jueves, 16 de agosto de 2007

Daños en Edificacion debidos a Terremotos

QUE DAÑO SUELE CAUSAR UN TERREMOTO?
La principal causa de daños ocasionados por los terremotos es la propia sacudida. Dicha sacudida provoca la caída de numerosos objetos y el derrumbamiento de edificios. El colapso de edificios provoca sus habitantes queden atrapados entre los escombros, siendo frecuente que perezcan por aplastamiento. Por otra parte la caída de objetos puede causar numerosas heridas, llegando incluso a la muerte si se trata de objetos muy pesados (muebles, lámparas pesadas, falsos techos, etc.) o cortantes (fragmentos de vidrios de ventanas).
Es necesario conocer los aspectos más relevantes de los terremotos sobre las personas, las construcciones y el terreno, para poder preverlos, de una forma apropiada.
La mayoría de los accidentes que se puede producir por los terremotos son debido principalmente a los siguientes tipos de efectos:
a)EFECTOS SOBRE CONSTRUCCIONES E INFRAESTRUCTURAS
-Daños graves
-Colapso de construcciones, sobre todo aquellas de mala calidad y sin características sismorresistentes.
-Destrucciones y derrumbamiento parciales de edificaciones (caídas de techos, fachadas, tabiques, balcones, muros exteriores, etc.), grietas en los muros, etc.
-Incendios producidos por cortocircuitos, escapes de gas y materias inflamables.
-Inundaciones por roturas de embalses, conducciones de agua, etc.

Daños ligeros.

-Fisuras en muros, chimeneas, juntas, etc.
-Caiga de trozos de revestimiento, aleros, chimeneas, tejas, macetas, etc.
-Caída de cristales rotos y aplacados cerámicos, especialmente peligrosos cuando caen desde los pisos altos.
-Caída de muebles, objetos colgados, etc.
-Daños en infraestructuras.
-Daños en los sistemas de suministro esenciales (electricidad, agua, gas, etc.), e instalaciones.
-Daños parciales en las vías de comunicación (carreteras, puentes, túneles, vías de ferrocarril, etc.) debido a los asentamientos, desprendimientos y deslizamientos.
-Caída de postes y cables de alta tensión.

b) EFECTOS SOBRE EL TERRENO

Muchos de estos efectos son los causantes a su vez de destrozos en las construcciones y en las infraestructuras.
-Grietas en el suelo y cambios en el caudal de manantiales y pozos.
-Asentamientos diferenciales del suelo, fundamentalmente en terrenos sueltos y con gran cantidad de agua.
-Licuefacción de terrenos saturados de agua, sobre todo cuando la sacudida tiene gran duración.
-Desplazamiento del terreno a lo largo de la falla.
-Maremotos o "Tsunamis": olas que se producen con grandes terremotos de epicentro marino y que alcanzan una mayor altura al llegar a las costas.

c) EFECTOS DERIVADOS DE REACCIONES Y DE ACTUACIONES HUMANAS

Alteraciones psicológicas y fisiológicas en personas aterrorizadas, sobre todo en niños y enfermos.
-Actuaciones provocadas por el pánico: atropellos, huidas, aglomeraciones incontroladas, saltos desde ventanas, etc.
-Consecuencias derivadas de acciones inadecuadas sobre construcciones dañadas o personas afectadas.
-Los daños que produce los terremotos se concentran en las construcciones más vulnerables y en aquellos lugares con suelos más blandos.
Los daños causados por un terremoto son el resultado de varios factores:
1º La fuerza del movimiento. Es mayor cuanto mayor sea la magnitud del terreno y cuanto más cerca se esté del foco sísmico. Está fuerza decrece a medida que el lugar está más lejos del epicentro.
2º La duración de la sacudida. Los daños son mayores cuanto más dure la sacudida. Los terremotos de mayor magnitud producen sacudidas de mayor duración.
3º El tipo de suelo. Modifica las características de las sacudidas sísmicas. El movimiento del terreno es mayor cuanto más blando sea éste, más gruesa sea la capa del suelo y sobre todo, cuando dicha capa está saturada de agua.
4º Tipo de construcciones. Algunos tipos de construcciones no son suficientemente resistentes ante los movimientos laterales a los que les somete un terremoto. Esto se agrava cuando la estructura de la construcción está degradada, su cimentación es mala o se han cometido defectos graves en la edificación.
Otros factores que también influye en los daños son:
- Cimentación inadecuada al tipo de terreno, porque sea insuficiente o este mal enlazada entre sí. - La pendiente del terreno, sobre todo para aquellas construcciones situadas en laderas con gran pendiente o en terrenos poco firmes.
- La falta de separación entre edificios, ya que con el movimiento se golpean entre ellos (fenómeno "aplauso"), fenómeno que se ve incrementado con la altura de los mismos y la diferencia de alturas entre edificios colindantes.
Otro fenómeno que suele acompañar a muchos terremotos, y que a veces ha causado más daños que la propia sacudida, es el fuego. Como consecuencia de la vibración pueden romperse las conducciones de gas; una chispa puede desencadenar un incendio que arrase un edificio o incluso uno barrio. La falta de suministro de agua y el colapso de los servicios de emergencia (bomberos, protección civil, ...) puede además impedir que se pueda apagar este incendio.
Otros daños o situaciones que puede causar un terremoto son:
-Cierre de carreteras y vías férreas.
-Colapso de puentes.
-Cierre de supermercados y comercios en general.
-Contaminación del aire y agua por escapes tóxicos e incendios.
-Colapso de hospitales.
-Falta de zonas de acogida.
-Exposición a las inclemencias del tiempo.

4.1. COMO VARIA LA PELIGORSIDAD SISMICA SEGUN EL LUGAR
El movimiento del terreno es debido a la llegada de ondas sísmicas que se propaga desde el foco sísmico a través de la roca hasta el lugar. En él, la composición de la capa más superficial influye decisivamente en las características finales de la sacudida sísmica.
La peligrosidad sísmica varía en una región, dependiendo de la cercanía a las fallas activas, del tipo de terreno y de lo propenso que sea éste a desestabilizarse. Los daños se concentran en áreas donde existen suelos poco firmes y donde hay zonas deslizantes.
Los movimientos sísmicos están gobernados por la composición y las propiedades físicas de la capa cercana a la superficie del terreno, ocurriendo los movimientos vibratorios más grandes en los suelos blandos y saturados de aguas.
TIPO DE TERRENO ACCION SOBRE LA VIBRACIÓN EFECTOS PROBABLES
Roca estable No se incrementa El terreno se mantiene firme
Roca no estable Apenas se incrementa Puede haber desprendimientos

Suelo no consolidado Se incrementa El suelo pierde su firmeza, más cuanto más agua contenga

Suelo blando o rellenos Se incrementa mucho Asentamientos del suelo, desliza- mientos, posible licuefacción



En la fotografía superior se pueden apreciar los daños producidos por el terremoto de Teora (Italia) en Noviembre de 1980, que alcanzo una intensidad máxima M.S.K. VIII-IX. En ella se alternan diversas edificaciones de estructura de muros de fábrica y forjados de madera con estructura de hormigón armado y cerramientos de fábrica, en los que se pueden observar dos tipos de daños muy distintos, mientras que en la parte superior las edificaciones aparecen intactas, las de la parte inferior han colapsado en su mayoría. Las causas de este diferente comportamiento ante una misma sacudida hay que buscarla por una parte en la naturaleza del suelo y por otra en la antigüedad de las edificaciones. No todos los suelos transmiten la onda sísmica de la misma manera, pudiendo existir grandes diferencias de amplitud y de duración de un lugar a otro dependiendo de la estructura del suelo. Por otro lado las estructuras de muro de fábrica y mampostería no se comportan bien durante un terremoto; a esto se añade el posible deterioro debido al paso del tiempo tal como cabezas de vigas podridas....

4.1.1. LICUEFACCIÓN DEL TERRENO
Si un movimiento sísmico origina sorpresas no son menos las que pueden ocasionar algunos tipos de terrenos, como los licuables, (aquellos que ante esfuerzos vibratorios pierden su resistencia al esfuerzo cortante), que durante el terremoto se transforman en una especie de barro fluido que provoca el hundimiento de edificios, muros de embalses, carreteras etc., debido a que se quedan sin base de apoyo.
La licuefacción es un fenómeno que se producen en terrenos blandos saturados de agua durante sacudidas sísmicas fuertes y largas. El suelo se comporta y fluye como líquido debido a que las vibraciones sísmicas aplican fuerzas al fluido que rellena los huecos entre los granos de arena, causando la salida de agua y fango a la superficie durante la sacudida. Esto compacta finalmente los granos de arena y provoca asentamientos del terreno o deslizamiento, al producirse una sensible pérdida de resistencia en los estratos afectados. La licuefacción ocurre particularmente cuando el nivel del agua subterránea es superficial y en zonas como lechos fluviales, estuarios, rellenos artificiales, etc. Las vibraciones también pueden producir asientos en rellenos y suelos granulares flojos.



Como se produce la licuefacción con las sacudidas sísmicas fuertes


Edificios de estructura de hormigón armado con cerramientos y particiones interiores de fábrica, dañados por el terremoto de Nigata, Japón; 16 de Junio de 1964; magnitud Richter 7,5
Debido a la licuefacción del suelo sobre el que se sustentaban, éstos edificios han volcado hundiéndose parcialmente. Ni la estructura ni los cerramientos han sufrido grandes daños, debido a su gran rigidez y a estar preparado para soportar empujes horizontales. De no ser así, hubieran partido los pilares por el incremento de momentos que se originan al quedar inclinado.
La ciudad de Nigata, se encuentra construida sobre depósitos sedimentarios que tienen una densidad muy baja, además, el nivel freático esta muy cerca de la superficie. Este tipo de daños se pudo observar en 200 de los 310 edificios de hormigón armado dañados durante el terremoto.


Edificio de estructura de hormigón armado con cerramientos y particiones de fábrica dañado durante el terremoto de Ciudad de México, México; Septiembre de 1985; magnitud Richter 8,1; máxima intensidad M.S.K. IX.
El edificio se ha hundido en el terreno aproximadamente media planta, mientras que el resto de la estructura no ha sufrido daños.
Es conveniente antes de construir, saber si se puede producir la licuefacción del terreno sobre el que se va a apoyar nuestro edificio. En el caso de ser una capa de tierra pequeña se puede sustituir o tomar como base de cimentación una amplia losa muy rígida que reduzca los daños en caso de producirse el fallo.
4.1.2. DESPLAZAMIENTO DE LAS TIERRAS.

Es conveniente no confundir una licuefacción con un desplazamiento de tierras, siendo éste más frecuente en terrenos que forman taludes, cuando existen muros de contención.

Edificio de estructura de madera con cerramiento y particiones interiores también de madera, dañado durante el terremoto de Anchorange, Alaska, U.S.A.; Marzo de 1964; magnitud Richter 8,6; máxima intensidad M.S.K. VIII - IX
La vivienda ha sido arrastrada por un corrimiento de tierras.

No sólo es necesario garantizar la estabilidad y el comportamiento antisísmico de las estructuras, sino vigilar cuales son las condiciones del terreno en el que se asientan. En la medida de lo posible, evitar construir en laderas con tendencias a deslizamiento.

En las fotos anteriores, se puede ver como un desplazamiento de tierras ha arrastrado y sepultado un conjunto de viviendas que se encontraba a media ladera.

4.2. DAÑOS MAS COMUNES PROVOCADOS POR LOS TERREMOTOS EN LAS EDIFICACIONES
Los daños más fuertes provocados por los terremotos en las edificaciones dependen de la estructura de los mismos y de los componentes no estructurales de la obra para un mismo lugar. Para lugares diferentes, aunque cercanos, puede haber daños diferentes en estructuras similares debido a los fenómenos de ampliación. En realidad los edificios se ven sometidos a sacudidas sísmicas diferentes que provienen del mismo terremoto.
4.2.1. MANIFESTACIÓN DEL SISMO EN UNA EDIFICACIÓN.
El sismo se manifiesta por vibraciones en cualquier sentido y se traduce a efecto de cálculo en un empuje horizontal por plantas. También pueden existir vibraciones verticales en la estructura que hacen que se produzcan trepidaciones, especialmente cerca del epicentro, estos terremotos son conocidos como terremotos burbujeantes.

El movimiento brusco del suelo, se transmite al edificio a través de la cimentación dando origen a fuerzas de inercia que se oponen a este movimiento. Estas son las fuerzas sísmicas que actúan sobre el edificio.
Si el edificio está lejos del epicentro sufre casi en su totalidad movimientos horizontales, y si está cerca en mayor cuantía vibraciones verticales (terremotos burbujeantes) y también horizontales.


Probable distribución de las vibraciones verticales dependiendode la magnitud y profundidad del hipocentro.

Los efectos del sismo pueden incrementarse debido a la resonancia, pudiendo decirse que un movimiento sísmico de baja intensidad y larga duración es a veces más peligroso que otro de intensidad alta y corta duración, pues el primero está más expuesto a entrar en resonancia.
Las características vibratorias pueden cambiar en el transcurso del sismo, quedando interrumpida la resonancia.

El empuje de sismo afecta de la siguiente forma:


-Aumenta considerablemente la cuantía de la armadura superior en vigas y viguetas al incrementarse el momento en éstas, siendo más acentuado en las plantas inferiores.
-Aumenta el cortante en vigas y viguetas.
-Incrementa el momento, cortante y axil en pilares.
-Aumenta las cargas en cimentación.

4.2.2. DEFORMACIÓN DE LA ESTRUCTURA.


Una grieta causada por un movimiento sísmico es inconfundible, pues se produce en diagonal en forma de aspa. Para que se pueda comprender mejor el origen de esta grieta, se representa la figura, donde se ha dibujado el pórtico A, deformado por un empuje desde la izquierda, la diagonal que toma mayor medida rompe el plano vertical (cerramientos, muros, ...), con una fisura de tracción.
En el pórtico B el empuje es por la derecha, produciéndose también la fisura en la otra diagonal.
Una vez transcurrido el movimiento sísmico queda el cerramiento con una fisura o grieta en cada diagonal como se indica en la figura C.

la grieta o fisura, apareciera en una sola de las diagonales, no indicaría que se ha producido un asiento diferencial de la estructura

En las fotografías anteriores, pueden observarse un edificio con estructura de hormigón armado y cerramiento de hormigón armado, que resulto dañado durante el terremoto de Anchorage, Alaska, U.S.A.; Marzo de 1964; magnitud Richter 8,6 y máxima intensidad M.S.K. VIII - IX

En un edificio sometido a fuerzas horizontales como las que origina un terremoto, aparecen esfuerzos cortantes de consideración. Como es un fenómeno oscilatorio, el cortante varía de sentido, produciéndose una excesiva inversión de esfuerzos que en los planos verticales se manifiesta como grietas en forma de "X" claramente definidas. Cuando se recurra, como en este caso, al hormigón armado para ejecutar los cerramientos, es necesario disponer una armadura específica para soportar el cortante que puede aparecer como consecuencia de un sismo.
La deformación de los pórticos de la figuras A y B puede parecer exagerada, pero también sucede en la realidad, como se puede apreciar en la fotografía siguiente. Si se observan las puertas se puede ver como una diagonal se acorta, y la otra se alarga.

4.2.3. RESONANCIA O SINCRONISMO.
Cuando una estructura tiene la misma frecuencia que la del movimiento sísmico puede entrar en resonancia, siendo en este caso las plantas altas las más afectadas.
En la figura se expone un ejemplo de cómo afecta un movimiento sísmico a la estructura cuando entra en resonancia.



En la sección A se simboliza con una flecha y el número 1 el empuje inicial hacia la izquierda, que hace que la parte superior de la estructura sufra mayor deformación, desplazándose hacia la derecha. Si cuando la estructura tiende a tomar su posición inicial se ve afectada por el empuje 2 (sección B), la deformación se incrementa. Si el edificio sigue en la misma frecuencia del movimiento sísmico al intentar tomar la verticalidad, se ve afectado por el empuje 3 (sección C), toma un mayor desplazamiento hacia la derecha; a continuación, le sucede lo mismo con el empuje 4 (sección D) y así sucesivamente, hasta quedar destruidas las plantas superiores. A este proceso se le llama "resonancia o sincronismo" y por muy resistente que sea la estructura, como el movimiento sea muy prolongado, al ir incrementándose los desplazamientos, la estructura no podrá adsorber las deformaciones y colapsara.
Para "mayor tranquilidad", conviene saber que las características vibratorias pueden cambiar en el transcurso del sismo, al fisurarse e incluso partir elementos del edificio, perdiendo su rigidez y por lo tanto, la frecuencia de resonancia.

4.2.4. FENÓMENO APLAUSO.
Todo movimiento sísmico puede engendrar sorpresas, como en este caso ha sucedido al formar unión tres edificios.
En la figura se representan tres edificios, el número 3 durante el movimiento sísmico se desplaza hacia la izquierda. Al ser de doce plantas y de estructura metálica experimenta una gran deformación.
El edificio número 2 se desplaza igualmente hacia la izquierda con gran deformación ya que también es empujado por el número 3. En su desplazamiento se encuentra impedido por la reacción del edificio 1 de cuatro plantas, más rígido que coarta su deformación, provocando fuertes cortantes y cizallamiento a los pilares que rebasan la altura del bloque 1, lo que hace que se produzca el aplastamiento de las plantas 6 y 7 como se puede observar en la fotografía.
Para mayor sorpresa, se puede ver en el edificio afectado cómo el resto de las plantas al caer han quedado de pie y los soportes desplazados de los de las plantas inferiores.
Es conveniente crear amplias juntas en edificios de diferentes alturas para que puedan vibrar de forma distinta durante un movimiento sísmico y evitar así el choque violento entre edificios.
Para evitar este fenómeno, en la ciudad de San Francisco (U.S.A.) que resulto destruida durante le terremoto y posterior incendio en 1906, el actual ordenamiento urbano de la ciudad impide que edificios de diferentes alturas puedan estar juntos y a partir de cierta altura, los edificios deben estar aislados. También existe una anchura mínima de las calles para que estas puedan servir de cortafuegos en caso de incendio





Edificio de hormigón armado y fachada formada por un muro cortina, dañado durante el terremoto de Ciudad de México, México; Septiembre de 1985; magnitud Richter 8,1; máxima intensidad M.S.K. IX. Graves daños estructurales con colapso de una planta intermedia.

4.2.5. BOVEDAS
Las bóvedas de eje vertical (torres, ábsides, cúpulas, etc.) resisten perfectamente las sacudidas sísmicas. En cambio, las bóvedas de eje horizontal son las más castigas por los movimientos sísmicos.
Iglesia dañada durante el terremoto de Armenia; Diciembre de 1988; magnitud Richter 6,8, en la que se puede observar como el ábside (bóveda de eje vertical) que circunda el altar mayor esta en píe, mientras que la bóveda horizontal que cubría la iglesia se ha derrumbado.

Estas edificaciones son vulnerables por causa del deterioro, falta de amarre en la cimentación, falta de refuerzos, falta de rigidez, etc. El problema más frecuente al ser sometida a sacudidas sísmicas, es la falta de diafragmas rígidos al nivel de pisos o techos que repartan los efectos sísmicos a los muros orientados en cada dirección. Esto es especialmente grave cuando, por remodelaciones o cambio de destino, se eliminan algunos muros, para abrir vanos. En ocasiones también hay problemas por flexión perpendicular al plano de muros altos o por falta de una unión adecuada entre los distintos muros. Cuando los muros de carga y la cubierta están bien trabados entre sí o reforzados con tirantes, son construcciones que aumentan su resistencia ante fuerzas laterales, con periodos de vibración cortos. El defecto clásico de muchas de las cimentaciones empleadas en este tipo de estructuras es la poca profundidad de los cimientos y la mala calidad de los materiales de los mismos. Sin embargo, cuando la cubierta no está bien empotrada en los muros de carga ó el empuje que ejerce sobre ellos no está contrarrestado, este tipo de construcción es sumamente vulnerables a los esfuerzos laterales.


Grado 1: Daños de despreciables a ligeros (ningún daño estructural, daños no-estructurales ligeros) Fisuras en muy pocos muros. Caída sólo de pequeños trozos de revestimiento.Caída de piedras sueltas de las partes altas de los edificios en muy pocos casos.




Grado 2: Daños moderados (daños estructurales ligeros, daños no-estructurales moderados)Grietas en muchos muros. Caída de trozos bastante grandes de revestimiento.Colapso parcial de chimeneas




Grado 3: Daños de importantes a graves (daños estructurales moderados, daños no-estructurales graves) Grietas grandes y generalizadas en la mayoría de los muros.Se sueltan tejas del tejado.Rotura de chimeneas por la línea del tejado.Se dañan elementos individuales no-estructurales (tabiques, hastiales y tejados).

Grado 4: Daños muy graves(daños estructurales graves, daños no-estructurales muy graves)Se dañan seriamente los muros.Se dañan parcialmente los tejados y forjados.




Grado 5 Destrucción (daños estructurales muy graves)Colapso total o casi total.


Clasificación del grado de daño en edificios de mampostería no reforzada según la escala MSK



Clasificación del grado de daño en edificios de mampostería no reforzada según la escala MSK


Vista del centro de Managua después del terremoto de Managua, Nicaragua de 1972 (M = 6,2). El centro de Managua, estaba compuesto principalmente de edificios de mampostería sin reforzar y edificios de adobe. La mala ejecución de estos edificios que no asegura una correcta unión entre los cerramientos y la estructura, hacen que ante el más mínimo temblor, los cerramientos se colapsen.



Edificio de estructura de madera y fábrica de ladrillo, dañado durante el terremoto de Coalinga, California, U.S.A.; Mayo de 1983; magnitud Richter 6,7; máxima intensidad M.S.K. VIII



Se ha producido la rotura de la parte superior de un cerramiento de fábrica, mientras que el que es perpendicular permanece intacto. En función de la orientación del paño caído se puede deducir la dirección de propagación del terremoto, ya que los paños perpendiculares a la dirección de propagación de las ondas sísmicas son los más castigados.
El mayor problema de este tipo de edificios es la rotura fuera del plano del cerramiento, lo que produce la caída del mismo. Esto se debe en gran parte a la ausencia de conectores o debilidad de los mismos entre paredes, entre paredes y suelos o paredes y techos.
El que la rotura aparezca en las partes altas obedece entre otras causas en que a medida que se asciende, el confinamiento que produce el peso del cerramiento sobre las hiladas inferiores disminuye y los morteros, no son capaces de mantener trabada la fábrica. La forma semejante a una catenaria, nos indica que este edificio estaba muy cerca del epicentro, produciéndose en esa zona un movimiento burbujeante




Edificio de estructura de hormigón armado con cerramientos y particiones interiores de fábrica de ladrillo, dañado durante el terremoto de Whittier, California, U.S.A.; Octubre de 1987; magnitud Richter 5,9; máxima intensidad M.S.K. VIII, en el que se puede ver como la chimenea de fábrica de ladrillo ha partido.
Los elementos de fábrica de ladrillo exentos en su totalidad o parte, son muy vulnerables. En las viviendas unifamiliares son típicas las roturas en las partes superiores de las chimeneas. En las zonas de alto riesgo sísmico, se debe reforzar mediante perfiles metálicos o cualquier otro sistema que le proporcione la ductilidad necesaria para que no se produzca la caída al suelo, con el consiguiente riesgo para las personas.
4.2.7. DAÑOS EN ESTRUCTURAS DE MUROS DE CARGA CON REFUERZOS.
Los sistemas de forjado de hormigón colocado in situ, constituyen diafragmas horizontales suficientemente rígidos para transmitir los efectos sísmicos a los muros resistentes en cada dirección, lo que mejora notablemente el comportamiento tanto bajo fuerzas laterales debidas al sismo como bajo el efecto de hundimientos diferenciales en zonas de terreno comprensible; las alturas entre forjados son menores. En algunos casos, aunque el sistema de forjado sea prefabricado suele colocarse sobre él un firme, en ocasiones reforzado con malla de acero, que ayuda a formar el diafragma. La gran densidad de muros, continuos en toda la altura, suele aportar la rigidez suficiente para movimientos en dirección horizontal y sus periodos son también relativamente cortos.
4.2.8. DAÑOS DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO.
Los fallos más comunes son los siguientes:
1. Desmoronamiento inclinado de las vigas en la proximidad de sus extremos debido a la tensión diagonal. En ocasiones aparecen dos grietas formando una cruz, como consecuencia de la inversión de esfuerzos.
2. Desprendimiento y desmoronamiento del hormigón en la parte inferior de las vigas cerca de la unión con los pilares, como consecuencia del exceso de compresión por flexión y de pandeo del acero de refuerzo del lecho inferior de las vigas. En algunos casos se puede observar que existe el mismo tipo de daño en las partes superior e inferior de las vigas, causado por inversión de momentos flectores.
3. Deslizamiento o punzonamiento de los pilares en los capiteles de estructuras de forjados reticulares provocado por tensión diagonal.
4. Agrietamiento inclinado de los pilares, provocado por tensión diagonal. En la mayoría de los casos estas grietas se orientan en dos direcciones y forman una cruz, por efecto de la inversión de esfuerzos; en otros casos las grietas se orientan en una sola dirección, sobre todo en estructuras que sufren asentamientos diferenciales antes o durante el terremoto.
5. Desprendimiento y desmoronamiento del hormigón en los pilares, así como pandeo del acero de refuerzo, como consecuencia de la repetida inversión de esfuerzos y las grandes deformaciones provocadas por el terremoto.
6. Agrietamientos diagonales en cruz en muros de carga o de relleno provocados por tensión diagonal por haber un exceso de carga en ambos sentidos.




Hoapital de estructura de hormigón armado con cerramiento y particiones interiores de fábrica de ladrillo dañado durante el terremoto de San Fernando, California, U.S.A.; Febrero de 1971; magnitud Richter 6,6; máxima intensidad M.S.K. VIII - IX

Los pilares de la planta baja han sufrido un gran desplazamiento lateral. Algunos, los menos dúctiles, se rompieron; otros, sufrieron gran deformación pero sostuvieron el edificio.
En este caso, la mayoría de los pilares de la planta baja tenían un zunchado en espiral que proporcionó un alto grado de confinamiento incrementó la resistencia y deformación última del núcleo de hormigón, así como la alta resistencia a cortante. Puede apreciarse la diferencia del comportamiento entre los pilares que tenían un zunchado en espiral y los que presentan estribos de diámetro pequeño y muy separados. Este sistema podría ser una opción a combinar con otros mecanismos de arriostramiento ante empujes horizontales en las plantas diáfanas.


Edificios estructura de hormigón armado con cerramiento y particiones interiores de fábrica de ladrillo, dañados durante el terremoto de Bucarest, Rumanía; Marzo de 1977, magnitud Richter 7,2.

La mayoría de las edificaciones que se derrumbaron durante este terremoto, eran casa viejas desarrolladas en altura (de unas 10 plantas). Los edificios más dañados fueron los situados en las esquinas. La forma asimétrica de las plantas, la desigual distribución de los muros, escaleras, pantallas y otros elementos estructurales introducen unos esfuerzos de torsión de importancia que pueden ocasionar graves daños.






Edificio de estructura de hormigón armado. Forjado reticular de casetones recuperables. Fachada formada por un muro cortina, dañado durante el terremoto de Ciudad de México, México; Septiembre de 1985; magnitud Richter 8,1; máxima intensidad M.S.K. IX


Las plantas superiores han colapsado; el muro cortina de la fachada ha sufrido graves daños. En alguna planta falta el falso techo.
Los forjados reticulares se comportan bien en cuanto a flexibilidad, pudiendo tener grandes desplazamientos horizontales sin sufrir daños, pero presentan problemas de punzonamiento, Los pilares suelen atravesar limpiamente los forjados y éstos se desploman hechos una sola pieza pudiendo producir el colapso de las plantas inmediatas inferiores.

.2.8.1. FISURAS EN PILARES.
Los pilares de planta baja son los más afectados en un terremoto, dado que tienen que soportar todo el peso de la edificación y evitar que se desplace, quedando sometidos a fuertes momentos y cortantes, por lo que se les debe prestar mayor atención durante su cálculo y ejecución.
La parte superior de los pilares es la más afectada en un movimiento sísmico, ya que en esa zona el hormigón suele tener menor resistencia, debido a que en su ejecución durante el vibrado se acumula en la parte alta el árido fino y agua de amasado, siendo más acusado este efecto en pilares de mayor altura.
Los pilares más vulnerables ante un terremoto son los de esquinas en planta baja, seguidos de los de fachadas.
El tipo de rotura más frecuente es por aplastamiento del hormigón en la cabeza del pilar y por cortante con fisuras como la que se indica en las figuras siguientes

1.-Corte completo del pilar
2.-Posible rotura de armaduras longitudinales.


CAUSAS


1.-Dimensionamiento inadecuado para resistir los esfuerzos producidos por la acción sísmica.



4.2.9. ESTRUCTURAS DE ACERO
Las estructuras metálicas, por ser más elásticas que las de hormigón armado, experimentan mayores deformaciones en el trascurso de los sismos y quedan con mayor número de fisuras en cerramientos y tabiquerías.
En las edificaciones de bastante altura, se desprenden con frecuencia los cerramientos de fachadas, siendo las plantas altas las más afectadas.





Nave industrial de estructura metálica, cerramiento formado por una retícula de perfiles metálicos y paneles, dañada durante el terremoto de Coalinga, California, U.S.A.; Mayo de 1983; magnitud Richter 6,7; máxima intensidad M.S.K. VIII.
No ha habido problemas de estabilidad en la estructura, en cambio los paneles que forman el cerramiento de la nave, han saltado en gran número.
La rigidez adicional que introducen elementos no estructurales, como las particiones interiores o las fachadas debe ser tenida en cuenta. Esta fotografía describe un cerramiento donde se confía a los paneles prefabricados además de la misión física de cerrar, la de proporcionar una ligera rigidez en el plano de la fachada a una estructura flexible de perfiles de acero. Para conseguirlo es necesario que los anclajes entre el marco y el panel sean los adecuados, de no ser así este último salta.
Las estructuras metálicas, cuando son muy esbeltas y tienen unos soportes muy resistentes, caen como si fueran una especie de mecano.






Deposito de agua dañado durante el terremoto de Imperial Valley, California, USA, en 1979. La estructura se ha colapsado debido a la gran esbeltez que tenía y la existencia de una gran masa (el agua del depósito) encima de la estructura, que ante la aparición de un movimiento sísmico, crea un gran momento en la base, que la estructura es incapaz de aguantar.
Durante un terremoto, se originan con frecuencia incendios, debiendo protegerse la estructura contra ellos, especialmente las plantas de garaje, pues un edificio que ha sido capaz de soportar un terremoto, puede quedar destruido al ser afectados los soportes por las llamas, debido a que las instalaciones contraincendios, pueden quedar inutilizadas y los bomberos no pueden acudir al mismo tiempo a todos los edificios siniestrados.
4.2.10. EFECTO DE PILAR CORTO
Es un efecto que se produce en los pilares de una estructura cuando un elemento superficial como un paño de fábrica o un muro de hormigón coartan la posibilidad de deformación del pilar en parte de su longitud. Esta coacción produce tensiones adicionales no previstas en el cálculo que hacen que el pilar se agriete o llegue incluso a la rotura total.
Un caso típico se observa en los semisótanos. Los pilares están parcialmente embutidos en los muros de sótano salvo en su parte superior, que es donde normalmente se coloca una ventana estrecha y alargada para iluminar y ventilar, generalmente en esta zona el pilar se agrieta o incluso llega a romper.



Edificio de estructura de hormigón armado y cerramiento y particiones de ladrillo, dañado durante le terremoto de Managua, Nicaragua en 1972, en el que se puede ver como el pilar no ha podido deformarse como en un principio había sido calculado por culpa del cerramiento que impedía el movimiento libre de la parte inferior del pilar.


4.2.11. EFECTO DEL PISO BLANDO
Si las particiones interiores de un edificio entran en carga durante un terremoto y colaboran con la estructura para resistir sus efectos sin haber sido calculados para absorber la fuerza que les corresponda en función de su rigidez, el comportamiento de la estructura será muy distinto al supuesto en el proyecto.
Un caso particular es el llamado "piso blando". Se produce en aquellos edificios que teniendo una distribución de particiones interiores más o menos similar en todas sus plantas, una de ellas se presenta diáfana.
La sacudida sísmica al subir por la estructura la va deformando y ésta transmite parte de la carga a los paños de fábrica. En el camino de vuelta la energía que se había ido repartiendo entre la estructura y las particiones, al llegar a la planta diáfana se concentra en los pilares produciendo graves daños que pueden llegar al colapso de todo el edificio por rotura de los mismos.
Es un caso típico que puede darse en edificios residenciales con abundante compartimentación en todas sus partes menos en la baja, que suele estar destinada a garaje o locales comerciales.

Edificio de estructura de madera con cerramientos y particiones también de madera, dañado durante el terremoto de Loma Prieta, California, U.S.A.; Octubre de 1989; magnitud Richter 7,1; máxima intensidad M.S.K. VII - IX

Se observa un gran desplazamiento lateral de la planta baja, que ha arrastrado al resto del edificio sin que aparentemente haya sufrido más daños. Es un caso de "piso blando", sin llegar al colapso, pero con graves daños estructurales.
Los bajos de este edificio están destinados a locales comerciales o cocheras. La ausencia de particiones interiores y de un sistema de arriostramiento ante los esfuerzos horizontales son la causa del gran desplazamiento lateral que ha sufrido la estructura.

Edificio de estructura de hormigón armado y uso comercial, dañado durante el terremoto de Managua, Nicaragua de 1972.


El desplazamiento lateral que puede observarse en la planta baja, es un caso típico de "piso blando", ya que a excepción de las lunas de los comercios, la planta baja era diáfana, mientras que la primera planta, presentaba particiones interiores y cerramientos exteriores



Edificio de Hormigón armado, dañado durante el terremoto de El Asnam, Argelia de 1980.


Este edificio, presenta una inclinación de 20ª sobre su vertical, como consecuencia del efecto de piso blando, que daño seriamente su estructura. En la planta baja de este edificio, existía un forjado sanitario de un metro de altura, que durante el terremoto se comporto como una planta diáfana.




Una de las formas más económicas de reforzar un edificio que se encuentre en una zona de alto riesgo sísmico (en este caso se trata de un centro comercial de San Francisco, U.S.A.), contra el efecto de piso blando, es incluir como se puede ver en la fotografía, dos vigas metálicas formando una cruz de San Andrés.


4.2.12. FALLOS DE DISEÑO
4.2.12.1. DISTRIBUCIÓN DE MASAS






En el esquema superior, puede verse la sección del ala de cuidados intensivos del Hospital Olive que resulto dañada en el terremoto de San Fernando (California – 1971). En esta sección, se puede ver la mala distribución de masas del edificio, al existir una zona ajardinada de 46 Cm. de espesor sobre un forjado, que presentaba discontinuidades de rigidez y resistencia, entre la estructura principal del edificio y la zona ajardinada. A consecuencia de esta mala distribución de masas y la discontinuidad de la estructura, la zona ajardinada, se colapso, al no aguantar los pilares que la sustentaban, el esfuerzo a cortante que genero el terremoto.



4.2.12.2. SIMETRÍA Y REGULARIDAD



En los edificios no simétricos, el centro de masas y el de torsión, no coinciden, produciéndose en el edificio un efecto de torsión. En edificios con una planta rectangular alargada, se produce el mismo efecto




Durante el terremoto de Guatemala en 1976, el Hotel Terminal, sufrió el colapso de una de sus plantas. Exteriormente, el edificio era simétrico y regular, pero la estructura no lo era, ya que el núcleo de escaleras y ascensores, no se encontraban en el centro de la estructura, además, en la segunda planta (que es la que fallo), se encontraba un restaurante, que impedía la continuidad de las particiones entre la planta inferior y superior, al encontrarse esta planta diáfana (efecto de "piso blando"). Esta disposición irregular de masas, hace que se produzca una excentricidad en esta planta que durante el terremoto, se tradujo en fuerzas de torsión que terminaron por colapsar los pilares de esta planta.








El desplazamiento de los pilares hacia la derecha, es debido a la rotación de la parte superior del edificio, por efecto de las fuerzas de torsión que se produjeron.
Como puede verse, las plantas altas del edificio se han desplazado hacia la derecha, arrastrando con ella la cabeza de los pilares, mientras que la parte inferior a permanecido en su posición, produciéndose por consiguiente el colapso de los pilares (la parte superior e inferior de los pilares están cara a cara).


4.2.13. COMPARACIÓN DE LOS DAÑOS SUFRIDOS POR UN EDIFICIO BIEN DISEÑADO Y OTRO QUE NO LO ESTABA
Un ejemplo de los avances realizados en el diseño de edificios, es la comparación de los daños sufridos por los edificios del Banco de América y el Banco Central, durante el terremoto de Managua en 1972. Ambos edificios se encontraban en la misma calle, pero los daños sufridos por cada uno de ellos fueron muy diferentes, ya que el Banco de América, había sido construido respetando las normas de diseño en zona sísmica, mientras que el Banco Central no.

Vista del Banco Central (Izquierda) y el Banco de América situados en el centro de Managua, Nicaragua.

El Banco Centrar era un edificio de 15 plantas y 2 sótanos, con estructura de hormigón armado, que tenía el núcleo de ascensores, situado de forma excéntrica sobre la estructura del edificio y dos sótanos, además el cuarto de máquinas de ascensores, se encontraba en la cubierta. Durante el terremoto de 1972, este edificio sufrió graves daños (las 12 platas superiores, tuvieron que ser demolidas), mientras que el Banco de América, que era más alto que el anterior (era el edificio más alto de Managua en 1972), apenas sufrió daños que pudieron ser reparados. El Banco de América era un edificio de 17 plantas y 2 sótanos, con estructura de hormigón armado, planta cuadrada y el núcleo de ascensores situado en el centro de la misma.

2 comentarios:

Anónimo dijo...

Super interesante todo lo que pusiste, me sirvió mucho para un trabajo de la universidad

Anónimo dijo...

aki esta todo lo que necesito para el trabajo de fundamentos... (trabajo que piden fielmente cada semestre como si no tuvieran mas nada de que enseñar)

yo se que "maria Casadiego" encontrara sta pagina... espero que te sirva...

Att: julio