaragua 1934,3 Feb. 1906,31 Feb. 1931,31 Marzo 1972,23 Dic. 1935,31 Mayo 1945,27 Nov. 1974,28 Dic. 1951,18-21 Feb. 1970,31 Mayo 1976,17 Agost. 1940,19 Nov. 1977,4 Marzo 1969, 29 Set. 1903,29 Abril 1912,11 Agost. 1939,26 Dic. 1943,27 Nov. 1976,24 Nov. 1983,30 Oct. 1906,18 Abril 1933,11 Marzo 1946,01 Abril Pakistán Papua Nueva Guinea Perú Filipinas Rumania Sud Africa Turquía Estados Unidos Unión Soviética Venezuela Yemen Yugoslavia 1952,21 Julio 1964,28 Marzo 1971,09 Feb. 1987,01 Oct. 1902,16 Dic. 1907,21 Oct. 1948,05 Oct. 1949,10 Julio 1988,07 Dic. 1967,29 Julio 1982,13 Dic. 1963,26 Julio 1979,15 Abril -143- Altay Agadir Nepal Oriental Nepal Orienta (También India ) Bahía Hawke Masaya Managua Managua Quetta Makran Norte Nueva Guinea Chimbote Sur Mindanao Bucarest Bucarest Ceres Malazgirt Canakkale Erzincan Ladik Muradiye Este de Anatolia San Francisco Long Beach Hilo/Hawai de (Tsunami Alaska) Kern Country Anchorage San Fernando Los Angeles Andishan, Tahskent Samarkanda Ashkhabad Tadzhik Armenia Caracas Provincia de Dharmar Skopie Montenegro 1,200 13,100 9,040 900 256 1,000 2,450 5,000 35,000 4,000 5,200 3,000 66,794 3,564 980 1,581 9 6,000 3,000 32,740 4,013 3,626 1,346 2,000 116 14 131 65 7 4,562 12,00 19,80 3,500 55,000 300 3,000 1,070 131 TORMENTAS LUGAR Australia Bangladesh Belice Burma Canadá Caribe China China Cuba Dominica FECHA 1974,25 Dic. 1942, Oct. 1960,31 Oct. 1963,28/29 May. 1965,01/02 Junio 1970, Nov. 1985,24-28 Mayo 1961, Octubre 1926,28 Mayo 1936,06 Julio 1987, Julio 1979, Agosto 1912, Agosto 1922, 02-03 Ago 1927,26 Set. 1930,10 Feb. 1956, Agosto 1953, Agosto 1959, Agosto 1932,9 Nov. 1930,3 Set. 1966,24-30 Set. 1979, Agosto Europa 1956,1-29 Enero 1983, Enero 1984,22-24 Nov. El Salvador Fiji 1934,8 Junio 1983, Marzo 1985,17 Enero 1982,6-9 Nov. 1984,11 Julio Francia 1987,16-16 Oct. -144- AREA Ciclón Tracy Port Darwin Ciclón Ciclón Ciclón Ciclón Ciclón Ciclón Huracán Ciclón Arrakan Ola de calor Tornado, Edmonton Huracán David (tambin Rep. Dom. Y E.U.A) Tifón Wenchou Tifón, Shantou Tifón Yeng-Kong Tormenta de Invierno Mongolia Tifón, Chekiang Tifón, Fukien Tifón, Ellen Huracán Huracán San Zenón Huracán Ins (tambin Cuba y Haiti) Huracán David (tambin el Caribe y E.U.A.) Tormenta de Invierno Tormenta de Invierno, Central Tormenta de Invierno, Central Huracán Ciclón Oscar Ciclones Eric y Nigel Invierno Tormentoso Tormenta severa y granizo Norte-Este Invierno Tormentoso Norte –Este (también Gran Bretaña) Nº VICTIMAS 65 61,000 10,000 22,000 12,047 300,000 11,000 250 2,764 500 26 1,400 50,000 28,000 5,000 15,000 2,000 2,334 1,064 2,500 2,000 3,600 1,000 907 20 18 2,000 7 27 14 4 4 Alemania Occ. Guadalupe Guam Haiti Hong Kong Honduras India Indonesia Irán Jamaica Japón Martinica México 1962, Febrero Tormenta, Mar del Norte 1967, Febrero Invierno Tormentoso, Mar del Norte 1972, 12-13 Invierno Tormentoso, Nov. 54 Lower Saxony Invierno Toirmentoso, 1976,2-4 Enero Capella (también Central y Europa Occ.) 1928, Setiembre Huracán 1962, Nov. Tifón Karen 1976, Mayo Tifón Pamela 1935,25 Oct Huracán 1963, Oct. Huracán Flora 1966, Set. Huracán Ins 1906, 18-19 Set. Tifón 1947,18-20 Set. Tifón 1931,10 Set Huracán 1974,18-20 Set. Huracán Fifi 1942,16 Oct. Ciclón Bengala 1971, Nov. Ciclón Cuttack – 1977,19 Nov. Orissa 2 Ciclones, Tamil 1981,8 Junio NAdu, Andra Pradesh Ciclón, Este 1973, Junio Tifón, Mar Flores 1972,10 Feb Tormenta de Nieve Ardekan 1951, Agosto Huracán Charlie 1912,Set. Tifón Nagoya, Osaka 1917, Set / Oct. Tifón, Honshu 1923,1 Set. Tifón Muroto, Osaka 1945,17-18 Set. Tifón Makurazaki 1947,15-19 Set. Tifón, Honshu Central 1954,26 Set. Tifón Toyamaru, Norte Honshu 1959,26-27 Set. Tifón Vera, Bahía Ise 1975, Agosto Tifón Phyllis, Shikoku 1976, Set. Tifón Fran, Kyushu 1970,21 Agosto Huracán Dorothy 1959,27 Oct. Huracán Manzanillo 1976, Oct. Huracán Liza, Baja California -145- 347 40 28 2,000 9 10 2,000 5,100 750 10,000 2,000 1,500 5,000 40,000 9,658 20,000 3,000 1,650 4,000 150 1,000 4,000 1,500 3,756 2,000 3,000 5,098 108 168 44 1,452 600 Holanda Oman Pakistan Filipinas Polonia Puerto Rico República de Corea Sud Africa Sri Lanka Tailandia Estados Unidos Reino Unido Vanuatu 1953, En /Feb Tormenta (también England) 1977, Junio Ciclón Masirah, Dhofar 1965, Dic. Ciclón Karachi 1949, Nov. Tifón Rena, Negros, Cebu 1952, Oct. Tifón Trixi, Luzón 1987, Nov. Tifón Rita, NOrte 1984, 2-3 Set. Tifón Ike y June Mindanao 1987, 25-26 Tifón Nov. Tifón Ruby 1988, 24 Oct. 1928, 6 Julio. Tornado, Yarseria 1928, Set. Huracán San Felipe 1932, Set. Huracán San Ciprian 1936,28 Agosto Tifón 1987, Julio Tifón Thelma, Vernon, Alex 1984, 28 Enero Ciclon Domoina 04 Feb. (también Swazilandia) 1978,24 Nov. Ciclón 1962,28 Oct. Ciclón 1900,8 Set. Huracán Galveston Texas 1913, Marzo Tornado, Ohio Indiana 1925, 16/17 Tornados, Montanox, Marz. Indiana, Illinois. Huracán Florida 1, 1928, Set. Huracán Nueva 1938, Set. Inglaterra Tornados, Medio 1965, 11 Abril Oeste 1974,3 Abril Tornados, Central 1983, 17 – 30 Tormentas de Invierno, Dic. Centro y Este 1987, 15-16 Oct. Tormenta de Invierno Sur (también Francia) 1984,4 – 11 Feb. Tifón Uma, Efate -146- 1,932 105 10,000 1,000 1,000 337 1,000 808 500 82 300 225 1,104 333 109 915 769 6,000 700 739 836 600 257 315 500 13 50 TSUNAMIS LUGAR Chile FECHA 1922,10 Nov. 1960,22 Mayo Colombia Ecuador Indonesia Indonesia Japón Filipinas Islas Salomón Estados Unidos 1979,2 Dic. 1987,27 Set. 1987,4 Abril 1902,2 Enero 1907,4 Feb. 1928,4 Agosto 1968,14 Agosto 1969,23 Enero 1977,19 Agosto 1979,18 Julio 1979,12 Set. 1987,26 Nov. 1923,1 Set. 1927,7 Marzo 1933,3 Marzo 1946,21 Dic. 1960,23 Mayo 1983,26 Mayo 1976,21 Julio 1975,21 Julio 1946,1 Abril 1960,23 Mayo 1964,27 Marzo AREA Coquimbo, Chanaral Caldera (también E.U.A. Samoa Americana, Japón República de China, Filipinas) Costa Occid. Medellin Cuenca Costa Aceh, N. Sumatra Palv Dongola Costa Occ. Celebes Sumbawa Lomblen Yapen Pantar Atami, Ito, Simoda Sur-Oeste de Kyoto Sanriku-Oki Tokaido-Oki Costa Este Akitaken – Oki Colfo de Moro Torokina, Salomón Hawai Hawai Golfo de Alaska Nº VICTIMAS 100 1,000 259 175 100 185 400 128 200 60 100 187 100 42 2,144 1,100 3,064 1,330 199 100 5,000 200 173 61 107 INUNDACIONES LUGAR Argélia Austrália Bangladesh Brasil FECHA 1927, Nov. 1974, Enero 1987, Julio / Set. 1988, Agosto 1967, Ener. Marzo 1974, Marzo 1975, Julio -147- AREA Mostaganem Brisbane Rio de Janeiro São Paulo Tubarão Permanbuco, Recife Nº VÍCTIMAS 3,000 5 1,600 1,000 600 205 9 China 1911 1931, Juli/Agost. 1938, Julio 1939, Jul/ Agost. 1951, Agosto 1954, Agosto 1959, Jul /Agost 1986, Jul/Agost. Alemania Occidental Grécia Guatemala Haiti Honduras Hungria Indica Iran Irak Itália Japón Mozambique Netherland Paquistan Perú Filipinas 1920, Agosto 1977, Oct./Nov. 1949, Octubre 1963,14/15 Nov. 1974, Setiembre 1970, Mayo/Junio 1961,Jul/Agost 1968, Agosto 1971, Junio 1954, Agosto 1956, Julio 1986, Dic. 1954, Marzo 1951, Nov. 1966, Nov. 1970, Oct. 1977, Oct. 1947 1953, Junio 1953, Junio 1967, Julio 1982,23 Julio 1977, Feb. 1953,31 Feb 1950 1973, Agosto 1976, Agosto 1977, Jun/Jul 1983, En/Abril 1972, Julio -148- Yangtze-Kiang Yangtze-Kiang Huang-Ho (Demolición de Presa por Explosión) Norte Manchuria Yangtze-Kiang, y Hoang-Ho Norte Jilin Heilongjian, Liaoning, Yunnan Área de Danúbio Baden-Wurttemberg Atenas Este Norte (Huracán Fifi) Tisza Norte (también Nepal) Gujarat Norte Distrito de Qazvin Rudbar, Faraharad Província de Kashan Sur y Sur Oeste Tigris Rovigo, Delta del Pó Arno Llanuras del Po, Costa de Liguria Llanuras del Po. Honshu, Oeste de Tokio Norte de Kyushu Provincia de Wakayama Central Negasaki Provincia de Gaza Punjab y Sind Punjab, Sind Frontera Norte –Oeste Karachi Norte Luzón 100,000 145,000 500,000 20,000 5,000 30,000 2’000,000 260 25 40,000 500 800 300 2,000 4,892 1,023 10,000 10,000 1,000 424 100 113 1,900 1,013 1,124 305 209 300 2,000 2,900 474 338 357 500 483 República de Corea Rumania Remania Sud Africa España Tunisia Estados Unidos 1976, Mayo 1972, Agosto 1975, Julio 1926-27 1970-Mayo 1975, Julio 1987, Set 1962,27 Set. 1973, Oct. Luzón, Manila Norte y Central Area de Seul Valle de Danubio Norte Norte y Norte-Este Natal Barcelona Murcia, Granda, Armenia Sur-Este Sur Biscaya Central Heppner /Oregon Ochio, Indiana, Texas Greensville/ Missisippi Pensilvania, Nueva Inglaterra Rapid City, S. Dakota Norte Oeste Georgia 215 500 300 1,000 200 62 487 474 FECHA 1971,30 Julio 1966,11-13 Feb 1967,17-20 Jul 1967,19 Marzo 1934,23-24 Marzo 1984,27 Mayo 1926,5 Nov. 1954,12 Julio 1973,28 Julio 1974,28 Julio 1983,28 Julio 1987, 27 Set. AREA Khinjan Pass Ipanema Rio de Janeiro Sao Paula Cantón Provincia de Yunnan Pereira Medellín Bogota Andes Orientales Colombia Occiden. Colombia Nº VICTIMAS 100 500 224 160 500 100 100 140 200 200 150 202 1931,14 Feb. 1954,22 Oct. 1963,19 Nov. Huigra Berly Gran Riviera del Norte 1982, Oct. 1982, Nov. 1983, Agosto 1969, Set. 1903 1913, Marzo 1927, Abril 1936, Marzo 1972.,9 Junio Unión Soviética 1986, Feb. 1987, Feb. 350 70 34 42 542 250 732 246 200 237 13 110 DESLIZAMIENTOS DE LA TIERRA LUGAR Afganistán Brasil China Colombia Ecuador Haiti -149- 190 262 500 Hong Kong Honduras India Indonesia Italia Japón México Nepal Papua Nueva Guinea Perú Filipinas República de Korea Suecia Reino Unido Estados Unidos 1966 1972,6-19 Junio 1973,20 Set. 1948,18 Set. 1968, 1-4 Oct. 1979,18 Julio 1922,11 Feb. 1963,9 Oct. 1987, Julio 1923,1 Set. 1964,18-19 Jul 1968,18 Agosto 1954,18 Oct. 1959,29 Oct. 1963,10 Agosto 1972,7 Agosto 1971,21 Marzo 1970,31 Mayo 1973,25 Abril 1974,25 Abril 1985,9 Abril 1985,21-27 Oct. 1963,24-25 Jun. 1972,19 Agosto 1977,30 Nov. 1966,21 Oct. 1938,2 Marzo Cholima Assma Bihar y Bengal Lomblen Sicilia Belluno Valtellina Nebugawa Costa Occid. Gifu Atenguigue Minatitlan Trisuli Oeste Sepik Valle de Yungay Andres Mayunmarca Andes Sur de Mindanao Koje Gothenburg Aberfan, Gales Los Angeles Virginia Occidental 64 100 2,800 500 1,000 539 100 1,896 44 200 108 102 100 5,000 150 105 100 20,000 500 750 120 300 116 463 8 145 200 400 ERUPCIONES VOLCANICAS LUGAR Camerún Chile Colombia Etiopia Alemania Occidental Guatemala Islandia FECHA 1986,22 Agosto 1960,21-30 Mayo 1949 1985,13 Nov. 1977,Enero 1975,Agosto 1902,13 Abril 1902,24 Oct. 1973,Mayo -150- AREA Lago Nyos Pajalika Volcan Purace Volcán Nevado del Ruíz Volcán Nyiragongo Baja Saravia Tacona Santa María Volcán Eldafjell Vestmannaeyjar Nº VICTIMAS 1,746 5,700 1,000 28,800 64 1,000 6,000 Indonesia 1909 1919 1931,13-28 Dic. 1963,5 Enero Italia Japón 1906, Abril 1902,Agosto 1952,24 Set. Martinique 1902,8 Mayo 1902,30 Agosto México 1944,10 Junio 1949 Papua Nueva Guinea 1951,21 Enero Filipinas 1913,30 Enero 1951,4 Dic. San Vicente y las 1902,6-13 Mayo Granadas Estados Unidos 1980,18 Mayo Unión Soviética 1956,20 Marzo 1975, Julio Volcán Kelud, Java Volcán Kelud Java Volcán Merapi Java Volcán Agung Bali Volcán Vesubio Torishima Isalas Izu Volcán Pelee Volcán Pelee Volcán PAricutin Volcán Paricutin Volcán Lamington Taal, Luzón Hibok Camiguin Volcán La Soufriere Volcán Mt. St. Helena Kamchatka Kamchatka 5,500 5,000 1,300 2,000 700 125 31 36,000 2,000 3,500 1,000 6,000 1,335 500 1,600 60 INCENDIOS FORESTALES LUGAR Australia FECHA 1967,7-9 Feb. Cánada 1983,16 Feb. 1908,1-3 Agosto China Japón México Estados Unidos 1916,30 Julio 1987,6-26 Mayo 1920,8 Agosto 1929,10 Mayo 1918,13-15 Oct. 1956,25 Nov. 1987,28 Ago-Set. -151- AREA Mt. Wellington, Tasmania Victoria, Sur Fernie, British Columbia Notario Norte Heilungkiang (también Unión Sovietica) Hiroshima Xochilapa Minnesota y Wisconsin Foresta Nacional de Cleveland, Montana California Nº VICTIMAS 52 75 100 100 40 60 1,000 11 SEQUIAS LUGAR Africa Australia India Indonesia Mozambique Swazilandia Estados Unidos FECHA 1910-14 1940-44 1972-75 1982-85 1967-69 1965-67 1982 Jul/Dic. 1984, Nov. 1984, Marzo 1983, Jun /Jul 1933,37 AREA Sahel Sahel Sahel Sahel Sur-Este (Hambruna) Kyrima, Java Norte-Oeste 1986, Jul/Agost -152- Grandes Llanuras del Great Plains Sur-Este (ola de calor) Nº VICTIMAS 250,000 600 1’500,000 343 230 5,000 500 48
