UNIVERSIDAD UNIVERS IDAD PRIV P RIVA ADA ANTENOR ORREGO O RREGO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
DAÑOS ESTRUCTURALES PRODUCIDOS POR SISMOS OCURRIDOS EN EL PERÚ Y EL MUNDO •
ALUMNOS:
ALARCO VASQUEZ, FRANKLIN ALVA ALVA CABELLOS, ESTUARDO PONCE ZARE, DANIELITO TORRES REYES, ANDRÉS VALVERDE ALVERDE SANCHEZ, CESAR
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DOCENTE:
ING. PAREDES ESTACIO, ESTACIO, JORGE
CURSO:
INGENIERA SSMICA
T!"#$%%& ' P(!)
*+INTRODUCCIÓN Algunas de las estructuras de edificaciones alrededor del mundo han sufrido lesiones a causa de los movimientos de sismos, que actúan con una fuerza que los elementos no pueden absorber, rompiendo por cortante y en casos aislados, desplome de los elementos, esto es debido a la equivoca disposición de la misma y principalmente de la mano de obra. En general, las enseñanzas que han dejado los sismos en el mundo indican que en los sitios donde se diseña con una buena normativa sismoresistente, donde la construcción es sometida a una supervisión estricta y donde el sismo de diseño es representativo de la amenaza ssmica real de la zona, el daño es marginal en comparación con el observado en sitios donde no se han dado estas circunstancias. A causa de los sismo fuertes es común que se presenten daños estructurales en columnas tales como grietas diagonales, causadas por cortante y!o torsión, y grietas verticales, desprendimiento del recubrimiento, aplastamiento del concreto y pandeo de las barras longitudinales por e"ceso de esfuerzos de fle"o#compresión. En vigas se presentan grietas diagonales y rotura de estribos a causa de cortante y!o torsión, y grietas verticales, rotura del refuerzo longitudinal y aplastamiento del concreto por la fle"ión que impone el sismo arriba y debajo de la sección como resultado de las cargas alternadas. $as cone"iones o uniones entre elementos estructurales, son por lo general, los puntos m%s crticos. En las uniones &iga ' (olumna )*udos+ el cortante produce grietas diagonales y es común ver fallas por adherencia y anclaje del refuerzo longitudinal de las vigas a causa del poco desarrollo del mismo y!o a consecuencia de esfuerzos e"cesivos de fle"ión. En las losas se pueden presentar grietas por punzonamiento alrededor de las columnas y grietas longitudinales a lo largo de la placa, debido a la e"cesiva demanda por fle"ión que en ciertas circunstancias puede imponer el sismo.
DAÑOS ESTRUCTURALES PRODUCIDOS POR SISMOS OCURRIDOS EN EL PERÚ Y EL MUNDO Fallas Ocasionadas por Terreo!os allas por -imetra allas por igidez (olumnas colapsadas en edificios aporticados. allas en nudos sin ductilidad adecuada. /nsuficiencia de longitud de anclaje. 0orsión en 1lanta Asimetra en 1lanta Asimetra en Elevación /nsuficiente competencia ssmica en una dirección. (hoque entre edificios allas relacionados a la (imentación 2eslizamiento de taludes Asentamiento diferencial $icuefacción del suelo allas relacionadas con la ductibilidad
"o#e$%ap&n '())*+ El 34 de enero de 3556, a las 6789 a.m., hora local, se produce un sismo de 4.: en al escala de ichter, el epicentro se localizó en las coordenadas ;8.9 * y 3;6.< E, en la isla A=ajishima, a ;: >ilómetros al sur de ?obe, que para esa fecha contaba con 3.6 millones de habitantes, siendo la se"ta ciudad m%s grande del @apón.
igura 3. -e muestra la falla de *ojima, donde se produjo la falla que dio origen al sismo El sismo producido al norte de la isla A=ajishima fue de un largo perodo, producido por un gran desplazamiento a travs de una falla de 5 ?m de largo, a consecuencia de una falla e"istente, llamada la falla de *ojima que corre a lo largo de la costa oeste de la isla de A=ajishima. El m%"imo desplazamiento lateral fue de 3.4 m y el desplazamiento vertical de 3.; m. El momento total ssmico se estimó en :.8 " 3<:9 dinas 'cm.
igura :. El movimiento del terreno en la zona de la falla fue de levantamiento y desplazamiento El problema de la ciudad de ?obe es que el suelo esta formado por diferentes tipos de suelos sueltos, rocosos y blandos, problema que se presentó tambin en el de la ciudad de B"ico y de -an rancisco. El movimiento del terreno fue de perodo largo de apro"imadamente 39 cm en la dirección horizontal y de 3< cm en la dirección vertical, las m%s grandes jam%s registradas en @apón.
igura ;. -ismograma
especto a las aceleraciones y velocidades m%"imas se estimó en C;: gals y de m%s de 8< cm!seg. , $o cu%l vara de acuerdo a la distancia al epicentro, esto significa aceleraciones cercanas al de la gravedad terrestre, lo que indica que muchos objetos e inclusive persona no podan mantenerse en pie, ya que para aceleraciones de 3<<< gals, los objetos seran despedidos por los aires, inclusive aceleraciones del 6
igura 8. -ismogramas referentes al p%rrafo anterior -e presentaron amplificaciones del sitio que sumadas con desplazamientos de corta duración provocaron serios daños.
Tipos de ,allas es!r-c!-rales $a razón de la falla de algunos edificios se debió a la intensidad del sismo que se alcanzó en algunas zonas de la ciudad, tal como el sismo de B"ico, donde los movimientos del terreno fueron amplificados. El movimiento del suelo se caracterizó por la repetición de un número de ciclos de gran amplitud y frecuencias de 3 a : segundos. $as construcciones de alto perodo de vibración, respondieron con vibraciones elevadas que introdujeron fuerzas de inercia de gran magnitud y que en muchos casos provocaron daños que redujeron la rigidez de la estructura, aumentando su perodo de vibración natural, por lo que las solicitaciones aumentaron, que en ocasiones llevaron a la falla e inclusive al colapso. Buchas casa de madera sufrieron daños estructurales, inclusive en la mayora de ellos sufrieron colapso, esto debido a que en aquella zona las casas poseen techos demasiado pesados, aunque las casas de madera resistan mejor un sismo, este es un gran inconveniente, algunas casas de albañilera o de concreto resistieron mejor los movimientos del terreno, ya que su gran peso fue la causa de su poco daño.
Fi.-ra /0 -e muestra una casa de madera colapsada y en la parte posterior una casa de concreto y albañilera sin daño alguno
$os techos de cer%micos en japón sobre casas de madera provocan que la fuerza cortante sea mayor y por ende, el momento en la base aumenta, con la consiguiente falla del marco al no tener un puntal o riostra o el volteo de la estructura.
igura 9. (asa de madera colapsada debido al gran peso del techo por causa de cer%micos
Edificios de varios pisos de :< años de antigFedad colapsaron en el 6to. piso debido a que el antiguo código permita que la estructura fuera m%s dbil a partir del 6to. piso.
igura 4. Edificio que falla en el quinto piso por ser los pisos superiores diseñados con poca capacidad En ?obe muchas autopistas areas e inclusive ferrocarriles sufrieron daños debido a que la ciudad fue construida hace :< a ;< años, en esas pocas las estructuras fueron diseñadas sin tomar en cuenta los actuales y modernos mtodos de diseño y configuración ssmica. $as autopistas de un solo pilar sufrieron mayores daños debido al efecto del pndulo invertido.
igura C. (olapso de una autopista elevada por causa del poco refuerzo transversal de la columna y el efecto del sistema tipo pndulo. As tambin se tuvo problemas de desplazamientos en las juntas con la cada de los tableros.
1ai!2 '34(4+ ue registrado el martes 3: de enero de :<3< a las 3976;7<5 hora local ):376;7<5 G0(+ con epicentro a 36 >m de 1uerto 1rncipe, la capital de Hait. -egún el -ervicio Ieológico de Estados Gnidos, el sismo habra tenido una magnitud de 4,< B= y se habra generado a una profundidad de 3< >ilómetros.
igura 5. 2años estructurales en edificios # Haiti
0ambin se registraron una serie de rplicas, siendo las m%s fuertes las de 6,5, 6,6 y 6,3 grados. $a *JAA descartó el peligro de tsunami en la zona. Aunque horas despus, se reportó que un 0sunami de mnimas proporciones se registró y mató a 8 personas. Este terremoto ha sido el m%s fuerte registrado en la zona desde el acontecido en 344<. El sismo fue perceptible en pases cercanos como (uba, @amaica y epública 2ominicana, donde provocó temor y evacuaciones preventivas.
Da5os Es!r-c!-rales Ins-,icien!e resis!encia al cor!an!e en!re los pisos6 -e produce por insuficiente resistencia a carga lateral de los elementos verticales de soporte7 placas y columnas
Ines!a#ilidad de la es!r-c!-ra6 elacionada con aspectos que incluyen la poca capacidad de la cimentación para resistir empujes horizontales bajo cargas din%micas.
Col-nas colapsadas en edi,icios apor!icados6
(aso de vigas con mayor resistencia que las columnas, las rotulas pl%sticas se forman en las columnas antes que en la vigas, origin%ndose mecanismo de falla. efuerzo insuficiente. alta de continuidad en el refuerzo (onfinamiento insuficiente 2años por ausencia de &iga -olera Edificaciones con materiales no competentes
C7ile '34(4+ El terremoto de (hile de :<3< fue un sismo ocurrido a las <;7;87ilómetros al noroeste de (oncepción y a 9; >ilómetros al suroeste de (auquenes, y a ;<,3 >ilómetros de profundidad bajo la corteza terrestre. El sismo tuvo una duración m%"ima de 8 minutos en las zonas cercanas al epicentro, y m%s de : minutos en la capital. ue percibido en gran parte del (ono -ur con diversas intensidades, en lugares como Luenos Aires y -Mo 1aulo por el oriente.
igura 3<. Hotel Alto o colapsado
Falla por Presi&n de En,ierrad-ras
$a falla local afecta al e"tremo del muro y se debe a la falta de confinamiento del hormigón en dicha zona. Al fisurarse, el hormigón se desprende dejando e"puestas las armaduras que se pandean )doblan+ por efecto de la compresión )N+.Al observar la falla en terreno se constató que el muro se construyó sin las armaduras de confinamiento especificadas en los planos de c%lculo.
Da5os Es!r-c!-rales Edificio Alto Río (Concepción): 2urante la inspección visual desde el e"terior fue posible apreciar la presencia de barras de acero de di%metro C o 5 mm en el refuerzo vertical principal de los muros estructurales, la carencia de elementos de borde y la presencia de traslapos de longitudes mnimas en la base misma del edificio, sin alternancia de los traslapos dado que absolutamente todas las barras traslapaban en el mismo punto igualmente llamó la atención que los fragmentos de concreto presentaban bordes redondeados y no angulosos, lo que siembra dudas sobre la calidad y resistencia del material.
Edificio Olas (San Pedro de La Paz): El muro del costado sur presentó una fractura en todo su ancho, a nivel del primer entrepiso, con desplazamiento horizontal que indujo una prdida de verticalidad de toda la edificación. -e evidenciaron pandeo, fluencia y falla de las barras de acero verticales, carencia de amarres adecuados de las barras de acero horizontales con las verticales y presencia de ganchos a 5
Coparaci&n en!re el Al!o R2o 8 Cen!ro Ma8or $os perodos calculados para Alto o y (entro Bayor fueron <,6 s y <,4 s, respectivamente. $a capacidad a cortante basal, as como el coeficiente de falla dominado por la fle"ión y el de corte fueron estimados por -ong et al. ):<33+ para Alto o y en el presente trabajo para (entro Bayor. Alto o tena un coeficiente de cortante basal mnimo )resistencia a la fle"ión+ de <,;6 y
(entro Bayor tuvo un coeficiente de cortante basal mnimo de <,:: en sus direcciones transversales, ambos en la base del segundo piso. $os coeficientes a cortante en el primer nivel fueron <,4: para Alto o y <,64 para (entro Bayo. $os coeficientes de resistencia al corte en la base del segundo piso fueron de <,9: y <,93, respectivamente. Estos valores indican que para ambos casos el mecanismo de falla que se podra esperar era a fle"ión en lugar de cortante. $a probabilidad de fallo de un mecanismo dominado por fle"ión se entiende mejor en trminos de desplazamiento en lugar de fuerza. Bediante una relación momento#curvatura se calculó la curvatura m%"ima de cada muro estructural en dirección este#oeste, suponiendo PcQ<,<<8 como deformación última a la compresión del concreto. $a curvatura última se calculó al dividir la deriva entre la altura, bajo el supuesto de rótulas pl%sticas en la base del edificio. Esta razón de curvatura indica cu%nta fue la demanda por desplazamiento rotacional sobre la capacidad de fle"ión de la pared estructural. $as relaciones en el primer piso de (entro Bayor varan entre <,3 a :,9 y <,3 a 3,C en Alto o. El promedio de esta relación en (entro Bayor es 3,< y para el Alto o la proporción media es de <,5. -e calculó los coeficientes de demanda de desplazamiento y la capacidad de desplazamiento, en dirección este#oeste y oeste#este. Estos resultados muestran que ambos edificios tuvieron un comportamiento similar. 1or lo descrito anteriormente se puede determinar que los muros estructurales de Alto o fueron menos e"igidos que los muros estructurales de (entro Bayor bajo estas estimaciones. -in embargo, Alto o se derrumbó sobre su costado este. -e concluye de nuevo que este no era el edificio m%s vulnerable de la zona, incluso (entro Bayor )bajo par%metros de derivacapacidad+ fue m%s e"igido que Alto o.
M9:ico '();/+ El terremoto de B"ico de 35C6 fue un sismo ocurrido a las <4734784 hora local )G0(#9+, del jueves35 de septiembre de35C6,que alcanzó una magnitud de C.3)BK+.El epicentro se localizó en el pacfico me"icano, cercano a la desembocadura del ro Lalsas en la costa del estado de Bichoac%n, y a 36 >ilómetros de profundidad bajo la corteza terrestre. El sismo tuvo una duración apro"imada de poco m%s de : minutos y afectó en la zona centro, sur y occidente de B"ico, en particular el ederal, en donde se registró a las <4735hora local. (abe destacar que la rplica acontecida un da despus, la noche del:< deseptiembrede35C6,tambin tuvo gran repercusión para la capital. Este sismo ha sido el m%s significativo y mortfero de la historia escrita de dicho pas y su capital, superando en intensidad y daños al registrado en 3564,que hasta entonces haba sido el m%s notable en la (iudad de B"ico
igura 33. 0erremoto B"ico
Da5os es!r-c!-rales $a falla m%s frecuente en las edificaciones aporticadas de concreto armado fueron las fallas en columnas por compresión e"cntrica, tensión diagonal, o por ambas.
E,ec!o de los -ros de relleno
igura 3:. 0erremoto en B"ico 1rimer piso blando. A menudo las edificaciones en los pisos superiores tienen una cantidad apreciable de muros de relleno, mientras que el primer piso pr%cticamente est% libre. )Edificaciones de departamentos y hoteles+.
Asimetra causada por falla de los muros de relleno. En varios casos por el refuerzo deficiente o por anclaje deficiente con la estructura principal los muros fallaron por fuerzas normales a su plano. Esta falla originó una torsión en planta significativa.
Col-nas cor!as $a altura efectiva de algunas columnas fueron disminuidas por la presencia de ventanas o por muros de relleno. Estas columnas fallaron por tensión diagonal de una manera fr%gil.
C7o>-e de edi,icaciones Hubo choque con edificaciones vecinas en m%s del 8:D de las edificaciones colapsadas o severamente dañadas. En algunos casos el choque produjo daños locales menores, en otros casos originó el colapso de la edificación.
Falla en pisos s-periores 8 en pisos in!eredios 2el número total de edificaciones colapsadas o con daños severos cerca del 8
Masa e:cesi?a0 1or lo menos en ;5 casos se encontró que las cargas verticales e"cedan apreciablemente a las consideradas en el diseño. En algunos las cargas muertas eran mayores que las especificadas sin embargo m%s frecuentemente se observó que las cargas vivas fueron mayores debidas a un cambio de uso.
E,ec!o P$del!a0 $os desplazamientos de entrepiso grandes y una visible inclinación fueron indicadores que se presentaron algunos casos de efecto 1#delta.
Copor!aien!o no sa!is,ac!orio de las losas sin ?i.as0$ $as edificaciones con losas sin vigas son muy fle"ibles, y de la manera como fueron diseñadas en (iudad de B"ico, ellos desarrollaron baja ductilidad. $a
mayora de las fallas fueron en las columnas. Algunas fallaron por cortante bajo la combinación de cargas verticales y laterales. En otras instancias las losas mostraban agrietamiento por tracción diagonal alrededor de los apoyos, que sugiere una falla incipiente de punzonamiento. $a falta de un volumen sólido de concreto alrededor de las columnas fue evidente en algunas losas sin vigas, as igualmente fue deficiente el refuerzo longitudinal en la columna y en sus alrededores.
Per@ '())*+ El martes 3: de *oviembre de 3559 a las 33765 )hora local+, un sismo de magnitud 9.9 en la escala de ichter afectó la zona sur del 1erú, especialmente a los departamentos de /ca y Arequipa en la costa y parte de los epartamentos de Ayacucho y Huancavelica en la sierra.
Fi.-ra (0 Bapa de poblaciones afectadas por el -ismo de 3559 y ubicación de epicentros.
Da5os en ?i?iendas de ado#e0 $os daños observados son tpicos de este sistema constructivo7 3+ fisuración y separación de los muros por grietas verticales en las esquinas, seguida por el volcamiento del muro )por acciones ssmicas perpendiculares a su plano+ y la
posterior cada del techo :+ grietas verticales en la parte central de los muros empezando en la parte superior y e"tendindose hacia abajo, por la falta de un elemento de arriostre horizontal )solera+ ;+ grietas horizontales en la interfase entre el cimiento o sobrecimiento de ladrillo y el muro de adobe 8+ grietas diagonales en los muros por corte en su plano y 6+ daños en elementos no estructurales. El desprendimiento del tarrajeo, cuando ste e"iste, es una falla generalizada, aunque no compromete la integridad de los muros. -e apreció una falla general de cercos de adobe, en su mayora nuevos, con alturas de :.6 m y espesores de :< cm, sin arriostres verticales )mochetas+. 0ambin se desplomaron una gran cantidad de parapetos, tanto de adobe como de albañilera de ladrillo, ubicados en la azotea de las viviendas por carecer de elementos de arriostre para solicitaciones perpendiculares a su plano.
igura 38. (olapso de &iviendas Antiguas de adobe ubicadas en @r. $ima, *asca.
igura 36. 2esplome de parapeto en /ca.
Da5os en edi,icios de concre!o arado 8 al#a5iler2a0 En las construcciones de albañilera no reforzadas de un piso y en las de albañilera confinada de hasta tres pisos, no se observaron daños estructurales importantes, en cambio, los tabiques de albañilera, parapetos de azoteas, y similares, mostraron cuantiosos daños. $os daños observados en edificaciones de concreto armado se circunscriben principalmente a construcciones escolares de : y ; pisos, donde fundamentalmente se presentaron los problemas de Rcolumnas cortasS. Adicionalmente, varios de los edificios estructurados en base a pórticos ubicados en las ciudades visitadas mostraron daños reparables en su estructura as como en las escaleras, las cuales trabajaron aportando rigidez y resistencia al conjunto. En algunos casos se produjo la rotura de los tabiques y vidrios poniendo en riesgo la integridad fsica de las personas.
igura 39. Bunicipalidad de *asca. allas en la tabiquera de albañilera. $os problemas de columnas cortas en locales escolares se han dado en el 1erú en los sismos del 34 de octubre de 3599, ;3 de mayo de 354<, ; de octubre de 3548 y 39 de febrero de 3545. 0ambin se conoce este problema desde hace años en otros pases. El problema de las columnas cortas se presenta cuando se utilizan ventanas altas, empleando alfizares de albañilera, que acortan la altura libre de las columnas adyacentes, aumentando su rigidez lateral en forma considerable, sin tener un aumento de resistencia similar. Al producirse el sismo, las losas de los techos se desplazan horizontalmente, arrastrando al e"tremo superior de las columnas, stas por su fle"ibilidad chocan contra el alfizar de albañilera )mucho m%s rgido que la columna+ gener%ndose una gran distorsión angular, lo que produce su falla por fuerza cortante, falla que es de naturaleza fr%gil y peligrosa. 1osteriormente, la rigidez de estas columnas disminuye considerablemente, lo que da lugar a problemas 1#T )carga gravitacional e"cntrica que provoca momentos flectores que incrementan adicionalmente la deformación lateral+. inalmente, estalla el concreto del núcleo y el refuerzo vertical termina pande%ndose.
igura 39. (olegio ermn del (astillo, &ista Alegre, *asca. (olumna corta sin estribos.
igura 34. (olegio ermn del (astillo, &ista Alegre, *asca. allas en alfizar de ventana alta.
CONCLUSIONES $as fallas estructurales causadas por sismos son causadas por aparición de efector torsionantes provocados por un sismo. Gna inadecuada ubicación del punto rgido y centro de masas en grandes edificaciones puede ser fatal ante la presencia de un terremoto de alta magnitud. 2años en columnas se debe a un confinamiento )Estribos o aros+ deficiente. $as losas se pueden presentar grietas por punzonamiento alrededor de las columnas y grietas longitudinales a lo largo de la placa, debido a la e"cesiva demanda por fle"ión que en ciertas circunstancias puede imponer el sismo.
BIBLIORAFA /nstituto Ieofsico del 1erú, 1%gina en /nternet R(onclusiones y ecomendaciones del 0aller de 0rabajo R-ismo de *azca del 3: de *oviembre de 3559S del 9#4 Barzo, 3554.S Larquero, . ):<<5+. R El 0erremoto de (inchonadel C de Enero de :<<5
S. ed -ismológica *acional )*-7 /(E#G(+, :<<5. (arvajal, $. ):<33+ R(onsideraciones tomadas1ost#0erremoto para el 2iseño -ismorresistentede EstructurasS. Bemoria del (ongreso de Estructuras :<33 y U/ -eminario de /ngenieraEstructural y -ismica, -an @os#(osta ica, :<33. Hern%ndez, J. ):<<5+. eevaluación del Efectode -itio y 1ropuesta de (lasificación de 0errenocon ines de 2iseño -smico para Banagua *icaragua . 0esis de Irado, Baestra(entroamericana en Evaluación de iesgos yeducción de 2esastres, (/IEJ, G*A*#*icaragua, :<<5
