Construccion Economica Resistente a Sismos

Al examinar las fallas estructurales producidas en edificios a raíz de un sismo, se aprecia que en la mayor parte de los casos ha sido la ejecución deficiente una de las principales, si no la fundamental, causa de falla. A continuación se destacan los defectos de ejecución más importantes agrupándolos por elementos estructurales y por sistemas constructivos.
FUNDACIONES.-
Aparte de las fallas de la fundación atribuibles al suelo, es importante enumerar algunos defectos que pueden contribuir a un comportamiento inadecuado en cimientos y sobrecimientos.
• CIMIENTOS
Cuando las excavaciones resultan de mayor ancho que el especificado, es necesario disponer un relleno posterior adecuado, que puede lograrse con hormigón pobre o tierra apisonada. La forma descuidada en que se hacen estos rellenos causa hundimientos de los suelos vecinos al edificio y la rotura de tuberías. La mala protección de los bordes de las excavaciones permite la caída de tierra en el hormigón, lo que produce discontinuidades y disminución de su calidad resistente.
En ocasiones se presentan errores de trazado que cambian la ubicación de las cargas previstas en el diseño. Estas fallas se agravan cuando se trata de corregirlas doblando las armaduras, o bien en caso de corregir el defecto, originan importantes gastos por demolición parcial, cuyos resultados son siempre inciertos.
La ejecución de trabajos de excavación en diversos niveles requiere instrucciones especiales por parte del proyectista. Es importante destacar la cantidad de errores que se cometen en la ejecución, al no considerar la secuencia que deben tener las operaciones y / o las precauciones que se deben tomar cuando se trabaja bajo el nivel de fundación de algún elemento o ambas cosas. Las fallas más frecuentes se originan en las excavaciones para ubicar las alcantarillas, en especial cuando son muy profundas y están próximas a los cimientos, rellenándose posteriormente en forma descuidada.
En la ejecución de cimientos en terrenos inclinados, con pendiente importante, deben efectuarse cimentaciones escalonadas previa consulta con el proyectista de la obra.
Es recomendable ubicar previamente los ductos de instalaciones que tienen que atravesar el cimiento. Las perforaciones posteriores y los parches son especialmente peligrosos.
• SOBRECIMIENTO
En su ejecución pueden aparecer los mismos problemas que en el cimiento, a los que cabe agregar:
- Se deben tomar todas las precauciones posibles de limpieza de la superficie de unión con el cimiento.- Es necesario retirar cuidadosamente los encofrados una vez que el hormigón ha alcanzado la edad suficiente, para evitar roturas de la masa del cimiento.- La superficie de la cara superior del sobrecimiento debe ser plana y horizontal, en un grado tal que dé el apoyo adecuado al tipo de muro diseñado para ir sobre él.- los elementos de anclaje fijos en el sobrecimiento y cimiento deben cumplir con las tolerancias especificadas.- la calidad del hormigón del sobrecimiento debe ser tal que evite la ascensión capilar de la humedad a los muros.
ALBAÑILERÍA DE LADRILLOS Y BLOQUES.-
En general, la albañilería de ladrillos de arcilla para una construcción asísmica tiene que satisfacer las condiciones comunes a toda buena albañilería. Principalmente se trata de hacer un conjunto homogéneo, lo más dúctil posible y libre de tensiones internas debidas a la contracción de los morteros. Las principales fallas de la albañilería atribuibles a la ejecución son las siguientes:
- Excesivo desplome (mayor que un treintavo del espesor)- Segregación del mortero de pega, ya sea por mala elección del cemento, falta de cemento o uso de exceso de agua en la mezcla- Técnica inadecuada en la colocación del ladrillo, lo que hace perder la adherencia entre ladrillo y mortero- Relleno incompleto entre ladrillos, falta de cuidado en las uniones verticales- Uso de ladrillos altos y frágiles (ladrillos huecos de paredes muy delgadas) o ladrillos mal cocidos- Descuido en el curado de los morteros de pega- Disposición inadecuada de la traba y aparejo de los ladrillos- Materialización incorrecta de las fijaciones y separaciones especificadas entre la albañilería y la estructura principal.- En el caso de albañilería reforzada, mala ejecución de la traba entre la albañilería y pilares de hormigón armado. Ejecutar el rediente, entre albañilería y pilar, en una longitud no mayor que un cuarto de ladrillo.- Se pueden aplicar a las edificaciones en bloques de mortero de cemento prácticamente las mismas indicaciones que a las albañilerías de ladrillo de arcilla. En albañilería de hormigón simple se construyen elementos secundarios para los que se deben seguir los mismos principios constructivos que para el hormigón de un elemento armado.- Una de las fallas más frecuentes observada luego de un sismo, en albañilerías reforzadas con pilares y cadenas de hormigón armado, es la falla por esfuerzo de corte en los extremos superiores de los pilares que confinan los muros de albañilería. Esta falla se debe a que estos muros fueron construidos después de fundir el pilar - cadena y por lo tanto quedaron sin adherencia o no anclados a ella. Debido a este defecto el esfuerzo de corte del piso, en lugar de transmitirse directamente al muro lo hace a través de la cadena al pilar y de este por compresión al muro, fallando el pilar si su resistencia al corte es insuficiente.
Es recomendable levantar primero el muro de albañilería y fundir luego los pilares y la cadena de modo de conseguir un anclaje adecuado entre la albañilería y la estructura de hormigón armado.
ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO.-
Las principales fallas que se presentan en las estructuras de hormigón armado, debido a la ejecución, se relacionan con la calidad del hormigón, ubicación de las armaduras, anclaje deficiente de estas y en particular con la unión viga – columna, juntas, etc., aspectos que se detallan en los puntos siguientes:
• CALIDAD DEL HORMIGÓN: La deficiente calidad del hormigón en estructuras de hormigón armado en casi todos los casos observados se debe básicamente a la no observancia de las normas mínimas:
- Dosificación inadecuada.- Mala calidad de la preparación, en especial mezclado insuficiente, lo que provoca segregación y nidos de piedra.- Agregados con exceso de impurezas o granulometría inadecuada.- Relación agua / cemento excesivamente alta.- Tamaño máximo excesivo de los agregados en relación el tamaño de los elementos.
• JUNTAS DE TRABAJO: La mala ejecución de las juntas de hormigonado es la principal y más frecuente causa de destrucción de los elementos de hormigón armado durante los terremotos. En estas juntas se produce una discontinuidad que reduce en un alto porcentaje la resistencia a la adherencia de la sección de hormigón. La acumulación de grava debido a la falta de mortero por segregación, y la acumulación de polvo y basura hacen que la adherencia baje aún más.En la observación de obras dañadas por un sismo se ha comprobado que las juntas de hormigonado deficientes han contribuido notablemente en la iniciación de la falla. A este respecto se recomienda ubicar las juntas de trabajo en las zonas indicadas por el calculista, de acuerdo a consideraciones relativas a las solicitaciones a que se verán sometidos los elementos de que se trata. Además se recomienda controlar la limpieza de las zonas de unión, eliminando aserrín, polvo, material suelto y la capa de lechada del cemento del hormigón anterior que pueda cubrir la junta. Para un mejor resultado es recomendable colocar una capa de mortero de cemento o lechada espesa como base previa a la colocación del nuevo hormigón, previo riego abundante con agua en la unión.• UBICACIÓN DE LAS ARMADURAS: La ubicación adecuada de las armaduras es fundamental para el correcto funcionamiento de la estructura, en especial en el caso de un terremoto, sobre todo en cuanto se refiere a armaduras longitudinales y estribos. En muchos casos las armaduras se desplazan durante el proceso de vaciado del hormigón, quedando ubicadas en lugares que no corresponden a los indicados por el cálculo. Al desplazarse los hierros hacia el interior se reduce la capacidad resistente del elemento, mientras que al desplazarse hacia fuera pueden presentarse problemas de oxidación. Como caso extremo, pueden colocarse las armaduras en el lado de las compresiones en vez de las tracciones.En cuanto a los estribos, los problemas más frecuentes se presentan en los encuentros vigas – columnas – cimentación (nudos). Los criterios de cálculo y combinación de esfuerzos determinan un espaciamiento menor en esas zonas, garantizando la resistencia, el confinamiento del hormigón y ductilidad adecuadas; en este contexto se recomienda respetar las separaciones establecidas por el proyectista para los diferentes elementos.• ANCLAJE DEFICIENTE DE LAS ARMADURAS. UNION VIGA COLUMNA: Algunos de los problemas principales en la ejecución se relacionan con la forma, dimensión y ubicación de los anclajes, dobleces de las varillas para corregir su ubicación, posición y longitud de los traslapes, recubrimientos mínimos en el hormigón, etc.Durante la inspección en obras de hormigón armado, después de un terremoto, se observan muchos casos de fallas por anclaje insuficiente de las armaduras, mas que por la falla del acero en si mismo, ya que en todos los casos este dejó de tomar tensión debido a que el anclaje deficiente le permitió deslizarse antes de fallar, en especial en las uniones viga – columna, caso que se observa con gran frecuencia. La falla de la unión viga – columna se debe a la falta de ductilidad de la unión, debida al escaso confinamiento del hormigón en la zona considerada. La ductilidad que es factor fundamental en el proceso de absorción de energía de la estructura durante un sismo, se obtiene empleando hormigones de calidad en función a su resistencia, confinamiento adecuado del hormigón mediante una armadura transversal mínima y longitudes de anclaje de acuerdo a las características y calidad de los materiales empleados.
Las longitudes de anclaje están indicadas en las normas de códigos vigentes y dependen tanto del acero como del hormigón empleado, debiendo respetarse lo que especifique el calculista.
En los traslapes de varillas es necesario evitar que queden coincidentes en una sección y, además, como se ve con frecuencia en elementos verticales que esta acumulación de empalmes quede inmediatamente sobre una junta de hormigonado. Esta condición se complica más cuando se usan ganchos y las secciones son estrechas.
Las curvas de las varillas de la armadura producen empujes en el hormigón, sea que la barra esté traccionada o comprimida. Cuando esta forma es parte del diseño, seguramente existirá una armadura radial que absorba el esfuerzo. En la construcción se hacen estas curvaturas para corregir la posición de las armaduras. El caso es más grave cuando los recubrimientos del hormigón son de poco espesor.• APOYOS, ANCLAJES O FIJACIONES: Es problema permanente de ejecución cuidar que las condiciones de apoyo o empotramiento de las estructuras o de elementos fijos a ellas correspondan a las establecidas en el diseño. Es el caso de los apoyos de escaleras, anclajes de los paneles de tabiquerías o de los marcos de puertas y ventanas. Son importantes los problemas que se presentan en las juntas de dilatación y en los eventuales contactos entre edificios vecinos, ya que al inspeccionar construcciones dañadas por sismos se observan numerosos casos de estructuras anexas a escaleras que trabajan como puntal rigidizando parte de esta, contribuyendo así a su falla. Se incluyen en este caso las fijaciones de algunos ornamentos, revestimientos y elementos de cubierta, los anclajes de las techumbres y, en general de todas las instalaciones.Es frecuente que no se conceda gran atención a estas uniones, por tratarse de elementos no estructurales, los que, además de causar pánico entre los ocupantes, tienen un peso más que suficiente como para producir una desgracia mayor.INSTALACIONES.-
En el montaje de las instalaciones no se deben dañar los elementos estructurales. Es frecuente que se perforen indiscriminadamente elementos estructurales para abrir paso para una tubería de desagüe. La ubicación y el método deben estar claramente establecidos, recomendándose que se lleven los ductos de instalación fuera de las columnas muros y losas.
Se tienen que cumplir todas las especificaciones de aislación de las tuberías, para evitar los posibles efectos por procesos corrosivos de tipo electroquímico, efectos de humedades y de altas temperaturas.
TECHUMBRE.-
Es corriente el uso de cerchas como estructura de techo, losas o placas de cubierta de hormigón armado. Ya se ha dicho que es fundamental la calidad de la fijación de estos elementos a la estructura base. En la ejecución de las cerchas de madera o metal hay que cuidar la ejecución de las uniones (soldadura, empernadas, conectores, adhesivos, etc.). Los principales errores que se observan tiene que atribuirse tanto al sistema de la unión como a la falta de coincidencia de los ejes de las piezas.
Es frecuente que las estructuras de techo de las viviendas económicas se construyan con madera de excedente del proceso constructivo y que su ejecución sea bastante descuidada. Es conveniente recordar que esta enmaderación puede tener un alto nivel de exposición frente a cambios de temperatura y humedad, lo que produce una apreciable degradación del material.
FALLAS DE EJECUCIÓN DE LA CASA DE ADOBE.-
Se ha estimado de interés enumerar las principales fallas de ejecución que afectan la estabilidad de una casa de adobe, en atención al empleo que tiene este material en las zonas rurales de los países en desarrollo:
- Mala técnica de la fabricación del adobe- Uso del adobe no está bien seco- Recubrimiento incompleto en la capa horizontal entre adobes- Relleno incompleto de las uniones verticales entre adobes- Mala calidad geométrica del muro (ondulaciones y desplomes)- Mala interpretación de la traba en los encuentros de muros- Desajuste en los aparejos de muros e introducción de trozos de adobes para corregir el aparejo.- Muros levantados a excesiva velocidad (máximo 1.00 mtr. al día)- Revoque sin tomar las precauciones necesarias para asegurar la adherencia del revestimiento al muro base.- Omisión durante la construcción del muro de los tacos de madera destinados a la fijación de marcos, tabiques y ornamentos.- Las hiladas tienen que colocarse siguiendo el contorno total de los muros, evitando construir por paños completos o aislados, para limitar los posibles asentamientos diferenciales por las cargas o distintos grados de secamiento.- Falta de continuidad en las cadenas de madera de coronamiento, a causa de que no se ejecuten ordenadamente las uniones en las esquinas y encuentros (empalme, uso de clavos) y / o de las piezas longitudinales.- Mala ejecución de los recubrimientos de muros, que están destinados a proteger los adobes.
REPARACIÓN DE UNA ESTRUCTURA
La reparación de una estructura dañada por un sismo presenta características especiales que no se encuentran cuando se diseña un edifico nuevo. El problema previo que se debe plantear es la justificación económica de la reparación y el verdadero alcance de las limitaciones por arquitectura y condiciones estructurales, que perfectamente pueden hacer impracticable la reparación.
Las etapas del diseño de un refuerzo deben abordar en forma integral el problema, de tal modo que la reparación corrija las causas del mal y que no sea un simple paliativo. El proceso de reparación debe cumplir las siguientes etapas:
- Observación general de la obra- Observación en detalle de los sitios dañados- Recálculo de la estructura- Justificación de los daños- Diagnóstico- Diseño de la reparación- Ejecución- Verificación del resultado
La primera observación debe hacerse con carácter general y por especialistas competentes. El objetivo de esta revisión es la definición de las alternativas probables e informe del funcionamiento general de la estructura. La información de detalle, que puede ser hecha por los mismos u otros especialistas, debe informar sobre la calidad de los materiales, su disposición en el edificio, distribución de agrietamientos, deformaciones, etc. Es importante disponer de las informaciones relativas a la calidad del suelo de fundación, singularidades del edificio, interferencias con otras estructuras vecinas o alteraciones de uso que puedan haber influido en los daños producidos.
La verificación del cálculo estructural debe hacerse con toda la profundidad requerida, empleando las mejores técnicas conocidas. Frente a la estructura existente, con todas sus complejidades y sus características derivadas del modo de construcción, se intenta seguir el fenómeno tensional lo más ajustadamente posible a la realidad, para poder descubrir la razón de su comportamiento. La confrontación de los resultados del nuevo cálculo con los antecedentes reales de obra permite justificar los daños producidos.
Es imposible, muchas veces, detectar el punto inicial de la falla, que no es siempre coincidente con el daño más espectacular. El diagnóstico incluye la concepción básica de los refuerzos del edificio y puede considerar: a) la reposición de elementos dañados; b) el refuerzo de elementos ya existentes; c) la adición de elementos antisísmicos nuevos.
Pueden establecerse, por otra parte, modificaciones fundamentales a la estructura y su uso. La modificación puede originarse en la colocación de nuevos muros, introducción de nuevos apoyos en elementos de gran luz libre. El cambio de uso puede consistir en la redistribución de cargas o disminución de las solicitaciones en ciertas zonas, lo que puede ser causado por cambio de destino de algunos espacios modificados con nuevos elementos.
• EJECUCIÓN DE REPARACIONES EN EDIFICIOS DE HORMIGÓN ARMADO
Para reparar estructuras de hormigón armado se debe seguir el siguiente esquema:
- Descargar los elementos afectados- Retirar el material dañado- Disponer la nueva armadura, si así fuere necesario- Limpiar cuidadosamente las zonas de contacto entre hormigón viejo y nuevo- Colocar encofrados- Hormigonar a presión, con aditivos expansores, acelerantes, plastificantes, etc.- Curar el nuevo hormigón y desencofrar
Este esquema de reposición del hormigón es el que se utiliza en daños mayores. Cuando la grieta es de menos de 1.00 mm. de abertura, es posible rellenarla con resinas epóxicas.
Para obtener buen resultado es básico lograr una buena adherencia entre los hormigones viejos y los nuevos. Para ello es necesario limpiar cuidadosamente la superficie de contacto, con aire comprimido, chorro de arena y / o escobilla de acero. Se trata de dejar una superficie libre de partículas sueltas, sin polvo y sin otros elementos extraños. La preparación de superficies que tuvieron contacto con encofrados o las superficies externas de un elemento que han estado en contacto con el aire consiste en retirar totalmente la capa exterior de mortero carbonatado. Bajo ningún concepto es aceptable solo el picado puntual de la superficie (picotazos a cincel).
Es difícil alcanzar buena adherencia contra las superficies horizontales inferiores de elementos existentes. Para lograrlo se puede efectuar un biselado de la pieza en forma simple o doble, de manera que durante el hormigonado se consiga un buen contacto del hormigón con la pieza existente, haciendo que el aire o la lechada no queden atrapados en esa superficie. Las medidas se complementan revibrando el hormigón, dosificándolo con un aditivo expansor, utilizando el máximo posible de árido grueso y usando moldes en que sea posible presionar el hormigón. Si se dispone de los equipos necesarios es recomendable utilizar el hormigón preempacado (prepakt).
• REPARACIONES DE ALBAÑILERÍAS DE LADRILLO
En el caso de los muros de albañilería de ladrillos dañados o agrietados por el efecto de un sismo hay que distinguir dos situaciones, ya sea se trate de muros resistentes confinados por pilares y cadenas o de muros no resistentes.
En el caso de muros resistentes es fundamental verificar si el daño afecta la unión entre el muro y la estructura de hormigón armado, habiéndose producido una fisura o separación a lo largo de la superficie de contacto. Si así fuera, el muro no puede ser reparado. Debes ser demolido y reemplazado por un muro de hormigón que asegure el trabajo conjunto.
En caso que la falla no comprometa la unión con la estructura las grietas pueden ser rellenada con mortero de cemento al que se ha agregado algún aditivo expansor o una resina epóxica.
Los muros dañados no resistentes pueden ser reparados o reconstruidos sin mayor problema cuidándose de mantener la independencia de los elementos estructurales vecinos con el fin de no alterar sus rigideces.
• REPARACION DE LA VIVIENDA DE ADOBE
Un muro de adobes que presenta grietas que lo atraviesan, desplomes o destrucción parcial debe ser demolido y reconstruido, No basta con parcharlo. En general, debe aprovecharse esta oportunidad para bajar la altura de los muros si ella es excesiva y, en caso de caso de dos pisos reconstruirla en un solo piso.
Para reparar grietas de dintel o separación de encuentros de muros se dan a continuación algunas sugerencias. La grieta de dintel es una de las fallas más frecuentes y, generalmente se inicia en la esquinas de puertas o ventanas. Las posibles causas de roturas son: a) dintel débil; b) poco empotramiento del dintel; c) carga excesiva de adobes sobre el dintel; d) ancho excesivo del vano; e) elemento estructural del techo apoyado en el centro del vano; f) falta de la cadena
La reparación consiste en cambiar el dintel, rebajar la carga de adobes, angostar el vano, colocar la cadena de coronamiento y ordenar la carga de techumbre.
Costura de grietas: Se hace con varillas de acero de 6 a 10 mm. de diámetro, con tacos de 10*10 cms. y 5 cms. de espesor. La costura se hace cada 50 cms. de distancia en forma alternada.
Separación de encuentros de muros: Por efectos de temblores aparece una grieta vertical en la esquina del encuentro de muros, por separación o choque de ellos. Si no haya desplome de importancia (un centímetro por cada metro de altura, con un máximo de tres centímetros), se pueden usar los siguientes procedimientos:
- Colocar la cadena de coronamiento- Reforzar el conjunto con traviesas de madera o hierro y dos varillas de acero
Se procede en la siguiente forma: se colocan dos varillas de 16 a 25 mm. de diámetro, con tuercas y arandelas, apoyadas sobre traviesas de madera de 2 ½ pulgadas o plancha de hierro de ½”. El muro se mantiene en la posición actual, sin intentar volverlo a la ubicación primitiva. La grieta se rellena con barro y paja.
FUENTE DE CONSULTA: Extracto de la Publicación de Naciones Unidas ST/ESA/23 Departamento de Asuntos Económicos y Sociales.