FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
TALLER DE MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN
PROFESOR: CARRILLO PIRAQUIVE, CARLOS ENRRIQUE INTEGRANTES: VEGA ROMERO, DANIEL ENRIQUE ROJAS RIVAS, BRYAN
IMPACTO ESTRUCTURAL EN ALBAÑILERIA CONFINADA ANTE UN SISMO EN VILLA EL SALVADOR EN EL AÑO 2007
LIMA, 11 DE JULIO DEL 2017
Agradecimiento
Un agradecimiento especial para nuestra escuela de estudio y familiares. Al docente Carrillo Piraquive, Piraquive, Carlos Enrrique. Por ser nuestro guía en este trabajo de investigación.
Agradecimiento
Un agradecimiento especial para nuestra escuela de estudio y familiares. Al docente Carrillo Piraquive, Piraquive, Carlos Enrrique. Por ser nuestro guía en este trabajo de investigación.
ÍNDICE
1. Introduccion ………………………….…………………………… ... pag. 4 2. Planteamiento del problema 2.1
…………………………………... pag. 6
Formulación del problema …….………………………....… pag. 6 2.1.1 Pregunta problema
………………………….. pag. 6
2.1.2 Descripcion del Problema
………………………….. pag. 6
3. Antecedentes históricos del problema 3.1 Analisis de otras tesis
4. Objetivos
……………………. pag.7
…….………………………....…... pag. 12
…………………………………… pag. 21
4.1
Objetivo General ………………………….…………….…… pag. 21
4.2
Objetivos Específicos …………….…………….……….…… pag. 21
5. Preguntas de Investigación ……………………………………… pag. 23 6. Justificación e Importancia ………………………………………. pag. 23 7. Marco teórico ………………….……………………………………. pag. 24 7.1
Teoria …………………….……………………………………. pag. 24
7.2
Lista Conceptual ……….……………………………………. pag. 29
8. Hipotesis …...………………………….………………………… ...
pag. 31
9. Metodología ………………………………………… ..……………. pag. 31 9.1
Enfoque de Investigacion…………………..………………. pag. 31
9.2
Tipo de Investigacion ……………………..………….…… pag. 31
10. Conclusiones……..…………………………………..……………. pag. 32 11. Recomendaciones…………………………………..……………. pag. 34 12. Bibliografía …………………………………………..…………….. pag. 35
1. INTRODUCCION La construcción de viviendas de bajo costo en el Perú y en general en países Latinoamericanos, es principalmente de albañilería confinada. La mayoría de las pérdidas, tanto de vidas como económicas, ocasionadas por los terremotos a lo largo de la historia, han sido causadas por un comportamiento sísmico deficiente de las estructuras. Nuestra norma peruana de diseño sismorresistente E-030, está basada en criterios de protección ante un solo nivel de amenaza sísmica, siendo necesario desarrollar el estudio del desempeño sísmico de las estructuras, ante los distintos niveles de demanda sísmica, siendo el principal objetivo reducir su vulnerabilidad a través del control explícito del daño estructural. Una forma de evaluar, es el diseño sísmico basado en el control del desplazamiento lateral, siendo parte fundamental de este esquema la posibilidad de evaluar la máxima demanda de desplazamiento lateral en la estructura, y de compararla con umbrales de desplazamiento asociados a los diferentes niveles de desempeño recomendados por investigadores nacionales e internacionales. El diseño de estructuras por resistencia sísmica propuesto en las normativas y códigos, tiene como objetivo principal que las estructuras sean capaces de resistir sismos leves o de baja intensidad sin sufrir daños estructurales significativos, sismos moderados con daños reparables y sismos severos o de mayor intensidad sin que se p roduzca el colapso. A si m i sm o , e s r e l e v an t e re co n o c er que la se gu r i da d a n t e e l colapso, debido a grandes sismos, no implica necesariamente un comportamiento aceptable de la edificación durante sismos de pequeña y moderada intensidad. Todas estas deficiencias detectadas en el desempeño de las estructuras cuando se han visto sometidas a movimientos sísmicos de diferente intensidad, han originado una tendencia clara a cambiar la filosofía de diseño del concepto de resistencia física al concepto más evolucionado y versátil de dese mpeño estructural. Estos dos conceptos, han sido considerados frecuente y erróneamente como sinónimos en los códigos encargados de normalizar los cálculos de diseño sismo resistente, durante casi 70 años. En la actualidad, los esfuerzos se concentran en desarrollar métodos de análisis, evaluación y diseño simples y fáciles de implementar en las diferentes normativas, que incorporen los conceptos de ingeniería basada en el desempeño, y que puedan ser aplicados tanto a las estructuras nuevas como a
las existentes. Empero, estos esfuerzos se orientan más a estructuras de concreto armado y acero, mas no a estructuras de albañilería confinada, por lo que, a pesar de los estudios e investigaciones recientes realizadas en países como México, Ecuador, Perú y Chile, no será posible la aplicación racional de una metodología basada en desplazamientos a la s edificaciones de albañilería confinada hasta que se desarrollen métodos de análisis no lineal para este tipo de estructuras. Dentro de este contexto, el presente trabajo discute un procedimiento simple para obtener la curva de capacidad de edificaciones de albañilería confinada, y el uso de la misma dentro de una metodología de evaluación basada en desplazamientos. Para este trabajo se identifican los parámetros básicos que deben tomarse en cuenta para modelar analíticamente la respuesta de la albañilería en su rango elástico e inelástico de comportamiento. En este trabajo de investigación se darán a conocer los alcances del comportamiento de las estructuras construidas mediante un método típico utilizado en lima principalmente en el distrito de villa el salvador que es la albañiler ía confinada y su respuesta en el sismo de gran magnitud que ocurrió en el año del 2007 en la ciudad de Pisco, Ica.
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 2.1.- FORMULACION DEL PROBLEMA. 2.1.1.- PREGUNTA PROBLEMA ¿Por qué es necesario proporcionar nuevos y mayores conocimientos sobre áreas de alta zona sísmica como es el caso de villa el salvador?
2.1.2.- DESCRIPCION DEL PROBLEMA Dado que nuestro país se ubica en una región en el que los fenómenos sísmicos son frecuentes es necesario que todas las estructuras sean capaces de resistir las fuer zas impuestas por los sismos, asegurándose que no ocurra su colapso y evitando la perdida de las vidas de los ocupantes. Sin un diseño cuidadoso, las fuerzas y los desplazamientos pueden concentrarse en partes de la estructura incapaces de proporcionar la resistencia o ductilidad adecuadas. La ciudad de Lima especialmente en el distrito de villa el salvador, calificada como zona de riesgo sísmico alto, por su cercana a la costa peruana y la falla de nazca las que como explican los especialistas, alternan entre ellas, produciéndose un efecto llamado subducción, el que ha provocado en los últimos años un gran número de sismos de gran poder destructivo en la parte occidental de nuestro territorio. Los sismos locales y regionales tienen su origen en la existencia en las fallas geológicas locales estos movimientos telúricos son de menor magnitud, pero al producirse muy cerca de la superficie aún tiene un gran poder destructor. Por este movimiento procura la vulnerabilidad de la gran mayoría de sus edificaciones, especialmente las viviendas de albañilería confinada muy utilizada en esta zona. Según datos estadísticos obtenidos del INE del censo poblacional del 2007, el 64 % de las ed ificaciones en el casco urbano de lima, en el distrito de Villa el Salvador son con muros de albañilería confinada con ladrillos industriales y artesanal fabricado en la zona.
3.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL PROBLEMA. Hasta antes de 1970, los edificios de albañiler ía se construían sin las precauciones necesarias, por lo que generalmente sufrían serios daños estructurales cuando ocurrían los sismos, llegando incluso a colapsar ante los ter remotos. En otros casos, se proporcionaba paredes con espesores exagerados y muros en abundancia, dando por resultado edificios seguros, pero antieconómicos. Es decir, estas edificaciones no seguían los lineamientos de un diseño racional, debido a que el ingeniero est ructural no contaba con la información suficiente que le permitiese efectuar un diseño adecuado. De los antecedentes sobre el diseño sísmico por desempeño de estructuras de albañilería confinada, existen muy pocas en los países más desarrollados como Estados Unidos, Japón, entre otros. Existen muy pocas investigaciones por ser este sistema propio de los países sub desarrollados o latinoamericanos. México, Chile, Perú, Venezuela y Colombia, son los países latinoamericanos que presentan más investigaciones en el tema y del cual se guió esta t esis. En el Perú la norma E -070 contempla el diseño por resistencia con criterio de desempeño, dándonos resultados aceptables, pero deben realizarse estudios de anál isis no lineales para mejorar la definición de los parámetr os de control y de evaluación por desempeño sísmico. Se mencionan algunos trabajos y sus autores que contribuyeron en el presente trabajo. A nivel nacional, Gál vez (2009) en uno de sus a r t í culos más recientes: “El Análisis No Lineal Dinámico y su A p l i c a c i ó n e n l a S i m u l a c i ó n d e R e s p u e s t a s E s t r u c t u r a l e s ” ,
explica que para el diseño por desempeño es necesario obtener datos importantes de laboratorio; de este modo, presenta ejemplos de calibración para diferentes muros, ya que esto es de mucha importancia para los análisis no lineales dinámicos. Concluyendo que la información de ensayos es indispensable para el proceso de calibración, asi como para el uso de herramientas de análisis no lineales e inelásticas, con el debido cuidado en la determinación de los parámetros de control. A n i ve l in t e r n a ci o n a l , As t r o za y S ch m id t (2 0 0 4) e n u no d e su s artículos más recientes: “Capacidad de Deformación de Muros
de Albañilería Confinada para Distintos Niveles de Desempeño”, explican que en general este tipo de
construcción ha tenido un buen comportamiento en los terremotos. En su trabajo establecen niveles de
deformaciones asociados con diferentes estados límite, para lo cual se aprovechan estudios experimental es de muros de albañilería confinada de Chile, México y Venezuela. Vamvatsikos y Cornell (2001) en la universidad de Stanfor d, realizaron un estudio sobre “Incremental Dynamic Analysis”,
como fundamentos para la realización de las curvas IDA, definiendo así paso a paso para su mejor entendimient o de este complejo análisis, para completar el análisis realiza sólo a modo de teoría el análisis de peligro sísmico probabilístico, concluyendo que para realizar un análisis de esta complejidad hay que dominar cada definición para no t ener resultados erróneos. Cabe citar algunos de los sismos ocurridos en los últi mos años: 1) Ancash (1970) con magnitud en la escala de Richter de 7.7 grados; 2) Lima (1974) con magnitud en la escala de Richter de 7.5 grados; 3) Rioja (1990) con magnitud en la escala de Richter de 7 grados; 4) Moyobamba (1991) con magnitud en la escala de Richter de 6.5 grados; 5) Nazca (1996) con magnitud en la escala de Richter de 6.5 grados; 6) A r e qu i pa ( 2 00 1 ) co n m a gn i t u d e n l a e sc a l a de m om en t o d e 8.4grados; 7) Lamas (2005) con magnitud en la escala de Richter de 7grados. El sismo ocurrido el 15 de agosto del 2007 con una magnitud de 8 grados en la escala de Momento MW y 7 grados en la escala de Richter, cuyo epicentro se localizó al oeste de Pisco en el Cinturón Circumpacífico, tuvo las características de sismo moderado, por lo que las grandes pérdidas de vida ocasionadas y los daños a las infraestructuras se debieron fundamentalmente a la vulnerabilidad de éstas. A t r a vé s d e t o d a la i n f o r m a c ió n d e q u e se d i s po n e y q u e cu b r e un período de más de cuatrocientos años, los sismos han dejado en el Perú un saldo trágico apro ximado de ochenta mil muertos, decenas de millares de heridos y una destrucción material valuada en el orden de decenas de miles de millones de soles. En el futuro es de esperar que los efectos de l os sismos se reduzcan a un mínimo. Las construcciones de concreto armado y ladrillo están paulat inamente reemplazando a las de adobe en casi todas las principales ciudades del Perú, dejando de lado las ornamentaciones, a la vez que se contemplan códigos de construcción así como también la reparaciones de las construcciones típicas que se construyen en toda la capital en base al refor zamiento de las estructuras de albañilería confinada para mejorar su comportamiento y
pasar a ser una estructura dúctil y reducir su vulnerabilidad para otro eventual sismo de regular magnitud. El Perú forma parte del cinturón de fuego del Pacífico, por consiguiente, la costa peruana está en una zona de alta actividad tectónica y sísmica. Los terremotos de gran intensidad azotaron en repetidas ocasiones las ciudades ubicadas en esta región. Los sismos más recientes ocurridos en la costa central-norte fueron Chimbote el 31 de mayo de 1970 y en Lima el 03 de octubre de 1974. En definitiva, los terremotos de gran intensidad volverán a afectar las ciudades costeras (Kuroiwa 2002). Es necesario conocer el estado en que se encuentran las viviendas de la región de la costa, especialmente las de mayor riesgo como son las viviendas autoconstruidas. Con los resultados se busca plantear mejoras en su estructuración y proceso constructivo, con el propósito de procu rar disminuir la vulnerabilidad sísmica de este tipo de viviendas en el futuro. La población trujillana se incrementó con el transcurrir de los años, lo cual generó un crecimiento poco controlado y planificado del área urbana. La población con menores recursos frente a su necesidad de vivienda, construye sus viviendas con sus reducidos medios económicos. Esto implica, sin la asesoría técnica profesional adecuada en el proyecto como en la construcción, ni con los materiales de calidad idóneos para sus viviendas. Lo que constituye en su mayoría viviendas de alta vulnerabilidad sísmica, generando un riesgo a los residentes de estas viviendas. La albañilería de arcilla constituye un material noble, muy económico. Pero de bajo nivel técnico de la construcción, al ejecutarse con una mano de obra poco calificada y materiales de baja calidad (MPT 1995). En el sismo del 2007 e n pisco los daños de las constru cciones tanto en adobe como de otros materiales es necesario clasificarlos ya que de acuerdo con los niveles de daño alcanzados y con la distribución de ellos:
Con este propósito los daños en la zona afectada se clasificaron de acuerdo con la Escala Sísmica de Inten sidades MSK-64 (IGP, 1979), reconociendo 5 niveles clases, cu ya descripción se entrega en la Tabla 3.
Viviendas de Quincha A ú n c u a n do e l p o r ce nt a j e d e vi vi e n da s de qu i n c ha en la zo na es reducido según los datos estadísticos de la Tabla 2, es conveniente destacar sus características y comportamiento por corresponder a un tipo de construcción muy abundante en la región en el pasado y por lo mismo es conveniente analizar su comportamiento en el contexto actual. Estas edificaciones corresponden a edificaciones flexibles de madera y caña y de poco peso, y por lo mismo el efecto sísmico y los daños sobre ellas son mucho menores que las pesadas y débiles construcciones de adobe. Las construcciones de este tipo están conformadas por paredes que son una combinación de postes y vigas de madera, tejidos con caña, cubiertos con mortero de barro como acabado. Los techos tienen vigas de madera o cañas
gruesas, cubiertas con cañas o planchas fabricadas con material más noble.
3.1.- Análisis de Otras Tesis: “DEFECTOS QUE INCIDIERON EN EL COMPORTAMIENTO DE
LAS CONSTRUCCIONES DE ALBAÑILERÍA EN EL SISMO DE PISCO DEL 15-08-2007 ” A l a s 6 : 4 0 p . m . ( h o ra l o ca l) d e l 1 5 de a gos t o d e l 2 0 07 , se produjo un terremoto de magnitud de momento Mw = 8.0, cuyo epicentro se localizó a 50 km al oeste de Chincha Alta (150 km al sur este de Lima y 110 km al noroeste de I ca, Fig.1), con un foco a 39 km de profundidad.
FIG.1 Epicentro y ciudades afectadas. Este sismo produjo daños desde leves hasta severos en diversos tipos de estructuras localizadas en los departamentos de Ica, Lima y Huancavelica. En este artículo se describe tan solo los daños producidos en las edificaciones de albañilería, tratándose de poner énfasis en los errores cometidos con la finalidad de aprender de esta lección dejada por el terremoto. CALIFICACIÓN DEL SISMO DESDE EL PUNTO DE VISTA ESTRUCTURAL Desde el punto de vista estructural interesa la aceleración en el lugar de la obra, para llo, en la Norma Sísmica E.030 (Ref.3) se especifica una aceleración máxima de 0.4g, asociada al sismo “severo” de diseño para la zona de suelo
duro en la costa (Z3) y se proporcionan facto res de amplificación (S) por efectos locales del suelo de cimentación. El sismo de Pisco fue captado por 15 instrumentos (Ref.2), 14 de los cuales estuvieron ubicados en la provincia de Lima, y el restante en Parcona a 122 km al sur este del epicentro. Este sismo se caracterizó por tener dos frentes de ruptura (R1 y R2 en la Fig.2) de la placa tectónica. En la estación de la Universidad Católica (PUCP), ubicada sobre terreno duro, se captó una aceleración horizontal
máxima de 0.07g en la ruptura R2, que corres pondió aproximadamente al promedio de las 14 estaciones limeñas, con lo cual, para la provincia de Lima, el sismo puede ser calificado como “leve” en comparación con el sismo severo de
la Norma Sísmica E.030. En la estación de Parcona, ubicada sobre un suelo sedimentario, se registró un aceleración máxima de 0.5g para la ruptura R1, disminuyendo sustancialmente para la ruptura R2, lo que resulta discutible ya que en las 14 estaciones limeñas, la máxima aceleración se alcanzó para la ruptur a R2. Cabe anotar que cualquier impacto cercano al instrumento, por ejemplo, el colapso de alguna edificación, puede afectar la lectura del acelerómetro. Otros indicios de que en la zona afectada (Chincha, Pisco, etc.) el sismo debe haber adquirido la catego ría de “moderado”, la dan las pistas y postes que fueron afectados
sólo en la zona de los humedales, y las estructuras prácticamente inestables que no sufrieron ningún daño Es decir, los daños ocurridos en las estructuras se debieron a: 1) la baja calidad del suelo donde estaban ubicadas, 2) cimentaciones no adecuadas, 3) la calidad de los materiales empleados, 4) técnicas constructivas inadecuadas, y, 5) deficiencias en la estructuración y en el diseño. (Ángel San Bartolomé, PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ, 2008) “CONSTRUCCIONES DE ALBAÑILERIA – Comportamiento y diseño estructural“
El objetivo principal del libro es que el lector adquiera los conocimientos suficientes que le permitan analizar, diseñar y construir edificaciones de mediana altura (de hasta 5pisos) hechas de albañilería estructural. Para alcanzar est os conocimientos, es necesario estudiar el comportamiento de las edificaciones de albañilería ante los terremotos ocurridos en el pasado, así como la influencia de diversos parámetros que han sido investigados a nivel experimental. Los resultados de estos estudios han permitido plantear recomendaciones en los aspectos de la construcción y del diseño estructural, principalmente para lograr un adecuado comportamiento sísmico en este tipo de estructuras. Por lo expuesto, este libro ha sido preparado de tal manera que primero el lector tenga una concepción global de los sistemas de albañilería; para esto, se estudiará los procedimientos de construcción y el comportamiento sísmico de estas edificaciones, así como los procedimientos vigentes de análisis y diseño estructural . Para luego entrar a
ver los detalles sobre los componentes de la albañilería, analizando los resultados de los ensayos respectivos,los que finalmente han permitido plantear nuevos métodos de diseño estructural. A m a ne r a d e r e f er en ci a pa r a l o s p r o f e so r e s u n i v er s i t a r i os qu e enseñan esta materia, cabe mencionar que cuando dicté el curso de "Albañilería Estructural" en la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), los conocimientos vertidos en este libro fueron complementados mediante prácticas continuadas, tipo taller. resueltas en grupos compuestos por var ios alumnos. En dichas prácticas, se analizó, diseñó y se trazaron los planos estructurales de un edificio de albañilería. Todos los grupos resolvieron el mismo edificio, pero bajo diferentes características, estudiándose: varias formas de techado (losas macizas y aligeradas, armadas en una o dos direcciones) y de cimentación (concreto ciclópeo y concreto armado); el efecto del peralte de las vigas coplanares con los muros; varios tipos de albañilería (armada y confinada); variaciones en el análisis estructural (aproximado y computacional, base empotrada y flexible, distribución uniforme y triangular de las fuerzas de inercia); y, diferentes técnicas de diseño (por esfuerzos admisibles y por capacidad resistente a la rotura). Esto permitió analizar el efecto de diversos parámetros sobre el edificio en estudio, discutiéndose el trabajo final entre todos los alumnos en una especie de sustentación. Adicionalmente, estas prácticas teóricas fueron complementadas realizando visitas a laboratorios de estructuras, fábricas ladrilleras y edificaciones de albañilería en construcción. (Ángel San Bartolomé, PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ, 1994) “Diseño estructural de un edificio de vivienda de albañilería confinada”
La presente tesis tiene como objetivo el análisis y diseño estructural de un edificio de 5 pisos con tanque elevado destinado al uso de viviendas, ubicado en Lima. Este proyecto se ha desarrollado empleando sistemas de construcción en el Perú: Muros de Albañilería Confinada y Elementos de Concreto Armado. El edificio se proyecta sobre un terreno rectangular de aproximadamente 260 m2, con un área techada de 235 m2, distribuido de modo que todos los pisos cuentan con cuatro departamentos de aproximadamente 50 m2. Los accesos se encuentran en las zonas laterales del edificio del primer piso, los cuales conducen a la escalera que une los cinco niveles. El terreno sobre el cual se encuentra el edificio es una grava arenosa típica de Lima cuya capacidad adm isible
es de 4.0 kg/cm2, a una profundidad de 1.50 m. En cuanto al diseño del edificio, se emplearon muros de corte tanto de albañilería confinada y de concreto armado. Se buscó una distribución que garantice una rigidez adecuada en ambas direcciones con la finalidad de controlar los desplazamientos laterales y evitar problemas de torsión, en conjunto con el uso de dinteles y vigas peraltadas en la zona correspondiente a la caja de la escalera. Definido lo anterior, se procedió a predimensionar los elementos estructurales principales (losas macizas, vigas, columnas, muros de albañilería y de concreto armado), siguiendo los criterios y recomendaciones de los libros de diseño estructural empleados en esta tesis. A continuación se procedió a realizar el metrado de cargas verticales para el análisis sísmico, cumpliendo con lo estipulado en las normas E.020 y E.030 de Cargas y de Diseño Sismo Resistente, respectivamente, con especial énfasis en las solicitudes de la norma E.070 de Albañilería para los muros respectivos. Posterior al análisis y verificación del cumplimiento de los requisitos y comprobación sísmica global del edificio, se diseñaron los elementos estructurales según la norma E.060 de Concreto Armado y en el caso de los muros de albañilería confinada, de acuerdo a la norma E.070. Tales elementos diseñados fueron los siguientes: losas macizas, vigas, muros de corte de concreto (placas), muros de albañilería, escalera, tanque elevado y cimentación, esta última tomando en consideración la Norma E.050 de Cimentaciones. Finalmente se presenta el presupuesto correspondiente al casco de la estructura, con precio s actualizados al mes de setiembre del presente año. (LUIS HERNANDEZ PINEDO, PUCP ,2012) “Manual para la Reparación y Reforzamiento de Viviendas de Albañilería
Confinada Dañadas por Sismos - TIPOLOGÍA DE DAÑOS” La albañilería confinada es aquel tipo de sistema constructivo en el que se utilizan piezas de ladrill o rojo de arcilla horneada o bloques de concreto, de modo que los muros quedan bordeados en sus cuatro lados, por elementos de concreto armado. Por ejemplo, si se trata de un muro en el primer piso, los elementos confinantes horizontales son la cimen tación y la viga de amarre, y los elementos confinantes verticales son las dos columnas de sus extremos F-2.1a. Nótese que la separación máxima entre columnas debe ser menor que dos veces la altura del entrepiso.
Para lograr una buena integración entre los muros de albañilería y los refuerzos de concreto a rmado, se recomienda el siguiente proceso: (i) se prepara y construye la cimentación; (ii) luego, se levantan los muros; (iii ) se coloca la armadura de refuerzo de las columnas; y (iv) se encofra y se llena con concreto. En F -2.1b se puede observar que todos los muros del primer y segundo piso ya tienen vaciadas sus columnas de refuerzo y que las vigas de amarre estan incorporadas dentro del espesor de los techos del primer y segundo nivel, respectivamente. Notese que, en el tercer piso, los muros de ladrillo estan construidos, se han colocado varillas de acero de refuer zo y se estan instalando los encofrados de las columnas para, lue go, ser llenados de concreto. Es importante mencionar que el Mapa de Peligros original de Pisco, correspondiente a los años 2001 -2002, y el Mapa de Peligros validado entre setiembre y diciembre de 2007, sirven para determinar que el edificio anteriormente mostrado ha sido construido en un sector con peligro a lto. Esto demuestra que, con un buen diseño arquitectónico y estructural y una construcción supervisada, se reduce el riesgo y se obtienen edificios más resistentes, a pesar de la forma alargada del lote y de las altas aceleraciones sísmicas. (Ing. Juan Sarmiento Soto, Ministro de Vivienda, Construcción y Saneamiento, 2009) “DIAGNOSTICO PRELIMINAR DE LA VULNERABILIDAD SISMICA DE LAS
AUTOCONSTRUCCIONES EN LIMA.” En esta tesis se presenta los resultados de un trabajo de investigación sobre las características estructurales de viviendas autoconstruidas en los distritos de Villa el Salvador y Carabayllo de la provincia de Lima. Además se identifican los principales factores propios o externos a las viviendas, que pueden afectar negativamente su comportamiento
sísmico. Luego, se determina para estas viviendas su vulnerabilidad sísmica y se estima cuales podrían ser los daños después de un terremoto. Para conseguir la información requerida se realizó una encuesta de campo donde se recabó los datos necesarios de las viviendas autoconstruidas en los dos distritos antes mencionados. Luego se procesaron los datos recabados y se acumularon los resultados obtenidos. Para el procesamiento de los datos obtenidos, se tomó en cuenta El Reglamento Nacional de Construcciones, estudios realizados después del terremoto de Chimbote en el año 1970, estudios sobre albañilería realizados en la Pontificia Universidad Católica del Perú y demás referencias mencionadas al final de este documento. El trabajo de investigación se realizó con el fin de conocer ¿Cómo se esta autoconstruyendo en Lima. Ya que u n terremoto afecta a la sociedad y a la economía porque se tendría que realizar un gasto enorme para la construcción de nuevas viviendas. A m e d i d a q u e p as an lo s a ño s , l a n e ce s i d ad de vi vi en d a s e n Lima es cada vez más apremiante. En la actualidad, esta necesidad afecta a todos los niveles socioeconómicos. En los sectores de bajos ingresos económicos esta necesidad está siendo atenuada por la autoconstrucción de viviendas. Esto significa que el poblador edifica su propia vivienda s in asesoría técnica de profesionales capacitados (ingenieros o arquitectos), contratando albañiles o maestros de obra para que realicen la construcción de su vivienda. En otros casos, son los mismos pobladores, que con algunos conocimientos de albañilería, participan en la construcción de sus viviendas contando con la colaboración de familiares, amigos y vecinos. El autoconstrucción debe ser denominada más bien “construcción
informal”,
pues
se
construye
de
manera
desordenada y con escasos conocimientos de diseño sísmico de estructuras. No tener asesoría técnica trae consigo algunos problemas como consecuencia de la falta de conocimiento, tales como una deficiente estructuración de las viviendas, ba ja calidad en la construcción y deficiencias en la arquitectura. Además, es muy frecuente que se haga una mala utilización de algunos materiales de construcción. Este trabajo de investigación se ocupa principalmente de las deficiencias en la estructura de las viviendas autoconstruidas, que deberían estar capacitadas para soportar un terremoto sin poner en riesgo la seguridad de las personas que en ellas habitan. (Ingeniero Roberto Angel Flores De los Santos, Universidad Catolica Del Peru, 2002).
“ANÁLISIS DE LA VULNERABILIDAD SÍSMICA DE LAS VIVIENDAS
INFORMALES EN LA CIUDAD DE TRUJILLO” La investigación genera una metodología simple p ara determinar el riesgo sísmico de viviendas informales de albañilería confinada en la ciudad de Trujillo. Para ello se ha analizado las características técnicas así como los errores arquitectónicos, constructivos y estructurales de viviendas construidas informalmente. La mayoría de las viviendas informales carecen de diseño arquitectónico, estructural y se construyen con materiales de baja calidad. Además estas viviendas son construidas generalmente por los mismos pobladores de la zona, quienes no poseen los conocimientos, ni medios económicos necesarios para una buena práctica constructiva. Para recolectar la información para este trabajo de tesis se encuestaron 30 viviendas en 02 distritos de la ciudad de Trujillo, que se seleccionaron por sus características morfológicas y por la presencia de viviendas informales de albañilería. La información de campo se recolectó en fichas de encuesta, en las que se recopiló datos de ubicación, proceso constructivo, estructuración, y calidad de la construcción. Posteriormente el trabajo de gabinete se procesó la información en fichas de reporte donde se resume las características técnicas, elaborando un análisis sísmico simplificado por medio de la densidad de muros, d eterminando la vulnerabilidad y peligro y riesgo sísmico de las viviendas encuestadas. Luego con la información obtenida se detalló los principales defectos constructivos encontrados en las viviendas encuestadas. Los resultados obtenidos contribuyeron a la elaboración de una cartilla para la construcción y mantenimiento de las viviendas de albañilería confinada de la costa peruana, zona de alto peligro sísmico. (Johan Edgar Laucata Luna, Universidad Catolica Del Peru, 2013). “REDUCCION DE RIESGO SISMICO EN VIVIENDAS DEL PERU.”
Según estimaciones del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento (MVCS), cerca del 70% de las viviendas que se construyen en el país son informales, es decir, que son edificadas por el propietario con la a yuda o por medio de un “maestro de obra”. Sin
embargo, ojalá fuera incluso así, porque frecuentemente son oficiales o ayudantes, que le siguen en rango a los maest ros de obra, los encargados de las construcciones.
Como consecuencia de ello, la mano de obra es deficiente en la mayoría de casos, lo que se aprecia, por ejemplo, en el asentamiento de las piezas de ladrillo, con espesores no uniformes del mortero y las juntas verticales no rellenadas, o no compactadas adecuadamente. Para que el mortero arena cemento y el concreto logren la resistencia especif icada, es necesario que se cumpla con la dosificación de sus componentes: cemento, arena, en el primer caso; más piedra chancada en el segundo. La cantidad de agua es crítica, pues s i s e a g r e g a e n e x c e s o – l o q u e a m e n u d o s e h a c e p o r “trabajabilidad”– se reduce sustancialmente la resistencia del mortero o concreto. Las piezas de ladrillos muchas veces no son de la calidad adecuada, con demasiados vacíos en los ladrillos tipo pandereta o piezas deformadas o no horneadas adecuadamente. Como lasedificaciones no han sido diseñadas y construidas profesionalmente, con métodos y técnicas de construcción desarrollados en el Perú, que están ahora disponibles, no consideran la densidad de muros, carecen de columnas de concreto armado de refuerzo o están inadecuadamente distribuidas en la planta de la vivienda. Como resultado, se tienen viviendas vulnerables frente a sismos, situación que se agrava porque Lima ha crecido explosivamente ocupando terrenos con peligro natural alto, como cerros en pendiente, cubiertos de arena eólica suelta. Resultado: viviendas con niveles de riesgo muy altos o alto s para cientos de miles de familias que residen en los asentamientos humanos que rodean Lima. Durante el terremoto de 1940, magnitud Richter 8.2, el más potente que ha afectado la costa central del Perú en el siglo X X , L i m a t e n í a u n o s 6 0 0 , 0 0 0 h a b i t a n t e s . A p a r t i r de l o s a ñ o s 1950, la migración altoandina hacia la capita l del Perú se incrementó sustancialmente. La Ciudad de Dios (actualmente San Juan de Miraf lores y Villa El Salvador) es el resultado de una invasión producida en la noche de Navidad. Desde entonces, el mayor crecimiento de Lima en su periferia se ha realizado por i nvasiones, encabezadas generalmente por traficantes de tierras. En la actualidad, Lima Metropolitana alberga a más de 9 millones de habitantes, que constituyen aproximadamente el 31% de la población total del pa ís, que es de 31´151,643 millones (al 30.06.2015, según el INEI). (ingeniero julio kuroiwa, marzo 2016).
“Estudio sobre Diseño Sísmico en Construcciones de Adobe y su Incidencia en la Reducción de Desastres”
El territorio del Perú es un escenario de múltiples peligros debido a su compleja conformación geológica y geodinámica muy activa, asociada a la complicada configuración morfológica y topográfica que influye notablemente en la variabilidad climática que, bajo la influencia del cambio climático global, da lugar al incremento de la frecuencia e intensidad de los eventos potencialmente destructivos. Estos escenarios de peligros o amenazas corresponden a espacios donde se han registrado eventos ocurridos en el pasado y también donde, de acuerdo con los estudios de riesgo, se determina una mayor probabilidad de ocurrencia de los fenómenos. Los factores que son considerados para la identificación de estos escenarios son los siguientes: Las características y el tipo de variabilidad climática. Las características de la sismicidad y vulcanismo Los procesos de geodinámica externa Los fenómenos que adquieren la categoría de peligros que ocasionan los desastres de mayor envergadura en el paí s son: los terremotos, las inundaciones, los huaycos y aluviones (avalanchas de lodo) y las sequías. Hay muchos otros fenómenos que ocurren eventualmente pero que tienen un impacto menor en términos territoriales, así como en cantidad de víctimas, daños y pérdidas económicas que los anteriormente citados. Los terremotos son el peligro mayor en nuestro país. La actividad sísmica en el Perú tiene un amplio desarrollo cuyo origen está relacionado con las condiciones tectónicas regionales y locales, y las condiciones locales de los suelos que determinan la aceleración y la severidad de sacudimiento, que a su vez van a tener notable influencia sobre las estructuras ( Ing. Víctor Antonio Zelaya Jara, marzo 2007).
4.- OBJETIVOS
4.1.- Objetivo General:
Proporcionar soluciones para la disminución de la alta vulnerabilidad sísmica en las viviendas informales de albañilería confinada.
4.2.- Objetivos Específicos:
E s t i m a r e l r i e s g o s í sm i c o d e d o s v i vi e n d a s i n f o r m a l e s e n el distrito de villa el salvador. Evaluar la vulnerabilidad sísmica de dos viviendas informales ubicadas en el distrito de villa el salvador. Identificar los sistemas constructivos de mayor utilización de viviendas informales en el distrito de villa el salvador. Elaborar recomendaciones para reforzamiento y rehabilitación autoconstruidas.
la
construcción, de viviendas
5.- PREGUNTAS DE INVESTIGACION
¿ Q u é e s t u d i o s so n n ec e s a r i o s p a r a e v a l u a r l a s f a l l a s d e comportamiento de los elementos estructurales a base de albañilería confinada? ¿Qué estudios son necesarios para evaluar las fallas? ¿Cuál es la solución a los problemas estructurales que ocurren en las construcciones típicas en caso de un sismo en villa el salvador? ¿Cómo es el tipo de suelo (geología) de Villa el salvador? ¿ C ó m o s o l u c i o n a r o q u é m e d i d a s ha c e r p a r a l a problemática de las construcciones típicas que ocurren en Villa el Salvador?
6.- JUSTIFICACION E IMPORTANCIA El presente trabajo de investigación tiene como objetivo principal el interés de conocer como el fenómeno sísmico viene causando estragos en las viviendas de lima en este caso en el distrito de villa el salvador y que medida se viene aplicando a fin de atenuar los desastres, así mismo proponer un modelo de diseño sísmico con propiedades resistentes mediante las construcciones tradicionales y su posible efecto en la reducción de contingencias futuras, en beneficio de la comunidad. La importancia de la investi gación radica en que con el uso de este
método,
comportamiento
se
obtiene
frente
a
una un
vivienda
sismo
con
severo
que
mejor nos
proporcionara el área de refuerzo en caña estructural, que hará que este tipo de vivienda tenga mejor comportamiento frente a un sismo severo y que a pesar de colapsar la edificación, la vida humana quede a salvo. A s í m i sm o l a i m p o r t a n c i a d e e s t a i n v es t i ga c i ó n, r a d ic a e n qu e contribuirá a orientar a las familias del distrito de villa el salvador y a la sociedad en la prevención e implementación de
medidas
adecuadas;
así
como
llegar
a
conclusiones
valiosas y aportes que podrán ser tomadas en consideración para futuros sucesos sísmicos.
7.- MARCO TEORICO 7.1.- TEORÍA Selección de viviendas Selección de viviendas. Para la selección de viviendas a encuestar, no se utilizó algún método estadístico con respecto a toma de muestras. Se contactó con un dirigente o líder d e la comunidad al cual se le expuso el objetivo de la encuesta. A ce p t a d a e st a p o r e l l í d e r d e l a c om un i d ad , s e a cu e r d a u n d í a para el inicio de la encuesta. Aquel día el líder de la comunidad acompañó a los encuestadores y los presentó, de vivienda en vivienda, a sus vecinos y les explicó el por qué de la encuesta. Como resultado de esto, algunos vecinos colaboran con la encuesta y otros no. Algunas veces los dueños de las viviendas encuestadas recomendaron a familiares o conocidos para realizar la encuesta en sus comunidades. Es decir, la selección de las viviendas a encuestar por comunidad dependió de la voluntad de sus dueños para aceptar la encuesta.
Plano del distrito de Villa el Salvador
Verificación de los esfuerzos axiales en los muros. Esta verificación se realiza con la finali dad de comprobar que los esfuerzos axiales en los muros portantes producidos por la carga gravitacional, conformada por el peso propio de los elementos estructurales (carga muerta, PD) y el peso de las personas y muebles en la vivienda (carga viva, PL), sobre las unidades de albañilería sean menores a los establecidos en la referencia. A d e m á s, se r e a l i z a u na e s t i m a ci ón d e l os e sf ue r zo s a x ia l es aplicados al suelo por los muros de la vivienda. Esta verificación se realiza para los muros más cargados en los sentidos principales de la vivienda.
Luego de calcular mediante metrados de carga los valores de PD y PL, se obtiene el esfuerzo axial sobre e l muro calculándose de la siguiente manera: Pg = PD + PL ; A = L x t P g/ A = f a De acuerdo a la referencia 7, el esfuerzo axial máximo fa, producido por la carga gravitacional máxima de servicio incluyendo el 100% de carga viva, debe ser inferior al 15% de la resistencia a compresión de pilas de albañilería “ f 'm ” (en
kPa), es decir se debe cumplir que: fa < Fa = 0.15 m f ' (en kPa) A d em á s se d eb e c u m p l i r qu e : fa < Fa = 0.20 m f ' (1-(h/(35 t))2 ) (en kPa) El esfuerzo axial sobre el suelo S suelo (en kPa), se calcula de la siguiente manera
S suelo =(Pg + Pcimiento)/(B x L) donde: L : longitud del muro (m); t : espesor efectivo del muro (m); no se toma en cuenta acabados o bruñas B : ancho de la cimentación; h : altura del muro (m); A : á r e a t r a ns v e r sa l d e l m u r o ( m 2 ) ; PD , PL y Pg : cargas gravitacionales (kN); Pcimiento : peso del cimiento (kN); Verificación del esfuerzo cortante. En este análisis se verifica que el área de corte de muros existente Ar sea mayor al área de corte de muros mínima requerida Am. Para calcular la fuerza cortante asociada al agrietamiento diagonal de los muros de albañilería se puede estimar como. U n i d a d e s d e a r c i l l a y c o n c r e t o : V R = 0 . 5 a m v ' L t + 0 . 2 3 P g U n i d a d e s s í l i c o – c a l c á r e a s : V R = 0 . 3 a m v ' L t + 0 . 2 3 P g : Factor de reducción de resistencia al corte por efectos de esbeltez. VR : Fuerza cortante asociada al agrietamiento diagonal de la albañilería. m v ' : r e s i s t e n c i a c a r a c t e r í s t i c a a c o m p r e s i ó n d i a g o n a l e n muretes de albañilería. a
Las resistencias características en sistemas de albañilería maciza y perforada se obtuvieron de la referencia 7 y para muros de albañilería tubular tipo pandereta se obtuvo de la referencia 8. A l d i vi d i r V R e nt r e e l á r e a d e l m u ro (A = L t ) s e o b t ie n e el esfuerzo cortante asociado al agrietamiento diagonal de la albañilería (vr), entonces: Estas fórmulas son utilizadas en el reporte para hallar el área mínima de muros resistentes necesaria Am, como el cociente de dividir la fuerza cortante por nivel de la vivienda entre vr. a se calcula de la siguiente manera:
: Fuerza cortante obtenida de un análisis elástico para el muro en análisis. Me : Momento flector obtenido de un análisis elástico para el Ve
muro en análisis. Para hallar Am en cada nivel de la vivienda y en cada uno de sus sentidos principales, se calcula primero las cargas sísmicas por nivel conforme al Reglamento Nacional de Construcciones - Norma Técnica de Edificación E 030 del año 1997 como:
Z U C P R
: : : : :
Factor de zona sísmica (adimensional). Factor de uso o importancia (adimensional). Factor de amplificación sísmica (adimensional). Peso total de la vivienda (kN). Factor de reducción por ductil idad (adimensional) = 3
Pi : Peso de entrepiso “i” d e la vivienda (kN). hi : Altura de entrepiso “i” (m)
7.2.-LISTA CONCEPTUAL
Albañilería confinada: La albañilería confinada es la técnica de construcción que se emplea normalmente para la edificación de una vivienda. En este tipo de construcción se utilizan ladrillos de arcilla cocida, columnas de amarre, vigas soleras, etc.
Análisis estructural: Se refiere al uso de las ecuaciones de la resistencia de materiales para encontrar los esfuerzos internos, deformaciones y tensiones que actúan sobre una estructura resistente.
Sismos Vibraciones o sacudimientos de la corteza terrestre causadas por ondas sísmicas que se generan por súbita liberación de energía elástica acumulada en la corteza y parte superior del manto terrestre, debida a las corrientes de convección de calor por el gradiente de temperatura.
Sismo de Diseño Sismo que ocurrirá durante la vida útil de la obra con cierta probabilidad de ser excedida. Se estima mediante estudios de peligro o amenaza sísmica y se relaciona con la sismicidad de la zona y el sitio específico.
Falla Geológica: Fractura geológica a lo largo de la cual se ha producido un desplazamiento de dos bloques adyacentes en tiempos históricos, donde se han localizado los focos de los sismos.
Magnitud Sísmica: Mide la energía liberada, o sea el “tamaño” del
sismo. Es un único valor para cada sismo.
Intensidad Sísmica: Mide la fuerza del sacudimiento del suelo en un lugar determinado.
Peligro Sísmico: Se estima el parámetro sísmico (aceleración, velocidad, desplazamiento, intensidad) para el sitio en estudio usando leyes de atenuación.
Condiciones Locales: Características del Suelo: Más resistente: menor intensidad; menos resistente: mayor intensidad. Ej. Callao, La Molina, Chorrillos.
Vulnerabilidad de las edificaciones: Es una magnitud que permite cuantificar el tipo de daño estructural, el modo de fallo y la capacidad resistente de una estructura bajo unas condiciones probables de sismo.
Reducción del riesgo: La reducción de riesgo se logra a través de la implementación de Medidas de protección, que basen en los resultados del análisis y de la clasificación de riesgo. Las medidas de protección están divididas en medidas físicas y técnicas, personales y organizativas.
8- HIP ÓTE SIS Probablemente el diseño de las construcciones típicas de la albañilería confinada en zonas de altas vulnerabilidad y mala calidad de suelo como es el distrito de villa el salvador tenga la capacidad de resistir un sismo de gran magnitud como el sismo ocurrido en el sismo de pisco en el año 2007
9.- METODOLOGÍA 9.1.- ENFOQUE DE INVESTIGACION El
presente
trabajo
de
investigación
tiene
un
enf oque
cualitativo, ya que en este trabajo se abordan principales conceptos y teorías de la ingeniería estructural y la normativa sismo resistente vigente para la construcción de edificaciones en base a construcciones típicas realizadas en el distrito de villa el salvador que es la albañilería confinada en situaciones de desastres naturales como los sismos de gran magnitud.
9.2.- TIPO DE INVESTIGACION En la realización del presente trabajo, se aplicó los tipos de investigación exploratorio y descriptivo. En la investigación exploratoria se profundizara en conocer el comportamiento sísmico y el comportamiento estructural de materiales que existe en el proceso constructivo de la albañilería confinada. Toda la información del trabajo se hizo mediante recolección de datos bibliográficos de consulta que fueron: libros de autores, tesis para optar títulos de ingenieros, manuales, artículo
de
revistas,
videos
de
conferencias,
apunte
de
clases, etc. Que son fuente confiable referida al tema de investigación.
10.- CONCLUSIONES
Las viviendas de albañilería confinada (unidades de albañilería:
ladrillos
artesanales
de
arcilla
cocida)
actualmente ocupan el mayor porcentaje en el distrito de Villa el Salvador, con respecto a los demás tipos de sistema estructural de la ciudad de Lima.
La falta de adecuada técnica constructiva de Maestros de Obra y obreros en general trae como consecuencia la precariedad en la construcción de las viviendas en el distrito de villa el salvador, tal situación se empeoraría si los propietarios autoconstruyeran, que NO es el caso.
La geología del distrito de villa el salvador se considera un Suelo Normal ya que presenta Arena limosa, mal gradada, de colores variables entre marrón claro, marr ón oscuro y beige, de grano medio a fino, medianamente densas, poco húmeda, no plástica; los cuales pueden ser excavados
sin
dificultad
a
pulso
y/o
con
equipo
mecánico.
Dicha precariedad se traduce en la falta de seguridad física
que
brindan
sísmicamente
las
vulnerables;
viviendas, a
parte
haciéndolas
de
las
malas
condiciones para la salud de sus habitantes debido al tipo de suelo, ya que en la zona de villa el salvador está compuesto por suelos arenosos con partículas de gravas siendo un suelo no apto en su mayoría para ejecutar cimentaciones de las viviendas que a su vez contiene un alto porcentaje de humedad.
El
mayor
problema
encontrado
es
la
f alta
de
conocimiento que tienen los constructores involucrados del papel que juegan los muros de albañilería en una
edificación,
ello
construcción viviendas
que
trae
como
muestran
analizadas
(uso
consecuencia los
muros
de
ladrillos
la
de
pésima
todas
las
artesanales
resquebrajados, mal cocidos, con variación dimensional y alabeo; juntas de mortero entre ladrillos mal llenadas, de excesivos, desuniformes y desalineados espesores, muros
desaplomados,
deficiente
conectividad
muro-
columnas, deficiente conectividad muro-aligerados.
Se encontraron muchas viviendas con fisuras, grietas, y rajaduras,
con
humedad
armaduras
expuestas
en
en
muros,
azoteas
en
aligera dos; proceso
de
oxidación; cangrejeras en elementos sismorresistentes.
L a m a n o d e o b r a e s d e b a j a c a l i d a d . Lo s c o n s t r u c t o r e s involucrados tienen el equivocado concepto de que sólo las columnas y vigas soportan cargas en una vivienda, y lo que es peor sólo lo enfocan desde el punto de vista de cargas verticales por peso propio.
La albañilería confinada es ideal para construcción de viviendas económicas de baja altura en zonas sísmicas, tales como de 1 a 2 pisos.
L a c o n s t r u c c i ó n i n f o r m a l e n L i m a e n e l d i s t r i t o d e vi l l a e l salvador ante un sismo severo podrían colapsar la mayoría de sus viviendas ante un sismo severo como ocurrió en el 2007 en Ica. De acuerdo a los resultados obtenidos en los reportes de vulnerabilidad.
11.- RECOMENACIONES
Como se ha podido concluir la mayor parte de las viviendas son de baja calidad y técnica constructiva, se recomienda continuar con esta clase de investigaciones y sus respectivas alternativas de solución.
Realizar
cartillas
y/o
manuales
técnicos
fáci les
de
comprender y asequibles a los pobladores de nivel socioeconómico medio a bajo a nivel nacional.
Es muy importante tener una adecuada densidad de muros en ambas direcciones de las viviendas, con el fin de poder absorber los esfuerzos de sismo de manera eficaz y económica.
D i f u n d i r l a i n f o r m a c i ó n t é c n i c a y de i n v e s t i g a c i ó n d e l a s universidades a través de entes gubernamentales y no gubernamentales, de tal manera de hacer llegar a los obreros de construcción y a las familias involucradas como principales receptores interesados.
Se recomienda reforzar estructuralmente las viviendas en mal estado para evitar pérdidas de vidas humanas ante la ocurrencia de un probable sismo severo, y minimizar las pérdidas económicas antes sismos leves pero más frecuentes.
