trabajo de grado caracterización de las condiciones estructurales en
Anuncio
CARACTERIZACIÓN DE LAS CONDICIONES ESTRUCTURALES EN VIVIENDAS RESIDENCIALES DEL BARRIO CIUDAD JARDIN SUR EN BOGOTA SEGÚN NSR-10 EDWAR JULIAN RODRIGUEZ SUAREZ JOHNATAN STEVE CASTRO SOSA UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA BOGOTÁ, D.C. 2015 1 CARACTERIZACIÓN DE LAS CONDICIONES ESTRUCTURALES EN VIVIENDAS RESIDENCIALES DEL BARRIO CIUDAD JARDIN SUR EN BOGOTA SEGÚN NSR-10 EDWAR JULIAN RODRIGUEZ SUAREZ JOHNATAN STEVE CASTRO SOSA Trabajo de grado para optar por el título de Ingeniero civil Director RICHARD MORENO Ingeniero Civil UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA BOGOTÁ, D.C. 2015 2 3 Nota de aceptación ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ Director de Investigación Ing. Richard Moreno ______________________________________ Asesor Metodológico Ing. Richard Moreno ______________________________________ Jurado Bogotá D.C., Octubre de 2015 4 AGRADECIMIENTOS Primero dar gracias a Dios por la oportunidad de culminar mi carrera, a mi madre por su apoyo incondicional, que con amor fue el mayor motivante para mis propósitos y metas. Johnatan A mis padres que son mi fortaleza y gran apoyo, a mis hermanas quienes son un pilar importante en mi vida y a todas aquellas personas que contribuyeron para la ejecución y elaboración de este trabajo el cual es una de las etapas de culminación importante para cumplir unos de mis grandes sueños y comenzar a encontrar grandes éxitos a lo largo de mi vida. Julián 5 CONTENIDO Pág. INTRODUCCIÓN 15 1. GENERALIDADES 16 1.1 ANTECEDENTES 16 1.2 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 16 1.2.1 Descripción del problema. 16 1.2.2 Formulación del problema. 16 1.3 OBJETIVOS 16 1.3.1 General. 17 1.3.2 Específicos. 17 1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES 17 2. MARCO REFERENCIAL 18 2.1 FONDO DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS – FOPAE 18 2.1.1 Bogotá frente a la gestión integral del riesgo sísmico 18 2.1.2 Condiciones de la vulnerabilidad sísmica de las construcciones 19 2.1.3 Vulnerabilidad sísmica de Bogotá 19 2.2 NORMATIVIDAD PARA CONSTRUCCION Y REFORZAMEINTO SISMO RESISTENTE DE EDIFICACIONES 20 3. MARCO CONCEPTUAL 22 3.1 PRINCIPIOS BÀSICOS DE LA SISMO RESISTENCIA 22 3.1.1 Forma Regular 22 3.1.2 Bajo Peso 22 3.1.3 Mayor Rigidez 23 3.1.4 Buena Estabilidad 24 3.1.5 Suelo Firme y Buena Cimentación 25 3.1.6 Estructura Apropiada 25 3.1.7 Materiales Competentes 26 3.1.8 Calidad En La Construcción 27 3.1.9 Capacidad De Disipar Energía 27 3.1.10 Fijación De Acabados e Instalaciones 28 6 3.1.11 Simetría en Planta. 29 3.1.12 Irregularidad en Altura 30 3.1.13 Estructura susceptible a la Torsión 31 3.1.14 Redundancia 32 3.1.15 Columnas Fuertes 33 3.1.16 Vigas y Columnas con Grandes Esfuerzos 34 3.1.17 Entrepisos Resistentes 35 3.1.18 Muros a Cortante con Grandes Esfuerzo 36 3.2 FALLAS ESTRUCTURALES 37 3.2.1 Fallas en Muros Estructurales 37 3.3 METODOLOGIAS PARA EDIFICACIONES EXISTENTES REALIZAR LA INSPECCION VISUAL DE 38 3.3.1 Métodos Subjetivos. 39 3.3.2 Métodos que evalúan la capacidad sísmica. 39 3.3.3 Métodos con base en un sistema de calificación 40 4. UBICACIÓN DEL PROYECTO 44 4.1 ANTECEDENTES 44 4.2 ANTONIO NARIÑO 44 4.2.1 Condición Geográfica 45 4.2.2 División Territorial 46 4.2.3 Microzonificación Sísmica 46 4.2.4 Riesgo Sísmico 49 4.3 SITIO DE TRABAJO 52 5. METODOLOGÍA 54 5.1 INFORMACIÓN DE LAS EDIFICACIONES 54 5.2 METODOLOGIA DE INSPECCION 54 5.2.1 Método FEMA 154 Rápida detección visual de Edificaciones de peligros sísmicos potenciales (RVS) 54 6. ADAPTACION DEL METODO FEMA 154 INSPECCIÓN VISUAL RAPIDA DE ESTRUCTURAS CON POTENCIAL DE RIESGO SÍSMICO 58 6.1. VIVIENDA No. 1 58 6.2. VIVIENDA No. 2 63 6.3. VIVIENDA No. 3 69 6.4. VIVIENDA No. 4 72 7 6.5. VIVIENDA No. 5 76 6.6 OTROS ASPECTOS IMPORTANTES 79 7. ANÁLISIS DE RESULTADOS 81 7.1 DETERMINACIÓN DEL VALOR ESTRUCTURAL CALIFICADOR “S” 86 8. CONCLUSIONES 87 9. RECOMENDACIONES 88 BIBLIOGRAFÍA 91 ANEXOS 94 8 LISTAS DE TABLAS Pág. Tabla 1. Descripción de las zonas geotécnicas ..................................................... 48 Tabla 2. Descripción de las zonas de respuesta sísmica ...................................... 49 Tabla 3. Índice de riesgo para las localidades de Bogotá en orden descendente . 51 Tabla 4. Índice de riesgo total para las localidades de Bogotá en orden descendente .......................................................................................................... 52 Tabla 5. Categoría estructural................................................................................ 56 Tabla 6. Cargas de ocupación ............................................................................... 56 Tabla 7. Sistema estructural de muros de carga.................................................... 59 Tabla 8. Sistema estructural de pórtico.................................................................. 64 9 LISTA DE FIGURAS Pág. Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura 1. Definición del problema ......................................................................... 18 2. Índice de vulnerabilidad promedio de edificaciones por localidad ......... 20 3. Edificación de forma regular .................................................................. 22 4. Bajo peso ............................................................................................... 23 5. Mayor rigidez ......................................................................................... 23 6. Estabilidad ............................................................................................. 24 7. Suelo firme-Buena cimentación ............................................................. 25 8. Estructura apropiada.............................................................................. 26 9. Materiales de construcción .................................................................... 26 10. Calidad en la construcción ................................................................... 27 11. Capacidad de disipar energía .............................................................. 28 12. Fijación de acabados ........................................................................... 29 13. Simetría en planta ................................................................................ 30 14. Irregularidad vertical ............................................................................ 31 15. Efectos de torsión ................................................................................ 32 16. Redundancia ........................................................................................ 33 17. Casos de columnas débiles ................................................................. 34 18. Importancias del acero......................................................................... 35 19. Importancia de la resistencia entrepisos .............................................. 36 20. Muros reforzados ................................................................................. 37 21. Metodologías para evaluar la sismicidad ............................................. 39 22. Métodos para evaluar la capacidad sísmica ........................................ 40 23. Formato de vulnerabilidad según método AIS ..................................... 41 24. Ubicación UPZ Ciudad jardín ............................................................... 44 25. Localidad Antonio Nariño ..................................................................... 45 26. Ubicación geográfica localidad Antonio Nariño .................................... 46 27. Mapa de microzonificación sísmica de Bogotá .................................... 47 28. Ubicación general del sitio de investigación ........................................ 53 29. Carrera 11a entre calles 18 y 19 sur .................................................... 53 30. Secuencia de implementación (RSV) .................................................. 55 31. Vivienda No. 1 ..................................................................................... 58 32. Muro interior en mampostería .............................................................. 59 33. Fisuras en muros ................................................................................. 60 34. Desplazamiento de los planos de acción ............................................. 61 35. Interior vivienda 2 piso ......................................................................... 61 36. Vivienda No. 2 ..................................................................................... 63 37. Sistema estructural .............................................................................. 63 38. Fisuras en muros ................................................................................. 65 39. Esquema irregularidad vertical tipo 3A ................................................ 66 40. Retroceso en plano de acción ............................................................. 66 41. Desplazamiento plano de acción ......................................................... 67 42. Fisura en muro no estructural .............................................................. 68 10 Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura 43. Vivienda No. 3 ..................................................................................... 69 44. Fisuras en muros ................................................................................. 70 45. Voladizo ............................................................................................... 70 46. Fallas visibles ...................................................................................... 71 47. Vivienda No. 4 ..................................................................................... 72 48. Estado de la estructura ........................................................................ 73 49. Fisuras en muros ................................................................................. 73 50. Esquema vertical piso flexible .............................................................. 74 51. Ubicación irregularidad vertical ............................................................ 74 52. Fisuras y desprendimiento por humedad ............................................ 75 53. Vivienda No. 5 ..................................................................................... 76 54. Fisura en placa .................................................................................... 77 55. Fisuras por falta de junta sísmica ........................................................ 77 56. Retroceso plano de acción ................................................................. 78 57. Sistema estructural deficiente .............................................................. 80 58. Falta de junta sísmica .......................................................................... 80 59. Formato FEMA 154 - Vivienda No. 1 ................................................... 81 60. Formato FEMA 154 - Vivienda No. 2 ................................................... 82 61. Formato FEMA 154 - Vivienda No. 3 ................................................... 83 62. Formato FEMA 154 - Vivienda No. 4 ................................................... 84 63. Formato FEMA 154 - Vivienda No. 5 ................................................... 85 64. Caso 1 ................................................................................................. 90 65. Ejemplo ................................................................................................ 90 11 LISTA DE ANEXOS Pág. ANEXO 1. Ficha técnica FEMA 154 95 12 GLOSARIO Amenaza sísmica: es cuando hay un alto riesgo de que los movimientos horizontales de la tierra hagan fricción ocasionando un movimiento de tierras. Cimentación: Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edificación o elementos apoyados a este al suelo distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande que los elementos soportados (excepto en suelos rocosos muy coherentes). Concreto: es el un conjunto de propiedades mezcladas entre cemento, agua, aditivos, grava y arena lo que nos da una mezcla llamada concreto. El cemento representa sólo el 15% en la mezcla del concreto por lo que es el que ocupa menor cantidad en volumen; sin embargo su presencia en la mezcla es esencial. Configuración en planta: Los criterios establecidos para la calificación de este indicador de vulnerabilidad se realizan a partir de la determinación de la regularidad o irregularidad de la edificación en planta, mediante la medición de las área construidas (se considera la parte de la vivienda con cubierta) y área libre (que corresponde a las áreas de patios o corredores). Además de la determinación del ancho y largo de la edificación. Teniendo como base la cartografía disponible del sector en estudio o las cartas catastrales). Elementos estructurales: Elementos que hacen parte de la estructura de una edificación tales columnas, vigas, viguetas Estructura: Elemento que soporta cargas gravitacionales. Juntas: Se llama junta al pequeño espacio que queda entre las dos superficies de los sillares o ladrillos inmediatos unos a otros de una construcción que se llena de mortero o de cemento a fin de unirlos y ligarlos sólidamente. Mampostería: Los muros de mampostería de piezas artificiales están formados básicamente por dos elementos: por un lado, piezas que forman los ladrillos o bloques de arcilla cocida, y por otro, el mortero que se utiliza para unir dichas piezas; estos componentes se unen con el fin de actuar como un solo elemento. Existe, además, en la mampostería el refuerzo como elemento adicional, empleado desde hace algún tiempo en distintas modalidades de mampostería reforzada, donde se agrega acero de refuerzo en la dirección vertical mediante el uso de piezas huecas, y en la dirección horizontal en las juntas de mortero y/o empleando piezas especiales, cuya finalidad es también mejorar notablemente la 13 capacidad de resistir cargas verticales y laterales, al aumentar en este último caso tanto su resistencia como su capacidad de deformación lateral. Microzonificación sísmica: la microzonificación sísmica consiste en establecer zonas de suelos con comportamiento similar durante un sismo, de manera que puedan definirse allí, recomendaciones precisas para el diseño y construcción de edificaciones sismo resistentes. Patología estructural: es la ciencia dedicada al estudio sistemático y ordenado de los daños y fallas que se presentan en las edificaciones, analizando el origen o las causas y consecuencias de ellos para que, mediante la formulación de procesos, se generen las medidas correctivas para lograr recuperar las condiciones de desempeño de la estructura. Pórtico: Un pórtico es un espacio arquitectónico conformado por una galería de columnas adosada a un edificio. Ochavo: Edificio de planta central y octogonal, resultado de pasar una planta cuadrada angular a una octogonal. Sismo: Vibraciones de la corteza terrestre inducidas por el paso de las ondas sísmicas provenientes de un lugar o zona donde han ocurrido movimientos súbitos de la corteza terrestre. Sismo resistencia: la sismo resistencia es la propiedad o capacidad que se le provee a una edificación con el fin de proteger la vida y los bienes de las personas que la ocupan. Torsión en planta: Se denomina torsión en planta al esfuerzo de torsión que sufre la estructura portante de un edificio cuando es sometida a grandes esfuerzos horizontales. Este efecto es particularmente significativo en los terremotos. Vulnerabilidad estructural: susceptibilidad de la vivienda a sufrir daños estructurales en caso de un evento sísmico determinado. Vulnerabilidad sísmica: es la susceptibilidad de las edificaciones a sufrir daños por la magnitud del sismo, susceptibilidad del agente interno, es decir los componentes físicos, estructurales y no estructurales de una edificación que están sometidos a una amenaza sísmica. 14 INTRODUCCIÓN En Colombia se han presentado a lo largo de los años catástrofes con daños, pérdidas humanas y materiales unas de las emergencias más representativas fue en el año del 1999 en la ciudad de Armenia con la magnitud de 6,4 grados en la escala de Richter, el cual dejó grandes secuelas en el país, otras emergencias que se presentaron en la modalidad de sismo fue en la ciudad de Popayán con una escala de Richter de 5,6 y por último en la ciudad de Tumaco de 1979 con un movimiento registrado de 8,1 en la escala de Richter1, entre otros. Debido a estos acontecimientos Colombia se ha enfocado en la sismo resistencia definida como una estructura que es capaz de soportar movimientos tectónicos, por ello se crearon normas de estricto cumplimiento en el sector de la construcción; basándose en lo que se evidenció con las estructuras de la ciudad de Armenia las cuales fueron frágiles ante estos eventos geológicos presentados. En la ciudad de Bogotá se ha incrementado este riesgo debido al crecimiento poblacional y por ende a la construcción informal de viviendas las cuales no cuentan con la norma actualizada de sismo resistencia, aumentando así la posibilidad de que se presenten eventos y que dejen como resultado grandes pérdidas humanas y estructurales. Tomando como base los acontecimientos mencionados anteriormente, este trabajo de grado se basará en la inspección de viviendas multifamiliares del barrio ciudad jardín ubicado al suroriente de la ciudad de Bogotá donde se verificará y se recomendará a los habitantes la importancia de tener su vivienda en condiciones óptimas como lo requiere la NSR-10. 1 UPES. Microzonificación sísmica de Santafé de Bogotá.1997. 15 1. GENERALIDADES 1.1 ANTECEDENTES En Bogotá se hace ha presentado 3 sismos con daños significativos que incluyen pérdidas de vidas humanas. El más reciente tuvo lugar en el año de 1967, cuando la ciudad tenía un millón y medio de habitantes. En ese entonces se registraron 13 muertos, y 100 heridos. Su epicentro fue en el departamento del Huila, razón por la cual no se presentaron más víctimas mortales. El 4 de septiembre de 1966, un movimiento telúrico con cinco kilómetros de profundidad hizo temblar a la capital. El sismo se presentó en la localidad de Usme, dejando seis personas muertas, 30 personas heridas y 200 casas destruidas. El tercer caso, fue el del 29 de agosto de 1917. Durante 10 días, desde el 29 de agosto en adelante, una larga serie de temblores y terremotos se presentaron en la ciudad, pero el más fuerte se vivió a las 6:30 de la mañana del viernes 31. Este sismo sacudió a la capital durante 15 segundos 1. La ciudad de Bogotá ha tenido problemáticas en el sector de la construcción debido a que se ha disminuido la conciencia y ética profesional; ya que desde el nacimiento del código de sismo resistencia en el año 1984, la mentalidad del profesional lamentablemente se basa en su beneficio económico y no en la comunidad como es el deber ser, al tomar como excusa los incrementos de los materiales y ahorrar dinero en pagos de nóminas empleando personal con poca experiencia lo cual hace que la mayoría de estructuras en la ciudad no cuenten ni cumplan con los aspectos mínimos del código NSR-10. 1.2 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.2.1 Descripción del problema. Debido a que en los últimos años hemos visto y presenciado lo que ocurre cuando hay un movimiento telúrico es importante analizar aquellas estructuras de nuestro lugar de residencia cumplen con los requisitos mínimos exigidos por la NSR-10 para reducir el riesgo dependiendo de la microzonificación sísmica. 1.2.2 Formulación del problema. ¿Las viviendas del barrio ciudad jardín sur en Bogotá son seguras y aptas para vivir y están cumpliendo con el código NSR-10? 1.3 OBJETIVOS 16 1.3.1 General. Identificar los posibles daños y condiciones estructurales en algunas de las edificaciones residenciales del barrio ciudad jardín en Bogotá D.C. Con base en la Norma Colombiana de Construcción Sismo resistente NSR-10. Y dar una respuesta óptima a estos requerimientos. 1.3.2 Específicos. Identificar aquellos aspectos que puedan estar deteriorando la estructura de la vivienda. Reconocer y registrar las posibles fallas estructurales que se estén presentando en edificaciones residenciales del barrio Ciudad Jardín de la ciudad de Bogotá D.C. Establecer y dar a conocer los requisitos mínimos para estas edificaciones en caso de un temblor, sismo, entre otros. Plantear soluciones y/o recomendaciones para evitar y corregir aquellos aspectos en los que se estén fallando en las viviendas. 1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES Este proyecto se realizara en el barrio ciudad jardín en Bogotá D.C. durante una etapa de 3 meses iniciando en 18 de agosto de 2015 y finalizando el 30 de octubre de 2015, en el cual desarrollaremos: Identificar viviendas afectadas en el sector. Trabajos conjuntos con la comunidad sobre el estado de sus viviendas. Respectivos informes acerca las condiciones estructurales de cada vivienda. Recopilación de información: Mapas de microzonificación sísmica, planos de las edificaciones, antecedentes. Estimación y Evaluación del sistema estructural utilizado en su construcción. Conclusiones y recomendaciones para un mejoramiento continuo. En cuanto a las limitaciones cualquier aval institucional que nos permita acceder o recopilar información de esta zona. 17 2. MARCO REFERENCIAL 2.1 FONDO DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS – FOPAE 2.1.1 Bogotá frente a la gestión integral del riesgo sísmico A lo largo de los años se ha venido evolucionando con la gestión integral del riesgo sísmico de la ciudad Bogotá tomando como base los antecedentes históricos de eventualidades presentadas y estudios de sismo resistencia dando como resultado la necesidad de crear un modelo de gestión del riesgo sísmico sistemático el cual abarca las características fundamentales para minimizar el riesgo en la ciudad teniendo en cuenta la normatividad vigente y partiendo de la identificación del riesgo la cual se ejecuta mediante estudios de amenaza, vulnerabilidad y escenarios de daño y pérdida con el fin de establecer una prevención de nuevos riesgos identificados y así establecer un ordenamiento territorial con códigos de construcción sismo resistente y formación de una cultura de prevención por medio de la educación y divulgación del riesgo todas estos aspectos integrados contribuyen con la mitigación del riesgo y acciones correctivas a tomar con los reforzamientos estructurales, mejoramiento de viviendas y relocalización. Para la identificación y determinación de los daños causados por los movimientos sísmicos se relaciona con la reacción los elementos que conforman la población a la cual es capaz de llegar las ondas sísmicas de la fuente sismo génica.2 Figura 1. Definición del problema FUENTE: FOPAE FONDO DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS – FOPAE (2009) Fondo de prevención y atención de emergencias – FOPAE Bogotá Frente A La Gestión Integral Del Riesgo Sísmico Bogotá Colombia 2010. 2 18 2.1.2 Condiciones de la vulnerabilidad sísmica de las construcciones La vulnerabilidad sísmica de las construcciones se define en la capacidad de resistencia de las estructuras y edificaciones sin que le ocurra daño o afectación ante cualquier amenaza materializada, cuando la edificación tiene una baja vulnerabilidad quiere decir que no sufrirá grandes daños estructurales ante la emergencia por el contrario la de alta vulnerabilidad tiene poca capacidad para soporta la demanda de la amenaza y puede sufrir daños significativos en la infraestructura de la construcción. Las características de las estructuras ayudan a determinar la vulnerabilidad de las construcciones tomando como base los elementos como el tipo de materiales con el que está construido la edificación, antigüedad la cual determina el deterioro y uso, altura o número de pisos, ubicación geográfica y cuál de las versiones de normas sismo resistentes fueron aplicadas para su construcción; todas estas características influyen notoriamente en el comportamiento de la construcción ante un sismo. Teniendo en cuenta las estadísticas catastrales del año 2010 1’912.938 predios escriturados, evidenciando una tendencia a partir del año 1985 con el crecimiento de la ciudad en los últimos 25 años en donde se obtuvo mayor crecimiento estructural del estrato 2 y 3 con alturas de las estructuras entre 1 y 2 pisos y su tipología constructiva más utilizada en la ciudad de Bogotá es la mampostería simple, teniendo en cuenta todas estas características y a pesar que las construcciones existentes se ejecutaron después de que comenzó a regir las norma sismo resistente muchas de las edificaciones tienen poca aplicación en muchas de las edificaciones dejando como resultado un panorama desfavorable de la capacidad sismo resistente de las edificaciones especialmente las que corresponden a los estratos 1 y 2. 3 2.1.3 Vulnerabilidad sísmica de Bogotá A partir de la base de datos catastral actualizada a diciembre de 2010 se estimaron los índices de vulnerabilidad sísmica de las edificaciones de la ciudad En términos generales los índices de vulnerabilidad son medios a altos (ver figura 2), las localidades de Candelaria, Tunjuelito y Santa fe son las que presentan mayor índice de vulnerabilidad sísmica promedios entre 45% y 50 %; las localidades de Bosa y Kennedy tienen índices promedios menores con valores entre el 25% y 30%.4 Fondo de prevención y atención de emergencias – FOPAE Bogotá Frente A La Gestión Integral Del Riesgo Sísmico Bogotá Colombia 2010. 4FOPAE – Coordinación de Investigación y Desarrollo - Escenario De Daños En Bogotá Por Un Sismo De La Falla Frontal De Magnitud 7.0 3 19 Figura 2. Índice de vulnerabilidad promedio de edificaciones por localidad Fuente. FOPAE – Coordinación de Investigación y Desarrollo - Escenario De Daños En Bogotá Por Un Sismo De La Falla Frontal De Magnitud 7.0 2.2 NORMATIVIDAD PARA CONSTRUCCION Y REFORZAMEINTO SISMO RESISTENTE DE EDIFICACIONES 5 De acuerdo a resultados de Justamente en consideración a la magnitud de los daños y las pérdidas ocurridas en Popayán en el sismo del año 1983, en el país se entiende que es necesario adoptar medidas que permitan reducir la vulnerabilidad de las construcciones, aún las de baja altura, como las casas de uno y dos pisos, ya que allí se evidenció que éstas también colapsaron y produjeron víctimas. Esto permitió cambiar el paradigma respecto a la necesidad de tener consideraciones para el diseño y construcción sismo resistente de todas las edificaciones. Fue así como en el año de 1984 se expidió el primer código de construcciones sismo resistentes, que posterior mente se actualiza el 19 de Agosto de 1997 a través de la Ley 400 y se reglamenta a través de las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente – NSR, la primera de las cuales fue la NSR98 expedida en enero 1998 y la segunda, NSR10 en marzo de 2010, mediante el Decreto 926, por medio del cual se adopta el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR10. En estas disposiciones se adoptan previsiones para el diseño, construcción y supervisión técnica de las edificaciones nuevas, así como para el reforzamiento de aquellas consideradas como indispensables, es decir, que deben funcionar durante y después del sismo y las requeridas para la atención y seguridad de la comunidad con posterioridad a su Fondo de prevención y atención de emergencias – FOPAE Bogotá Frente A La Gestión Integral Del Riesgo Sísmico Bogotá Colombia 2010. 5 20 ocurrencia, así como para la reparación de las que resulten afectadas. Las prescripciones normativas contemplan tanto los requisitos que se deben cumplir para la evaluación del comportamiento sísmico de la edificación como para su rehabilitación y exigen que durante ésta, el proceso sea sometido a vigilancia por parte de un supervisor técnico, con las calidades y el alcance que prescribe la norma de edificaciones nuevas. 6 Fondo de prevención y atención de emergencias – FOPAE Bogotá Frente A La Gestión Integral Del Riesgo Sísmico Bogotá Colombia 2010. 6 21 3. MARCO CONCEPTUAL 3.1 PRINCIPIOS BÀSICOS DE LA SISMO RESISTENCIA Los principios básicos de la sismo resistencia según la AIS (Asociación Colombiana De Ingeniería Sísmica) para la construcción de viviendas de 1 y 2 pisos de mampostería, se divide en los siguientes conceptos. 3.1.1 Forma Regular La geometría de la edificación debe ser sencilla en planta y en elevación. Las formas complejas, irregulares o asimétricas causan un mal comportamiento cuando la edificación es sacudida por un sismo. Una geometría irregular favorece que la estructura sufra torsión o que intente girar en forma desordenada. La falta de uniformidad facilita que en algunas esquinas se presenten intensas concentraciones de fuerza, que son en general difíciles de resistir.7 Figura 3. Edificación de forma regular Fuente. DIRECCIÓN DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS DE BOGOTÁ D.C. Evaluación de daños y de la seguridad de edificaciones después de un sismo. Módulo 4- Conceptos básicos de sismo resistencia. 3.1.2 Bajo Peso 7 LOS PRINCIPIOS DE LA SISMO RESISTENCIA. CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE PARA VIVIENDAS DE UNO Y DOS PISOS DE MAMPOSTERIA. [En línea].Disponible en internet. < http://cidbimena.desastres.hn/docum/crid/ASH/pdf/spa/doc13854/doc13854-1b.pdf >. [Citado: 28 de octubre de 2015]. 22 Entre más liviana sea la edificación menor será la fuerza que tendrá que soportar cuando ocurre un terremoto. Grandes masas o pesos se mueven con mayor severidad al ser sacudidas por un sismo y, por lo tanto, la exigencia de la fuerza actuante será mayor sobre los componentes de la edificación. Cuando la cubierta de una edificación es muy pesada, por ejemplo, esta se moverá como un péndulo invertido causando esfuerzos y tensiones muy severas en los elementos sobre los cuales esta soportada.8 Figura 4. Bajo peso Fuente. DIRECCIÓN DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS DE BOGOTÁ D.C. Evaluación de daños y de la seguridad de edificaciones después de un sismo. Módulo 4- Conceptos básicos de sismo resistencia. 3.1.3 Mayor Rigidez Es deseable que la estructura se deforme poco cuando se mueve ante la acción de un sismo. Una estructura flexible o poco solida al deformarse exageradamente favorece que se presenten daños en paredes o divisiones no estructurales, acabados arquitectónicos e instalaciones que usualmente son elementos frágiles que no soportan distorsiones.9 Figura 5. Mayor rigidez 8 9 Ibid. Ibid. 23 Fuente. DIRECCIÓN DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS DE BOGOTÁ D.C. Evaluación de daños y de la seguridad de edificaciones después de un sismo. Módulo 4- Conceptos básicos de sismo resistencia. 3.1.4 Buena Estabilidad Las edificaciones deben ser firmes y conservar el equilibrio cuando son sometidas a las vibraciones de un terremoto. Estructuras poco solidas e inestables se pueden volcar o deslizar en caso de una cimentación deficiente. La falta de estabilidad y rigidez favorece que edificaciones vecinas se golpeen en forma perjudicial si no existe una suficiente separación entre ellas.10 Figura 6. Estabilidad 10 Ibid. 24 Fuente. DIRECCIÓN DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS DE BOGOTÁ D.C. Evaluación de daños y de la seguridad de edificaciones después de un sismo. Módulo 4- Conceptos básicos de sismo resistencia. 3.1.5 Suelo Firme y Buena Cimentación La cimentación debe ser competente para transmitir con seguridad el peso de la edificación al suelo. También, es deseable que el material del suelo sea duro y resistente. Los suelos blandos amplifican las ondas sísmicas y facilitan asentamientos nocivos en la cimentación que pueden afectar la estructura y facilitar el daño en caso de sismo.11 Figura 7. Suelo firme-Buena cimentación Fuente. DIRECCIÓN DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS DE BOGOTÁ D.C. Evaluación de daños y de la seguridad de edificaciones después de un sismo. Módulo 4- Conceptos básicos de sismo resistencia. 3.1.6 Estructura Apropiada Para que una edificación soporte un terremoto su estructura debe ser sólida, simétrica, uniforme, continua o bien conectada. Cambios bruscos de sus dimensiones, de su rigidez, falta de continuidad, una configuración estructural desordenada o voladizos excesivos facilitan la concentración de fuerzas nocivas, torsiones, y deformaciones que pueden causar graves daños o el colapso de la edificación. 12 11 12 Ibid. Ibid. 25 Figura 8. Estructura apropiada Fuente. DIRECCIÓN DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS DE BOGOTÁ D.C. Evaluación de daños y de la seguridad de edificaciones después de un sismo. Módulo 4- Conceptos básicos de sismo resistencia. 3.1.7 Materiales Competentes Los materiales deben ser de buena calidad para garantizar una adecuada resistencia y capacidad de la estructura para absorber y disipar la energía que el sismo le otorga a la edificación cuando se sacude. Materiales frágiles, poco resistentes, con discontinuidades se rompen fácilmente ante la acción de un terremoto. Muros o paredes de tapia de tierra a adobe, de ladrillo o bloque sin refuerzo, sin vigas y columnas, son muy peligrosos.13 Figura 9. Materiales de construcción Fuente. DIRECCIÓN DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS DE BOGOTÁ D.C. Evaluación de daños y de la seguridad de edificaciones después de un sismo. Módulo 4- Conceptos básicos de sismo resistencia. 13 Ibid. 26 3.1.8 Calidad En La Construcción Se deben cumplir los requisitos de calidad y resistencia de los materiales y acatar las especificaciones de diseño y construcción. La falta de control de calidad en la construcción y la usencia de supervisión técnica ha sido la causa de daños y colapsos de edificaciones que aparentemente cumplen con otras características o principios de la sismo resistencia. Los sismos descubren los descuidos y errores que se hayan cometido al construir.14 Figura 10. Calidad en la construcción Fuente. DIRECCIÓN DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS DE BOGOTÁ D.C. Evaluación de daños y de la seguridad de edificaciones después de un sismo. Módulo 4- Conceptos básicos de sismo resistencia. 3.1.9 Capacidad De Disipar Energía Una estructura debe ser capaz de soportar deformaciones en sus componentes sin que se dañen gravemente o se degrade su resistencia. Cuando una estructura no es dúctil y tenaz se rompe fácilmente al iniciarse su deformación por la acción sísmica. Al degradarse su rigidez y resistencia pierde su estabilidad y puede colapsar súbitamente. Los flejes o estribos en las vigas y columnas de concreto deben colocarse muy juntos para darle confinamiento y mayor resistencia al concreto y la armadura longitudinal.15 14 15 Ibid. Ibid. 27 Figura 11. Capacidad de disipar energía Fuente. DIRECCIÓN DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS DE BOGOTÁ D.C. Evaluación de daños y de la seguridad de edificaciones después de un sismo. Módulo 4- Conceptos básicos de sismo resistencia. 3.1.10 Fijación De Acabados e Instalaciones Los componentes no estructurales como tabiques divisorios, acabados arquitectónicos, fachadas, ventanas, e instalaciones deben estar bien adheridos o conectados y no deben interactuar con la estructura. Si no están bien conectados se desprenderán fácilmente en caso de un sismo. También pueden sufrir daños si no están suficientemente separados, es decir si interactúan con la estructura que se forma lateralmente antes la acción del sismo. 16 16 Ibid. 28 Figura 12. Fijación de acabados Fuente. DIRECCIÓN DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS DE BOGOTÁ D.C. Evaluación de daños y de la seguridad de edificaciones después de un sismo. Módulo 4- Conceptos básicos de sismo resistencia. 3.1.11 Simetría en Planta. Cuando en una edificación continua se produce un cambio de sus dimensiones en planta, o las mismas son en forma de “L”, de “T”, de “U”, entre otras, se tienden a generar concentraciones de esfuerzos en las zonas de cambio de sección. Por este motivo, se recomienda segmentar las edificaciones y colocar juntas que permitan a los bloques moverse independientemente durante un sismo. También es importante que en caso de haber un cambio de dimensión, se haga de manera gradual y no bruscamente.17 17 ARIANA Astorga. Centro de Investigación en Gestión Integral de riesgos. Patología en las Edificaciones. Módulo III- Sección IV. 2009 29 Figura 13. Simetría en planta Fuente. ARIANA Astorga. Centro de Investigación en Gestión Integral de riesgos. Patología en las Edificaciones. Módulo III- Sección IV. 2009. 3.1.12 Irregularidad en Altura La irregularidad en altura o irregularidad vertical se presentan en las estructuras debido a algunas consecuencias que genera la estructura como por ejemplo, pueden ser los cambios bruscos de masa, de dimensiones, de rigidez, a lo largo de su altura; recordando que siempre deben preferirse estructuras simples, simétricas, no muy esbeltas, y que a simple vista no parezcan inestables.18 Se recomienda concentrar los elementos más pesados de la edificación, cerca del suelo; ya que las aceleraciones de respuesta de una estructura ante un sismo, van incrementándose con la altura de la misma. Las irregularidades verticales aumentan la susceptibilidad al volcamiento e incrementan y redistribuyen los esfuerzos sobre los distintos elementos estructurales. 18 Ibid. 30 Figura 14. Irregularidad vertical Fuente. Norma sismo resistente 2010. Titulo A. Figura A.3-2-Irregularidad en altura. 2010. 3.1.13 Estructura susceptible a la Torsión La torsión es un fenómeno que se debe principalmente, a la excentricidad entre el centro de masa y el centro de rigidez de la estructura. Se manifiesta como el giro en el plano horizontal de una estructura con respecto a un punto de la misma. La torsión origina deformaciones en la estructura, pudiendo incluso, ser causante del colapso de la misma. El problema de la torsión es también significativo cuando existe heterogeneidad de rigideces entre los elementos estructurales y no estructurales. 31 Por ejemplo, si en un salón se combinan paredes livianas y flexibles (como de madera) con otras rígidas y pesadas (como las de concreto).19 Figura 15. Efectos de torsión Fuente. ARIANA Astorga. Centro de Investigación en Gestión Integral de riesgos. Patología en las Edificaciones. Módulo III- Sección IV. 2009. 3.1.14 Redundancia El concepto de redundancia de una estructura está relacionado con el hecho de distribuir apropiadamente las cargas a las que está sujeta, de manera que la resistencia de la estructura no dependa totalmente de unos pocos elementos que al fallar, pueden causar el colapso de la edificación. Una edificación con un aceptable grado de redundancia, es aquella que cuenta con varios elementos estructurales capaces de distribuirse las cargas y de evitar el colapso. Las cargas deben ser llevadas hasta el suelo de la manera más sencilla posible, evitando caminos inconclusos debido a la falta de columnas.20 19 20 Ibid. Ibid. 32 Figura 16. Redundancia Fuente. ARIANA Astorga. Centro de Investigación en Gestión Integral de riesgos. Patología en las Edificaciones. Módulo III- Sección IV. 2009. 3.1.15 Columnas Fuertes Una columna se considera débil cuando tiene configuración de “columna corta” (columna parcialmente arriostrada por algún elemento rígido), o cuando su resistencia es inferior a la resistencia de las vigas que se apoyan en ella. En un diseño sismo resistente adecuado, se debe garantizar que las columnas sean más fuertes que las vigas, y no el caso contrario. De esta manera, se prefiere que de ocurrir una falla, esta se genere en las vigas y no en las columnas. Columnas débiles, conllevan a pisos débiles; falta de paredes o muros en una planta, conlleva a un piso débil; irregularidades en el terreno sin el adecuado diseño para cada columna, conlleva también a columnas débiles. La falla principal de las columnas y pisos débiles, es que se excede la resistencia por cortante, antes que por flexión. En casos de sismos o sobrecargas, se originan severos daños en la edificación, generalmente la inutilización y/o colapso de la misma.21 21 Ibid 33 Figura 17. Casos de columnas débiles Fuente. ARIANA Astorga. Centro de Investigación en Gestión Integral de riesgos. Patología en las Edificaciones. Módulo III- Sección IV. 2009. 3.1.16 Vigas y Columnas con Grandes Esfuerzos Las edificaciones deben contar con una capacidad de deformación suficiente para soportar las fuerzas sísmicas, sin que esto afecte su resistencia. Cuando la edificación presenta una respuesta sísmica dúctil, es capaz de soportar elevadas deformaciones. El acero proporciona ductilidad a la estructura. Se debe colocar el acero transversal (estribos) necesario y estrechamente separado, ya que los estribos sirven para mantener confinado al concreto, y cuando éstos son insuficientes el concreto se desconcha, se astilla, y el acero longitudinal se pandea, ocasionando la inestabilidad de la estructura.22 22 Ibid. 34 Figura 18. Importancias del acero Fuente. ARIANA Astorga. Centro de Investigación en Gestión Integral de riesgos. Patología en las Edificaciones. Módulo III- Sección IV. 2009. 3.1.17 Entrepisos Resistentes El colapso de los edificios se debe generalmente a la poca resistencia que tienen las columnas para resistir cargas laterales. Las columnas deben tener un área transversal suficiente que les permitan resistir las fuerzas cortantes inducidas por los sismos.23 23 Ibid. 35 Figura 19. Importancia de la resistencia entrepisos Fuente. ARIANA Astorga. Centro de Investigación en Gestión Integral de riesgos. Patología en las Edificaciones. Módulo III- Sección IV. 2009 3.1.18 Muros a Cortante con Grandes Esfuerzo Los muros de cortante tienen como función principal, resistir los esfuerzos producto de las fuerzas horizontales sísmicas. Las fallas suelen presentarse en la unión entre el muro y el piso o viga de apoyo. Los principales tipos de falla se presentan por cortante horizontal, cortante vertical o por vuelco.24 24 Ibid. 36 Figura 20. Muros reforzados Fuente. ARIANA Astorga. Centro de Investigación en Gestión Integral de riesgos. Patología en las Edificaciones. Módulo III- Sección IV. 2009 3.2 FALLAS ESTRUCTURALES Los muros de mampostería de piezas artificiales están formados básicamente por dos elementos: por un lado, piezas que forman los ladrillos o bloques de arcilla cocida, y por otro, el mortero que se utiliza para unir dichas piezas; estos componentes se unen con el fin de actuar como un solo elemento. Existe, además, en la mampostería el refuerzo como elemento adicional, empleado desde hace algún tiempo en distintas modalidades de mampostería reforzada, donde se agrega acero de refuerzo en la dirección vertical mediante el uso de piezas huecas, y en la dirección horizontal en las juntas de mortero y/o empleando piezas especiales, cuya finalidad es también mejorar notablemente la capacidad de resistir cargas verticales y laterales, al aumentar en este último caso tanto su resistencia como su capacidad de deformación lateral.25 3.2.1 Fallas en Muros Estructurales Cuando los muros de mampostería no cuentan con un adecuado confinamiento, una cantidad suficiente o detallado adecuado del refuerzo en los elementos confinantes, o no presentan ningún tipo de refuerzo, se han detectado cuatro tipos de patrones de agrietamiento, que dan origen a fallas en los muros (Miranda, 2002; Gallegos, 2002). 25 Revista Ingenierías Universidad de Medellín, volumen 8, No. 14, pp. 51-69 - ISSN 1692-3324 enero-junio de 2009/158 p. Medellín, Colombia. Disponible en internet. [En línea]. < http://www.scielo.org.co/pdf/rium/v8n14/v8n14a05.pdf >. [Citado: 28 de octubre de 2015]. 37 Falla por deslizamiento: El agrietamiento por deslizamiento se presenta a lo largo de la junta horizontal de mortero como consecuencia de una falla de adherencia por corte en la junta, ocasionada por la poca adhesión entre las unidades y el mortero. Falla de corte: El agrietamiento por corte se puede presentar en forma de escalera siguiendo la junta de mortero, caracterizada por su forma diagonal a lo largo del muro y es consecuencia de las tensiones de tracción diagonal o esfuerzos de corte que se producen en el mismo. Falla por flexión: El agrietamiento se presenta en forma vertical en las esquinas y el centro, que puede presentarse en muros esbeltos, y produce una falla de compresión por flexión en el talón comprimido del muro. Falla por aplastamiento de compresión diagonal: Esta falla es producto del efecto de puntal que se produce cuando se separa el cuerpo del muro de los elementos de confinamiento, situación que genera grandes tensiones de compresión en las esquinas del muro, las que pueden provocar la falla por aplastamiento de la zona cuando la mampostería es de baja calidad o cuando se usan unidades del tipo rejilla de paredes delgadas. 3.3 METODOLOGIAS PARA REALIZAR LA INSPECCION VISUAL DE EDIFICACIONES EXISTENTES Los diferentes métodos para la valoración de la vulnerabilidad de edificios difieren en el gasto y la precisión. El tipo de método seleccionado depende del objetivo de la valoración y de la disponibilidad de datos y tecnología. Dichos métodos, están agrupados en dos categorías generales, los de vulnerabilidad calculada y los de vulnerabilidad observada, categorizados a su vez en métodos cualitativos o subjetivos y métodos analíticos. Teniendo en cuenta que la presente tesis desarrollará la caracterización estructural de edificaciones residenciales a través de una inspección visual, se describirán más detalladamente los métodos subjetivos o cualitativos. 38 Figura 21. Metodologías para evaluar la sismicidad Fuente. PERALTA Buritica Henry. Escenarios de Vulnerabilidad y daño sísmico de las edificaciones de Mampostería de uno y dos pisos en el barrio San Antonio, Cali, Colombia.353p. Tesis para optar el título de ingeniero civil. Universidad del Valle. 3.3.1 Métodos Subjetivos. Los métodos subjetivos se pueden clasificar en dos grupos: los que predicen el daño y los que evalúan la capacidad. 3.3.2 Métodos que evalúan la capacidad sísmica. Estos métodos evalúan la capacidad sísmica relativa de una estructura. Básicamente existen dos tipos los que califican de forma empírica las diferentes características de las estructura y los que compararan la capacidad actual de la estructura con la exigida por un determinado código de construcción.26 26 PERALTA Buritica Henry. Escenarios de Vulnerabilidad y daño sísmico de las edificaciones de Mampostería de uno y dos pisos en el barrio San Antonio, Cali, Colombia.353p. Tesis para optar el título de ingeniero civil. Universidad del Valle. 39 Figura 22. Métodos para evaluar la capacidad sísmica Fuente. PERALTA Buritica Henry. Escenarios de Vulnerabilidad y daño sísmico de las edificaciones de Mampostería de uno y dos pisos en el barrio San Antonio, Cali, Colombia.353p. Tesis para optar el título de ingeniero civil. Universidad del Valle. 3.3.3 Métodos con base en un sistema de calificación Método AIS. La Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica – AIS (2001), plantea un método para la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de viviendas en mampostería Reforzada, No reforzada y Confinada, que consiste en la evaluación de vulnerabilidad global de la estructura con base en seis aspectos: geométricos, constructivos, estructurales, cimentación, suelos y entorno. Según este método, para que una vivienda califique como de vulnerabilidad sísmica intermedia o alta es suficiente que presente deficiencias en cualquiera de los aspectos mencionados. Cada aspecto investigado se califica mediante unos criterios muy sencillos a partir de una inspección visual, comparándolos con patrones generales. La calificación se realiza en tres niveles, a los cuales se les asigna un color: vulnerabilidad baja =1, vulnerabilidad media =2 y vulnerabilidad alta =3. 40 Figura 23. Formato de vulnerabilidad según método AIS Fuente. GÓMEZ Araujo Iván Darío. Generación de funciones de vulnerabilidad para edificaciones de mampostería no reforzada de baja altura utilizando técnicas de simulación. Bucaramanga, Colombia, 2006.Tesis para optar el título de ingeniero Civil. Universidad Industrial de Santander. Métodos del ATC27. La metodología ATC-13 propone una evaluación con base en el factor de capacidad sísmica (R), que es igual a la capacidad lateral existente en un edificio dividido entre la correspondiente capacidad requerida para una nueva construcción. Dependiendo del R, el edificio es catalogado como adecuado 27 PERALTA Buritica Henry. Escenarios de Vulnerabilidad y daño sísmico de las edificaciones de Mampostería de uno y dos pisos en el barrio San Antonio, Cali, Colombia.353p. Tesis para optar el título de ingeniero civil. Universidad del Valle. 41 o inadecuado. La metodología ATC-14 clasifica la edificación analizada dentro de una de las 15 tipologías estructurales establecidas en el método y evalúa el riesgo sísmico potencial de cualquier tipo de estructura. Hace énfasis en la determinación de los "puntos débiles del edificio" con base en la observación de daños en edificios similares ocurridos en eventos sísmicos anteriores. Cada tipo estructural presenta una descripción de sus características particulares y de su comportamiento sísmico observado en pasados terremotos, para estructuras similares. Luego, mediante una serie de preguntas de falso o verdadero referentes a los elementos estructurales y no estructurales se determinan las posibles fallas que esta puede presentar en el momento de un sismo. Si después de la evaluación no se detectan fallas, se considera que el edificio tiene un nivel aceptable para salvar la vida de sus ocupantes; en caso contrario, se deben evaluar para los elementos estructurales y no estructurales una serie de factores de capacidad/demanda (C/D) y compararlos con unos niveles mínimos establecidos empíricamente. El método identifica, inicialmente, los edificios que significan un riesgo para la vida humana durante un movimiento sísmico, en términos de posibilidad de colapso total del edificio; posibilidad de colapso parcial de elementos del edificio; elementos del edificio susceptibles a caerse o a fallar; obstaculización de salidas del edificio, impidiendo la evacuación o el rescate. El método evalúa los esfuerzos cortantes actuantes, los desplazamientos relativos en el entrepiso y ciertas características del edificio. Procedimiento básico: 1. Recolección de datos. 2. Inspección detallada in-situ. Para tener una descripción de la estructura el método utiliza una "lista de chequeo" en la cual se responde verdadero o falso. Si todas las respuestas son verdaderas, la estructura no tiene problemas de comportamiento. Si alguna de la respuesta es falsa se hace necesario investigar el elemento que presenta problemas. 3. Descripción del modelo estructural del edificio. 4. Cálculo aproximado de los esfuerzos de corte y de los desplazamientos relativos para estructuras de hormigón armado. Esfuerzo axial y desplazamientos en elementos de acero. Verificación de esfuerzos de corte en muros estructurales. 5. Comparación de la relación Capacidad /demanda (C/D) con los valores especificados en la norma ATC. 6. Estimación de la deriva. Se realiza una revisión de los detalles especiales con base en las respuestas dadas en la "lista de chequeo". El método ATC-21, que será empleado en el desarrollo de la tesis, se explicará con más detalle en la descripción de la metodología empleada para la inspección. 42 Métodos FEMA28. Los métodos FEMA son procedimientos desarrollados por el "building seismic safety council" de los EEUU. Plantean, para la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de edificaciones existentes, una serie de interrogantes que sirven para determinar las zonas o puntos vulnerables de una edificación. Para el análisis se utilizan procedimientos simples, calificando mediante variables lógicas, como falso o verdadero, aspectos estructurales, pórticos, diafragmas, conexiones y amenazas geológicas, entre otras, comparando los requisitos con los que se diseñó y construyó la edificación con los requerimientos de diseño sísmico actuales. Estos también están diseñados para identificar de una forma más detallada los elementos estructurales, como vigas y columnas, que presenten deficiencias en cuanto a su capacidad o resistencia sísmica, definiendo diferentes procedimientos y criterios de diseño para alcanzar niveles de desempeño sísmico, entre los que se encuentran el nivel operacional, el nivel de protección de la vida, el nivel de prevención de colapso, el nivel de ocupación inmediata. La escogencia de un determinado nivel depende del desempeño o comportamiento esperado de la edificación, durante y después de un movimiento telúrico, de cuánto daño es permitido, al igual que pérdidas económicas y traumatismo o interrupción de las actividades cotidianas de los ocupantes de la edificación. Además, este método plantea una metodología para desarrollar los procedimientos de rehabilitación o refuerzo. 28 PERALTA Buritica Henry. Escenarios de Vulnerabilidad y daño sísmico de las edificaciones de Mampostería de uno y dos pisos en el barrio San Antonio, Cali, Colombia.353p. Tesis para optar el título de ingeniero civil. Universidad del Valle. 43 4. UBICACIÓN DEL PROYECTO 4.1 ANTECEDENTES La UPZ-35 barrio ciudad jardín sur se ubica en la localidad ANTONIO NARIÑO (15), la cual está delimitada hasta el norte por la avenida de la Hortua calle 1 a, hasta el sur avenida primera de mayo (calle 22 sur), hasta el oriente avenida Fernando Mazuera (carrera 10a), hasta el occidente avenida Caracas (carrera 14). Consultando con los habitantes del barrio ciudad jardín sur, nos afirmaban que las estructuras tienen una edad aproximada de 50 a 60 años, es uno de los barrios más antiguos junto al barrio Restrepo, Fucha, Policarpa, y San Cristóbal, debido a que es un barrio residencial no cuenta con mucho comercio el cual no es problema debido a que la ubicación del barrio da un fácil y breve acceso al comercio como el del barrio Restrepo. Figura 24. Ubicación UPZ Ciudad jardín Fuente. UPZ 35 CIUDAD JARDÍN Acuerdos para construir ciudad http://www.sdp.gov.co/portal/page/portal/PortalSDP/InformacionEnLinea/Informaci onDescargableUPZs/15Localidad%20Antonio%20Nari%F1o/Cartillas%20UPZ/upz%2035%20ciudad%20ja rdin.pdf 4.2 ANTONIO NARIÑO La localidad Antonio Nariño es la número 15 de Bogotá, debe su nombre al precursor de la Independencia y traductor de los Derechos del Hombre quien vivió gran parte de su vida en una hacienda localizada en esta zona. 44 Está ubicada en la parte suroriental de la ciudad, limita por el nororiente con las localidades de Santa fe y Los Mártires, por el noroccidente con la localidad de Puente Aranda y por el suroccidente con las localidades de Tunjuelito y Rafael Uribe Uribe, por el suroriente con la localidad de San Cristóbal. Según el último censo, año 2005, la localidad cuenta con aproximadamente 115.148 habitantes. La extensión del territorio es de aproximadamente 1.587 KM2 (488.74 hectáreas). Figura 25. Localidad Antonio Nariño Fuente. UPZ 35 CIUDAD JARDÍN Acuerdos para construir ciudad http://www.sdp.gov.co/portal/page/portal/PortalSDP/InformacionEnLinea/Informaci onDescargableUPZs/15Localidad%20Antonio%20Nari%F1o/Cartillas%20UPZ/upz%2035%20ciudad%20ja rdin.pdf 4.2.1 Condición Geográfica La localidad Antonio Nariño se divide en 56 barrios, distribuidos en 2 UPZ, y tiene una extensión de 488 hectáreas (Ha), lo que la hace la segunda localidad con menor extensión del Distrito. La totalidad del suelo de la localidad es urbano, siendo 16 Ha protegidas. La UPZ Restrepo cuenta con centralidad urbana, es decir, los usos residenciales dominantes han sido desplazados por diferentes tipos de actividades económicas. Esta UPZ tiene una extensión de 355 Ha. Por su parte, la UPZ Ciudad Jardín es de tipo residencial, se ubica en la zona oriental de Antonio Nariño, tiene una extensión de 133 Ha. Esta localidad se ubica a 2600 msnm, con algunas variaciones siendo más bajo en la zona occidental, la temperatura promedio ronda entre los 13 a 16°C. 45 Figura 26. Ubicación geográfica localidad Antonio Nariño Fuente. http://www.esetunjuelito.gov.co/sitio/index.php?option=com_content&view=article& id=557&Itemid=440 4.2.2 División Territorial Según la Secretaría Distrital de Salud, la localidad de Antonio Nariño cuenta con cuatro sectores ampliamente reconocidos: el área hospitalaria de La Hortúa, ubicada entre las calles primera y segunda sur, entre las carreras décima y la Avenida Caracas; el área del Cementerio del Sur, en los límites del barrio Eduardo Frey, el área de las Fosas Comunes, en el límite sur de los barrios San Jorge Central y Eduardo Frey; el área del hospital Santa Clara y Sena de la construcción, en el barrio San Antonio, y por último el área Sena de la carrera 30. En algunos documentos estos sectores aparecen discriminados como barrios pero realmente corresponden a áreas identificadas por la comunidad como puntos de referencia dentro de la localidad 16. 4.2.3 Microzonificación Sísmica 46 Figura 27. Mapa de microzonificación sísmica de Bogotá Fuente. Decreto 523 de 2010- por el cual se adopta la microzonificación sísmica de Bogotá Como muestra el mapa de microzonificación sísmica de Bogotá, la localidad 15 Antonio Nariño se ubica en los depósitos aluviales, donde su geotecnia es un suelo aluvial grueso a medio, su geología es terraza baja- Aluvial y complejo de Conos aluviales, la geomorfología es planicie, la composición del suelo es arenas arcillosas sueltas a compactas y su comportamiento geotécnico general es de suelos de mediana a alta capacidad portante poco compresibles, susceptibles a la licuación e inestables en excavaciones a cielo abierto. 47 Tabla 1. Descripción de las zonas geotécnicas Fuente. DECRETO 523 de 2010, artículo 2. Continuación del Decreto “Por el cual se adopta la microzonificación sísmica de Bogotá D.C”. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=40984 >. [Citado: 25 de octubre de 2015]. P.6 48 Tabla 2. Descripción de las zonas de respuesta sísmica Fuente. DECRETO 523 de 2010, artículo 2. Continuación del Decreto “Por el cual se adopta la microzonificación sísmica de Bogotá D.C”. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=40984 >. [Citado: 25 de octubre de 2015]. P.7 4.2.4 Riesgo Sísmico De acuerdo con la Microzonificación Sísmica de Bogotá, la localidad de Antonio Nariño está en su mayor parte ubicada sobre la zona 5 Terrazas y Conos, la cual está conforma por suelos arcillosos secos y pre consolidados de gran espesor, 49 arenas o limos o combinaciones de ellos, pero con capacidad portante mayor que los depósitos de las zonas lacustres. Los barrios que se asientan sobre esta zona son: Ciudad Jardín Sur, Caracas, Ciudad Berna, Policarpo, La Hortúa, San Antonio, Restrepo, La Fraguita, Restrepo Occidental, Santander, La Fragua, Santander Sur, Sena, Eduardo Frey y parte de Villa Mayor Oriental. La porción del barrio Villa Mayor Oriental que no se encuentra en la zona mencionada con anterioridad, se encuentra sobre la zona 5A.La cual es una subdivisión de la Zona 5 con los mismos espectros de diseño, pero en la cual las características predominantes de las arenas limpias, finas y superficiales, combinadas con la posibilidad de niveles freáticos altos redundan en una alta susceptibilidad a la licuación cuando se deseen adelantar construcciones en esta zona. En cuanto a instrumentación sísmica, en la localidad de Antonio Nariño –límite oriental con la localidad de San Cristóbal- se encuentra la estación aceleró grafica del Hospital San Juan de Dios, la cual aporta información importante para ambas localidades. En el inventario de edificaciones a cargo del distrito con que cuenta la DPAE, se tienen registradas dos estructuras del grupo IV, Edificaciones Indispensables, según la Norma Sismo Resistente del 10, estas estructuras son aquella de atención a la comunidad, que deben funcionar durante y después de un sismo y cuya operación no puede ser trasladada rápidamente a un lugar alterno. Estas estructuras son: Hospital Santa Clara E.S.E, el cual se encuentra ubicado en la Kr 15 No. 1-59 sur y cuenta con los estudios para el reforzamiento estructural elaborado en 1998, las obras sugeridas en este estudio no se ha realizado. CAMI Olaya, Ubicado en la Cra. 22 No. 22-52 Sur, el cual no cuenta todavía con el estudio de vulnerabilidad y diseño del reforzamiento. En ese mismo inventario se cuenta con dos estructuras del grupo III, Edificaciones de Atención a la Comunidad, este grupo comprende aquellas edificaciones y sus accesos, que son indispensables después de un temblor para atender la emergencia y preservar la salud y la seguridad de las personas. Estas estructuras son: Policía Antonio Nariño (E-15), ubicada en la calle sur # 20 – 84, el cual no cuenta todavía con el estudio de vulnerabilidad y diseño del reforzamiento. Estación Estación de Bomberos del Sur, Ubicada en la carrera. 27 # 19 A - 10 sur. Esta estación cuenta con estudios de vulnerabilidad y diseño del reforzamiento, las obras de reforzamiento se concluyeron durante el año 2000. 50 En cuanto a estructuras del grupo II Estructuras de Ocupación Especial, la cual cubre las edificaciones donde se puedan reunir más de doscientas personas en un salón, guarderías, Colegios, Universidades, escuelas, graderías al aire libre que puedan haber más de doscientas personas a la vez, almacenes y centros comerciales con más de 500 m2 por piso, edificaciones donde trabajen o residan más de 3000 personas y edificios gubernamentales. La localidad de Antonio Nariño cuenta con tres inmuebles a cargo de entidades del Distrito, El Cementerio del Sur y las Plazas de Mercado de los barrios Restrepo y Santander. Tabla 3. Índice de riesgo para las localidades de Bogotá en orden descendente Fuente. IDEA_Indicators riesgo sísmico: Indicadores de riesgo de desastre y de gestión de riesgos Para el ejemplo demostrativo se determinó que la amenaza que causaría el mayor impacto es la de los sismos. El cálculo del riesgo sísmico de Bogotá, desde una perspectiva holística, se obtuvo partiendo del escenario de pérdidas potenciales, que permitió definir indicadores de daños y efectos directos para cada unidad de análisis, que en este caso se le denomina localidad o alcaldía menor. Para cada una de estas unidades se obtuvo un indicador de riesgo físico, RF, como resultado de considerar las posibles consecuencias en términos de muertos, heridos, área destruida y daños en las líneas vitales. Con base en una serie de indicadores de fragilidad social y de falta de resiliencia que caracterizan cada unidad de análisis se determinó un factor de impacto indirecto (1 + F), con base a 51 un coeficiente de agravamiento, F. Este coeficiente toma valores entre 0 y 1. Los valores para evaluar el coeficiente de agravamiento se calculan para cada unidad o área de análisis de la ciudad utilizando una serie de funciones no lineales (sigmoides) con las cuales se relacionan los valores netos de los indicadores con un factor de impacto respectivo. Adicionalmente, a cada factor se le ha asignado un peso o importancia utilizando el Proceso Analítico Jerárquico (PAJ). Tabla 4. Índice de riesgo total descendente para las localidades de Bogotá en orden Fuente. IDEA_Indicators riesgo sísmico: Indicadores de riesgo de desastre y de gestión de riesgos 4.3 SITIO DE TRABAJO El sitio del proyecto que se está planteando en el barrio ciudad jardín sur de Bogotá, se ubica entre las calles 18 sur al norte, 19 sur al sur, y comprende la carrera 11a, en este sitio del barrio ciudad jardín sur, se diagnosticaron algunas viviendas que comprendían la carrera 11a, para la cual se organizó una cita con el presidente de la junta de acción comunal del barrio ciudad jardín sur, lo cual fue beneficioso para el proyecto ya que la comunidad conocía de la actividad que se realizaría en las viviendas. 52 Figura 28. Ubicación general del sitio de investigación Fuente. Google Earth Figura 29. Carrera 11a entre calles 18 y 19 sur Fuente. Google Earth 53 5. METODOLOGÍA 5.1 INFORMACIÓN DE LAS EDIFICACIONES Para este procedimiento se considera información y análisis recolectada del barrio ciudad jardín sur e información específica de cada uno de las viviendas analizadas, que comprende un levantamiento de información físico-espacial de la vivienda y del entorno, ya que estas viviendas fueron construidas alrededor de los años 1950 a 1960 por ende debe actualizarse a los requerimientos y norma actual vigente Reglamento Colombiano de Construcciones Sismo resistente (NSR-10). 5.2 METODOLOGIA DE INSPECCION 5.2.1 Método FEMA 154 Rápida detección visual de Edificaciones de peligros sísmicos potenciales (RVS) El reglamento colombiano de construcción sismo resistente, NSR-10, es esencialmente un código de diseño y construcción para edificaciones nuevas, aunque contiene algunas secciones dedicadas a la evaluación y reforzamiento de edificaciones diseñadas y construidas antes de la vigencia del reglamento. Existen otras metodologías desarrolladas específicamente para la evaluación y reforzamiento sísmico de edificaciones, como son las normas: “evaluación sísmica de edificaciones existentes”, ASCE/SEI 31-03, y “rehabilitación sísmica de edificaciones existentes” ASCE/SEI 41-06 y cuyo uso es aceptado por la NSR10.29 Se adapta el método que está expuesto en FEMA 154 (RVS), que consiste en identificar rápidamente, realizar inventario e identificar edificios que presentan riesgo de muerte, lesión, o que tendrán limitación en el uso después de un sismo. Este método utiliza tres formatos (Anexo A), que se desarrolla para tres casos de sismicidad (Alto, Moderado, Bajo)30. El FEMA 154 ha sido formulado para identificar, inventariar, y clasificar edificios que son potencialmente peligrosos ante un sismo. Permite evaluar edificios existentes de manera rápida, permitiendo descartar aquellas estructuras que no poseen las características necesarias. El hecho que una estructura no pase la evaluación, no significa que la misma no tenga la capacidad para resistir un Sismo, sino que no posee las características requeridas para considerarse para ser utilizada para Desalojo Vertical. 29 LÓPEZ Palomino Paulo Marcelo. Propuesta de adaptación del documento ASCE/SEI 31-03 Evaluación Sísmica de Edificaciones Existentes. Bogotá, Colombia.,2014. Tesis de Maestría. Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito. 30 Rapid FEMA .Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards. A Handbook FEMA 154, Edition 2 / March 2002. 54 Figura 30. Secuencia de implementación (RSV) Fuente. Rapid FEMA .Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards. A Handbook FEMA 154, Edition 2 / March 2002. 55 1. Determinación de la sismicidad En base con formato se determina la sismicidad de la región a la cual se le va a hacer el análisis. Para nuestro caso en Bogotá (intermedia-moderada). 2. Identificación de la categoría estructural y su uso Tabla 5. Categoría estructural Tipo estructural W1 Marco de madera ligera , residencial o comercial, < 5000 pies cuadrados W2 Madera edificios marco, > 5000 pies cuadrados S1 Estructura de acero con marco resistente a momento S2 Estructura de acero con marco arriostrado S3 Estructura de metal ligero S4 Est. de acero con muros de corte y concreto reforzado S5 Mampostería interior sin refuerzo C1 Marco resistente a momento C2 Estructura de concreto con muros de corte C3 Concreto con mampostería interior sin refuerzo PC1 Estructuras inclinadas y elevadas PC2 Estructura de concreto prefabricado RM1 Mampostería reforzada con diafragma flexible RM2 Mampostería reforzada con diafragma rígido URM Mampostería no reforzada Fuente. Rapid FEMA .Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards. A Handbook FEMA 154, Edition 2 / March 2002. Tabla 6. Cargas de ocupación Cargas de ocupación uso carga de ocupación m2/persona Asamblea varia, 10 mínimo Comercio 50-200 Ser. Emergencia 100 Gobierno 100-200 Industria 200 -500 Oficinas 100-200 Residencial 100-300 Escuela 50-100 Fuente. Rapid FEMA .Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards. A Handbook FEMA 154, Edition 2 / March 2002. 56 3. Definiciones para calificación de estructuras Irregularidades verticales: Gradas en vista de perfil; paredes inclinadas; edificio en colinas; columnas cortas; muros no arriostrados. Irregularidades planta: edificios con esquinas interiores (L, T, E, U, u otras irregularidades en la planta); edificios con buena resistencia en un lado pero otro no; excentricidad en la rigidez en planta; (edificios de esquina o edificios con forma irregular, con una o dos paredes sólidas y el resto. Suelo tipo C: roca suave o suelo muy denso; velocidad de onda S entre 12002500 ft/s; conteo de golpes 50; o resistencia al corte no drenada > 2000 psf. Suelo tipo D: Suelo duro; velocidad de onda S entre 600-1200 ft/s; conteo de golpes 15-50; o resistencia al corte no drenada 1000-2000 psf. Suelo tipo E: Suelo suave; velocidad de onda S<600 ft/s; o más de 100 ft de suelo con índice de plasticidad>20, contenido de humedad>20, contenido de humedad>40%, y una resistencia al corte no drenada <500 psf. 4. Determinación del valor del calificador estructural “S” Si un edificio recibe un puntaje alto en este caso 2, el edificio es considerado que tiene una adecuada resistencia sísmica. Si un edificio recibe un bajo puntaje sobre la base de este procedimiento debería ser evaluado por un ingeniero profesional con una experiencia en diseño sísmico. De acuerdo a la inspección detallada, a los análisis ingenieriles, y otros procedimientos detallados se logra un informe final sobre la capacidad del edificio y la necesidad de una rehabilitación.31 31 http://www.biblioteca.udep.edu.pe/bibvirudep/tesis/pdf/1_134_180_87_1230.pdf 57 6. ADAPTACION DEL METODO FEMA 154 INSPECCIÓN VISUAL RAPIDA DE ESTRUCTURAS CON POTENCIAL DE RIESGO SÍSMICO 6.1. VIVIENDA No. 1 Figura 31. Vivienda No. 1 Fuente. Autores 1. Características básicas y su uso estructural La estructura residencial está ubicada en el barrio ciudad jardín sur, al ser residencial se estima que posee una carga ocupacional de 100-300 m2 por persona, la edificación está diseñada y construida por muros de carga, que corresponde a mampostería no reforzada URM. 58 Figura 32. Muro interior en mampostería Fuente. Autores 2. Características de la actividad sísmica y sus reformas Tabla 7. Sistema estructural de muros de carga Fuente. NSR-10 Titulo A 59 (El sistema de muros de carga es un sistema estructural que no dispone de un pórtico esencialmente completo, en el cual las cargas verticales son resistidas por muros estructurales o pórticos con diagonales) (Congreso de la Republica, 2010) Fallas visibles La estructura presenta una serie de fisuras internas de las cuales las que mayor preocupación causaron fueron las siguientes: Figura 33. Fisuras en muros Fuente. Autores 3. CONFIGURACION ESTRUCTURAL DE LA EDIFICACION Irregularidad vertical Se presenta una irregularidad vertical ya que hay un pequeño retroceso en la continuidad de los muros de fachada principal. 60 Irregularidad en planta La vivienda presenta un tipo de irregularidad en planta en la parte frontal y posterior que es un desplazamiento del segundo piso. Figura 34. Desplazamiento de los planos de acción Fuente. NSR-10 Titulo A Observaciones generales La vivienda ubicada en el barrio ciudad jardín sur en la carrera 11a # 18-67 de dos niveles, presenta una fachada en pañete con un tramo en el segundo nivel, con ladrillo tolete a la vista en el interior se encontraron una serie de grietas y fallas que la mayoría se presentaban por humedad y deterioro, en la planta del primer nivel se observaron algunas fisuras, en el segundo nivel se observó que no todos sus muros están pañetaos y pintados aunque no presentan fisuras ni agrietamientos. Figura 35. Interior vivienda 2 piso 61 Fuente. Autores Perfil del suelo Teniendo en cuenta los antecedentes del barrio Ciudad Jardín sur, se determina que el perfil de suelo es tipo D. 62 6.2. VIVIENDA No. 2 Figura 36. Vivienda No. 2 Fuente. Autores 1. Características básicas y su uso estructural Esta estructura residencial se estima que posee una carga ocupacional de 100300 m2, esta estructura está diseñada con un sistema estructural de muros de carga el cual se identifica por su discontinuidad en las pocas vigas que hay por lo tanto no se consideró un sistema estructural de pórticos. Figura 37. Sistema estructural 63 Fuente. Autores 2. Características de la actividad sísmica y sus reformas Tabla 8. Sistema estructural de pórtico Fuente. NSR-10 Titulo A (El sistema de pórtico es un sistema estructural compuesto por un pórtico espacial, resistente a momentos, esencialmente completo, sin diagonales, que resiste todas las cargas verticales y las fuerzas horizontales.) Fallas visibles 64 Al interior de la vivienda se detectaron una serie de agrietamientos y fallas de las cuales las que mayor preocupación causaron fueron las siguientes. Figura 38. Fisuras en muros Fuente. Autores 3. Configuración estructural de la edificación Irregularidad vertical Se presenta una irregularidad vertical de Tipo 3A- Geométrica tal como lo indica la siguiente figura: 65 Figura 39. Esquema irregularidad vertical tipo 3A Fuente. NSR-10 Titulo A Figura 40. Retroceso en plano de acción Fuente. Autores Irregularidad en planta Se identificó en la estructura una irregularidad en planta identificada como Desplazamiento de los planos de acción de tipo 4P como lo muestra la figura. 66 Figura 41. Desplazamiento plano de acción Fuente. Autores Observaciones generales La vivienda ubicada en el barrio ciudad jardín sur en la carrera 11ª # 18-45 de tres niveles presenta una fachada en el primer nivel en ladrillo y su segundo nivel en pañete y pintura, se encuentra en buen estado ya que no presenta desprendimiento ni fisuras, en el interior del primer nivel se observan unas fisuras en los muros que son producto de una humedad filtrada por la placa entrepiso ya que un baño del segundo nivel presenta una fuga, también se detectó una grieta en el muro del patio debido a una raíz de un árbol lo cual genero un agujero en el muro, el segundo nivel no presenta ningún tipo de fisuras ni agrietamientos esto se debe a que esta recientemente pintado y debido a eso no se pudo observar fisuras. 67 Figura 42. Fisura en muro no estructural Fuente. Autores 68 6.3. VIVIENDA No. 3 Figura 43. Vivienda No. 3 Fuente. Autores 1. Características básicas y su uso estructural Esta estructura residencial se estima que posee una carga ocupacional de 100300 m2, esta estructura está diseñada con un sistema de muros de carga en mampostería estructural el cual le brinda más estabilidad a la vivienda. 2. Características de la actividad sísmica y sus reformas (El sistema de muros de carga es un sistema estructural que no dispone de un pórtico esencialmente completo, en el cual las cargas verticales son resistidas por muros estructurales o pórticos con diagonales) Fallas visibles La estructura presenta una serie de fisuras internas de las cuales las que mayor preocupación causaron fueron las siguientes: 69 Figura 44. Fisuras en muros Fuente. Autores 3. Configuración estructural de la edificación Irregularidad vertical No se identificó en esta edificación problemas de irregularidad en altura. Irregularidad en planta Se identificó en la estructura una irregularidad en planta identificada como Desplazamiento de los planos de acción de tipo 4P como lo muestra la figura. Figura 45. Voladizo Fuente. Autores 70 Observaciones generales La vivienda ubicada en el barrio ciudad jardín sur en la carrera 11a # 18-66 de dos niveles presenta una fachada en el primer nivel de piedra tipo mármol, el segundo nivel la fachada se presenta con pañete y pintura en buen estado, ya que no presentan desprendimientos ni fisuras, al interior de la vivienda en el primer nivel se pudo observar una serie de fallas que su mayoría son por causa de humedad, al igual que en el segundo nivel donde se observaron desprendimientos del pañete dando así un aspecto al muro de deterioro. Figura 46. Fallas visibles Fuente. Autores 71 6.4. VIVIENDA No. 4 Figura 47. Vivienda No. 4 Fuente. Autores 1. Características básicas y su uso estructural La estructura residencial está ubicada en el barrio ciudad jardín sur, al ser residencial se estima que posee una carga ocupacional de 100-300 m2 por persona, la edificación está diseñada y construida mampostería estructural, muros de carga, con columnetas en ladrillo. 72 Figura 48. Estado de la estructura Fuente. Autores 2. Características de la actividad sísmica y sus reformas (El sistema de muros de carga es un sistema estructural que no dispone de un pórtico esencialmente completo, en el cual las cargas verticales son resistidas por muros estructurales o pórticos con diagonales) Fallas visibles La estructura presenta una serie de fisuras internas de las cuales las que mayor preocupación causaron fueron las siguientes: Figura 49. Fisuras en muros Fuente. Autores 73 3. Configuración estructural de la edificación Irregularidad vertical La estructura presenta una irregularidad vertical de Tipo 1aA-Piso flexible y Tipo 1bA-Piso flexible extremo, como lo muestra la figura. Figura 50. Esquema vertical piso flexible Fuente. NSR-10 Titulo A Figura 51. Ubicación irregularidad vertical Fuente. Autores 74 Irregularidad en planta No se presenta este tipo de irregularidad en la estructura de esta vivienda. Observaciones generales La vivienda ubicada en el barrio ciudad jardín sur en la carrera 11ª # 18-44, de cuatro niveles tiene una fachada de ladrillo tolete a la vista en los cuatro niveles en el interior de la vivienda se detectaron fisuras y agrietamientos en cada uno de los niveles estos agrietamientos son debido a la humedad y a modificaciones que se han hecho en los muros, la mayoría de las fisuras son efecto de la humedad lo cual causaron deterioro en el pañete y posteriormente al muro de carga. Figura 52. Fisuras y desprendimiento por humedad Fuente. Autores 75 6.5. VIVIENDA No. 5 Figura 53. Vivienda No. 5 Fuente. Autores 1. Características básicas y su uso estructural Esta estructura residencial se estima que posee una carga ocupacional de 100300 m2, esta estructura está diseñada con un sistema de pórticos el cual le brinda más estabilidad a la vivienda. 76 Figura 54. Fisura en placa Fuente. Autores 2. Características de la actividad sísmica y sus reformas Fallas visibles Al interior de la vivienda se detectaron una serie de agrietamientos y fallas de las cuales las que mayor preocupación causaron fueron las siguientes. Figura 55. Fisuras por falta de junta sísmica Fuente. Autores 77 3. Configuración estructural de la edificación Irregularidad vertical Se identificó en esta edificación problemas de irregularidad en altura de Tipo 3A-Geometrica, como lo muestra la NSR-10 Titulo A figura A.3-2. Figura 56. Retroceso plano de acción Fuente. Autores Irregularidad en planta No se identificó irregularidad en planta en la estructura. Observaciones generales La vivienda ubicada en el barrio ciudad jardín sur en la carrera 11a # 18-36 de dos niveles, presenta una fachada en ladrillo tolete a la vista, en el interior se encontraron una serie de grietas y fallas que la mayoría se presentaban por humedad, en la planta del primer nivel se observaron algunas fisuras ya anteriormente referenciadas, en el segundo nivel se observó que todos sus muros están pañetaos y pintados, no presentan fisuras ni agrietamientos. 78 6.6 OTROS ASPECTOS IMPORTANTES Teniendo en cuenta que la metodología de inspección utilizada se aplicó solo para 5 viviendas residenciales, durante el tiempo de la visita realizada al barrio ciudad jardín sur y las calles seleccionadas para su estudio, se identificaron otros aspectos estructurales en otras viviendas. Algunas de estas viviendas han sufrido remodelaciones, que es la construcción de otros niveles, esto ocasiona que la estructura actual no está compensada con la nueva ya que son dos sistemas estructurales diferentes. En algunas imágenes podemos observar los usos de los materiales utilizados para muros confinados pero en su totalidad falta más confinamiento, continuidad estructural de las columnas, ausencia en lo que son vigas de amarre, de cierre o de coronación. Falta de junta sísmica para evitar el posible golpeo con la otra edificación. El modo típico de falla de las viviendas que carecen de continuidad estructural en los elementos constructivos, es volcamiento y posterior colapso del inmueble. Por tanto, la mejor forma de mitigar esta problemática es por medio de un adecuado plan de reforzamiento estructural.32 32 PROMOCIÓN DE PRÁCTICAS DE CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE EN SECTORES URBANOS VULNERABLES. CARACTERIZACIÓN SOCIOECONÓMICA, AMBIENTAL, DE SALUBRIDAD Y ESTRUCTURAL DE LA VIVIENDA INFORMAL EN BOGOTÁ. SWISSCONTACT 79 Figura 57. Sistema estructural deficiente Fuente. Autores Figura 58. Falta de junta sísmica Fuente. Autores 80 7. ANÁLISIS DE RESULTADOS Los resultados de la inspección visual de edificaciones realizada por medio de la metodología FEMA 154, se resume en el siguiente formato (Anexo A) desarrollado para el nivel de sismicidad moderado, se considera para el nivel de sismicidad de Bogotá (Intermedio). Figura 59. Formato FEMA 154 - Vivienda No. 1 Fuente. Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Handbook FEMA 154, Edition 2 / March 2002 81 Seismic Hazards A Figura 60. Formato FEMA 154 - Vivienda No. 2 Fuente. Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Handbook FEMA 154, Edition 2 / March 2002 82 Seismic Hazards A Figura 61. Formato FEMA 154 - Vivienda No. 3 Fuente. Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Handbook FEMA 154, Edition 2 / March 2002 83 Seismic Hazards A Figura 62. Formato FEMA 154 - Vivienda No. 4 Fuente. Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Handbook FEMA 154, Edition 2 / March 2002 84 Seismic Hazards A Figura 63. Formato FEMA 154 - Vivienda No. 5 Fuente. Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Handbook FEMA 154, Edition 2 / March 2002 85 Seismic Hazards A 7.1 DETERMINACIÓN DEL VALOR ESTRUCTURAL CALIFICADOR “S” De acuerdo a la inspeccion realizada con el formato del fema 154 el valor minimo de calificacion es 2, por ende deberia ser evaluado por un ingeniero profesional especialista en estructuras. 86 8. CONCLUSIONES Para el análisis de las edificaciones se utilizó el Método FEMA 154 Rápida detección visual de edificaciones de peligros sísmicos potenciales (RVS), donde las edificaciones seleccionadas y valoradas corresponde a mampostería no reforzada URM el cual arroja el menor puntaje por debajo el mínimo aceptable por lo tanto esto determina que las edificaciones no tendrán un buen comportamiento frente a un sismo. Siguiendo las recomendaciones establecidas en el Título C.21 del Reglamento se observa que en la gran mayoría que las edificaciones valoradas no cuentan con columnas ni vigas, a lo largo de la estructura se observa que no es uniforme y no cuenta con continuidad de la misma, no se cumplen los requerimientos de dimensionamientos, existen irregularidades en planta, problemas de fisuración, además se evidencia que los elementos estructurales de gran peso en las segundas y terceras plantas que no cuentan con un buen agarre a dichas estructuras. De igual forma se identifica que durante el paso del tiempo algunos propietarios han ejecutado una serie de modificaciones estructurales sin antes ser valoradas correctamente y así afectando la rigidez de las mismas puesto que han utilizado sistemas inadecuados de construcción. Estas edificaciones fueron construidas mucho antes de implementarse la norma NSR – 10 lo cual se puede concluir que las fallas y fisuraciones estructurales se generaron debido a que no se contó con un previo estudio de suelos y debido a esto los asentamientos que se generaron por el paso del tiempo o por cargas estructurales que se le han sometido el terreno. En las inspecciones realizadas a las edificaciones fue muy precaria la información ya que ninguna cuenta con planos estructurales ni un estudio de suelos, nada que nos pudiera dar más certeza para emitir un análisis más detallado, solo contamos con la colaboración de los propietarios de las edificaciones y realizando el método de inspección rápida podemos concluir que la edificaciones en caso de ocurrir un sismo de gran escala podrían sufrir grandes fallas y tener pérdidas humanas; por lo que se recomienda efectuar un análisis más detallado de un profesional de la línea estructural. Es de vital importancia el conocimiento de la norma y más que eso su correcta interpretación, es por esto que en el presente informe se concluye que las edificaciones inspeccionadas requieren ser evaluadas con mayor detalle, ya que fueron construidas sin ningún tipo de diseño de acuerdo a lo especificado en el Reglamento Colombiano de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-10. 87 9. RECOMENDACIONES De acuerdo con el método FEMA, se pudo constatar que la totalidad de las estructuras y/o viviendas no superaron las puntuaciones mínimas que en este caso es mínimo 2. Al no cumplir las recomendaciones de la norma sismo resistente (NSR-10), se recomienda que las estructuras lleven a cabo una remodelación o en su defecto un mantenimiento, reforzando su sistema de muros de carga debido a que la totalidad de las viviendas tienen falencias en su sistema estructural de muros, se recomienda fortalecer con columnas y vigas que le brinden rigidez y estabilidad a las estructuras. El principal problema de estas edificaciones consiste en que son viviendas muy antiguas y los propietarios en muchos casos se niegan a fortalecer estas falencias de sus estructuras, por lo tanto estaría bien informar y documentar de los problemas que causarían estas falencias en caso de un sismo por lo tanto poder facilitar los siguientes documentos para su aprendizaje y tomar conciencia de lo importante que es contar con una estructura segura y cumpliendo los requisitos de la NSR-10 en especial el apartado A.10.9. Documentos: Reglamento Colombiano de construcción sismo resistente (NSR-10)33 Alternativa estructural de refuerzo horizontal en muros de mampostería34 Manual para la reparación y reforzamiento de viviendas de albañilería confinada dañadas por sismos35 Otras recomendaciones: En la actualidad, existen otras maneras de dar resistencia a los muros de mampostería, y es por medio de diversas clases de alambres que también se utilizan para construir muros de concreto. Una de ellas es el alambre recocido, el 33 Reglamento Colombiano de construcción sismo resistente (NSR-10). [En línea].Disponible en internet. < Reglamento Colombiano de construcción sismo resistente (NSR-10) >. [Citado: 28 de octubre de 2015] 34 Revista Ingenierías Universidad de Medellín, volumen 8, No. 14, pp. 51-69 - ISSN 1692-3324 enero-junio de 2009/158 p. Medellín, Colombia. Disponible en internet. [En línea]. < http://www.scielo.org.co/pdf/rium/v8n14/v8n14a05.pdf >. [Citado: 28 de octubre de 2015]. 35 MANUAL para la reparación y reforzamiento de viviendas de albañilería confinada dañadas por sismos. Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo - PNUD, 2009. Editor. Calle Los Cedros 269, Lima 27, Lima Perú. 88 cual es una tipo de acero muy delgado y libre de carbón, lo que lo vuelve maleable a la vez que resistente. Asimismo, el alambre recocido ofrece otras posibilidades de construcción más allá de los simples muros lisos, ya que es muy flexible y puede ser colocado de varias maneras para favorecer la creatividad y la innovación. Otra opción moderna para reforzar los muros de mampostería es el armex, el cual consiste en un enrejado de varillas de alambre más delgado del que se utiliza me manera corriente; al estar entrelazadas unas con otras, las varillas del armex tienen mayor firmeza y durabilidad36. Para vivienda usada, bien sea el caso de estructuras en pórtico de concreto reforzado o mampostería confinada, es necesario desarrollar currículos que expliquen cómo reparar muros, nudos, vigas y columnas agrietadas por evento sísmico y además el remplazo y reparación del acero de refuerzo corroído o expuesto. 37 Se recomienda la reparación y reforzamiento de las columnas y vigas siguiendo el siguiente procedimiento dependiendo los casos:38 CASO 1 Demoler el concreto de la parte superior de las columnas y extremos de las vigas dañadas Colocar una nueva armadura en remplazo de las varillas deformadas, soldando 1" las varillas nuevas con las existentes. Colocar 2Φ 2 en diagonal. Demoler la esquina superior del muro y dejar un ochavo. Llenar con concreto f`c=210kg/cm2 36http://www.nosmudamos.net/Construccion/opciones-para-refuerzos-de-muros-de- mamposteria.html 37PROMOCIÓN DE PRÁCTICAS DE CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE EN SECTORES URBANOS VULNERABLES. CARACTERIZACIÓN SOCIOECONÓMICA, AMBIENTAL, DE SALUBRIDAD Y ESTRUCTURAL DE LA VIVIENDA INFORMAL EN BOGOTÁ.SWISSCONTACT. 38 MANUAL para la reparación y reforzamiento de viviendas de albañilería confinada dañadas por sismos. Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo - PNUD, 2009. Editor. Calle Los Cedros 269, Lima 27, Lima Perú. 89 Figura 64. Caso 1 Fuente. MANUAL para la reparación y reforzamiento de viviendas de albañilería confinada dañadas por sismos (Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo - PNUD, 2009. Editor. Calle Los Cedros 269, Lima 27, Lima Perú). CASO 2 Si el muro de ladrillo tomara mucho cortante sísmico, porque la densidad de muro en la dirección de su eje es baja, agregar en el centro del muro, una placa de ancho “a” de concreto según la exigencia de la solicitación sísmica. Al picar el muro para encajar la nueva placa, hacerlo en forma endentada para formar llaves de corte y evitar que el muro “resbale” al lado de la placa, reduciéndose el efecto puntual en las esquinas superiores. Figura 65. Ejemplo Fuente. MANUAL para la reparación y reforzamiento de viviendas de albañilería confinada dañadas por sismos (Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo - PNUD, 2009. Editor. Calle Los Cedros 269, Lima 27, Lima Perú). 90 BIBLIOGRAFÍA LIBROS NSR-10 Normas Colombianas de Construcción Sismo resistente., Títulos A, D. Rapid FEMA .Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards. A Handbook FEMA 154, Edition 2 / March 2002. ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA (AIS). Manual de Construcción, evaluación y rehabilitación sismo resistente de viviendas de mampostería. 2001 TESIS LÓPEZ Willy Gallo, M. Inspecciones técnicas de seguridad estructural en edificaciones de concreto armado. Piura, Perú., 2006 Tesis para optar el Título de Ingeniero Civil. Universidad de Piura. LÓPEZ Palomino Paulo Marcelo. Propuesta de adaptación del documento ASCE/SEI 31-03 Evaluación Sísmica de Edificaciones Existentes. Bogotá, Colombia., 2014. Tesis de Maestría. PERALTA Buritica Henry. Escenarios de Vulnerabilidad y daño sísmico de las edificaciones de Mampostería de uno y dos pisos en el barrio San Antonio, Cali, Colombia.353p. Tesis para optar el título de ingeniero civil.Universidad del Valle. GÓMEZ Araujo Iván Darío. Generación de funciones de vulnerabilidad para edificaciones de mampostería no reforzada de baja altura utilizando técnicas de simulación. Bucaramanga, Colombia, 2006.Tesis para optar el título de ingeniero Civil. Universidad Industrial de Santander. ARTÍCULOS Revista Ingenierías Universidad de Medellín, volumen 8, No. 14, pp. 51-69 - ISSN 1692-3324 - enero-junio de 2009/158 p. Medellín, Colombia. Disponible en internet. [En línea]. < http://www.scielo.org.co/pdf/rium/v8n14/v8n14a05.pdf >. [Citado: 28 de octubre de 2015]. Fondo de prevención y atención de emergencias – FOPAE Bogotá Frente A La Gestión Integral Del Riesgo Sísmico Bogotá Colombia 2010. FOPAE – Coordinación de Investigación y Desarrollo - Escenario De Daños En Bogotá Por Un Sismo De La Falla Frontal De Magnitud 7.0 91 EN LÍNEA Natalia maría Sánchez y López maicol Josué Benavides. Caracterización de las condiciones estructurales en algunas viviendas residenciales del barrio san Antonio en Bogotá según nsr-10. Bogotá, Colombia, 2015 trabajo de grado para optar al título de ingeniero civil. http://seisan.sgc.gov.co/RSNC/Microzonificacion_de_Bogota_1993.pdf http://www.biblioteca.udep.edu.pe/bibvirudep/tesis/pdf/1_134_180_87_1230.pdf MANUAL para la reparación y reforzamiento de viviendas de albañilería confinada dañadas por sismos (Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo PNUD, 2009. Editor. Calle Los Cedros 269, Lima 27, Lima Perú). ARIANA Astorga. Centro de Investigación en Gestión Integral de riesgos. Patología en las Edificaciones. Módulo III- Sección IV. 2009 DIRECCIÓN DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS DE BOGOTÁ D.C. Evaluación de daños y de la seguridad de edificaciones después de un sismo. Módulo 4- Principios básicos de sismo resistencia UPZ 35 CIUDAD JARDÍN Acuerdos para construir ciudad http://www.sdp.gov.co/portal/page/portal/PortalSDP/InformacionEnLinea/Informaci onDescargableUPZs/15Localidad%20Antonio%20Nari%F1o/Cartillas%20UPZ/upz%2035%20ciudad%20ja rdin.pdf http://www.esetunjuelito.gov.co/sitio/index.php?option=com_content&view=article& id=557&Itemid=440 Decreto 523 de 2010- por el cual se adopta la microzonificación sísmica de Bogotá DECRETO 523 de 2010, artículo 2. Continuación del Decreto “Por el cual se adopta la microzonificación sísmica de Bogotá D.C”. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=40984 >. [Citado: 25 de octubre de 2015]. P.6 IDEA_Indicators riesgo sísmico: Indicadores de riesgo de desastre y de gestión de riesgos MANUAL para la reparación y reforzamiento de viviendas de albañilería confinada dañadas por sismos (Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo PNUD, 2009. Editor. Calle Los Cedros 269, Lima 27, Lima Perú). 92 http://www.nosmudamos.net/Construccion/opciones-para-refuerzos-de-muros-demamposteria.html PROMOCIÓN DE PRÁCTICAS DE CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE EN SECTORES URBANOS VULNERABLES. CARACTERIZACIÓN SOCIOECONÓMICA, AMBIENTAL, DE SALUBRIDAD Y ESTRUCTURAL DE LA VIVIENDA INFORMAL EN BOGOTÁ.SWISSCONTACT. 93 ANEXOS 94 ANEXO 1. Ficha técnica FEMA 154 95
