UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil
MONOGRAFÍA: NUEVAS TECNOLOGÍAS EN INGENIERÍA SÍSMICA DOCENTE: Lic. Marlon Garay Rodríguez
AUTORES: FAJARDO INCIO, Patricia Abigail GUERRERO ENCARNACIÓN, Mayra Lizbet MAMANI RAMÍREZ, Etzon Antonio
CICLO 2015-II
LIMA, NOVIEMBRE DEL 2015
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RESUMEN El sismo es el fenómeno natural que más se menciona en la ingeniería civil, este puede ser el peor enemigo de la ingeniería civil; por ende, es muy importante el desarrollo de la ingeniería sísmica en conjunto con la ingeniería civil con la finalidad de generar edificaciones con diseño antisísmico que permitan brindar más soporte y mayor seguridad al momento de un sismo. El aislamiento sísmico es una colección de elementos estructurales para desemparejar una superestructura del edificio y de la superficie, para así proteger la integridad del edificio. El aislamiento sísmico es una innovadora herramienta de gran alcance de la ingeniería sísmica y, gracias a esta, actualmente es posible mantener edificaciones en buen estado después de grandes movimientos sísmicos.
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ÍNDICE Pág. Resumen.......................................................................................................................................... 2 Índice................................................................................................................................................ 3 Índice de tablas y figuras.................................................................................................................. 5 Introducción...................................................................................................................................... 7 Nuevas tecnologías en ingeniería sísmica........................................................................................8 1.
2.
Sistemas de protección............................................................................................................. 8 1.1.
Por resistencia.................................................................................................................... 8
1.2.
Por ductilidad...................................................................................................................... 8
1.3.
Por disipación..................................................................................................................... 8
Técnicas innovadoras.............................................................................................................. 10 2.1.
3.
4.
Refuerzo Antisísmico........................................................................................................10
2.1.1.
Puesta en tensión por la parte externa......................................................................11
2.1.2.
Aisladores en la base................................................................................................11
2.1.3.
Disipadores sísmicos.................................................................................................13
2.1.4.
Amortiguadores de masa “sintonizados”...................................................................14
2.1.5.
Tanque “slosh”:.......................................................................................................... 14
2.1.6.
Sistemas de control activo:........................................................................................15
2.1.7.
Añadido de soportes estructurales o refuerzos adicionales “ad hoc”:........................15
2.1.8.
Refuerzos externos a los edificios.............................................................................16
Típicas situaciones de retrofit y soluciones..............................................................................18 3.1.
Derrumbe de edificios bajos con aperturas al nivel de planta baja...................................18
3.3.
Derrumbe de las estructuras portantes dentro del diafragma del piso..............................20
3.4.
Deslice de los cimientos y daño el tipo cripple Wall..........................................................20
3.5.
Presencia de muchos palos de soporte en pozos poco profundos...................................21
3.6.
Explosión de las columnas de hormigón armado.............................................................22
3.8.
Resinas para las paredes de ladrillos y refuerzos en fibra de vidrio.................................24
3.9.
Levantamiento.................................................................................................................. 25
3.10.
Consolidación del terreno.............................................................................................26
3.11.
Cables y tubos de servicios públicos: riesgos...............................................................27
3.12.
Túneles......................................................................................................................... 28
Reforzamiento de puentes.......................................................................................................28
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5.
4.1.
Rockers a expansión........................................................................................................28
4.2.
Rigidez de la superficie viaria...........................................................................................28
4.3.
Sostenes a “lattice”, vigas y juntos...................................................................................29
4.4.
Remachado en caliente....................................................................................................29
4.5.
Terraplenes, pasos subterráneos y pasos elevados.........................................................29
4.6.
Viaductos.......................................................................................................................... 30
Retrofit antisísmico residencial................................................................................................30 5.1.
Estructuras con armazón de madera................................................................................30
5.2.
Paredes de ladrillos reforzadas y no.................................................................................31
Conclusiones.................................................................................................................................. 33 Lista de citas o referencias.............................................................................................................35 Apéndices....................................................................................................................................... 36 Apéndice A.................................................................................................................................. 36 Apéndice B.................................................................................................................................. 37 Apéndice C................................................................................................................................. 37 Apéndice D................................................................................................................................. 37 Apéndice E.................................................................................................................................. 37 Apéndice F.................................................................................................................................. 38 Apéndice G................................................................................................................................. 38 Apéndice H................................................................................................................................. 39 Apéndice I................................................................................................................................... 39 Apéndice J.................................................................................................................................. 39
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ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS Pág. Figura 1. Los aisladores sísmicos aíslan al edificio de toda la energía que el suelo introduce por causa de un evento telúrico.............................................................................................................. 8 Figura 2. Armadura común y vainas para el acero de postensado durante la construcción de un puente de sección cajón................................................................................................................. 10 Figura 3. Imagen de un aislador sísmico en la base del puente......................................................11 Figura 4. Prueba en mesa vibratoria de una estructura aislada (derecha) y de un modelo regular (izquierda)....................................................................................................................................... 11 Figura 5. Disipador de energía desarrollado para Torre Titanio.....................................................12 Figura 6. Disipador viscoso de planta baja, orientada horizontalmente..........................................12 Figura 7. Taipei 101, la décima estructura más alta del mundo, pesa 660 toneladas. Equipado con un amortiguador de masa, fue el rascacielos más alto del mundo hasta 2010...............................13 Figura 8. Registro de Propiedad de la Vivienda de Cuba tiene columnas de hormigón armado para reforzar la estructura....................................................................................................................... 15 Figura 9. Elementos externos de soporte añadidos a un garaje.....................................................16 Figura 10. Residencia de la universidad de california.....................................................................16 Figura 11. Edificio en San Francisco, California, después del terremoto de Loma Prieta. La parte superior, aunque haya descendido y esté desnivelada, está casi integra gracias a un parcial efecto no buscado de aislamiento sísmico................................................................................................17 Figura 12. Unión con refuerzo de acero en la esquina y barras de alta tensión con una cubierta anticorrosión de lechada bajo esta.................................................................................................18 Figura 13. Colocación de la “cartela metálica”, que se encarga de reforzar la unión viga columna. ....................................................................................................................................................... 18 Figura 14. Daños en la planta baja una casa, donde esta está fuera de sus fundaciones..............20 Figura 15. Casa con colapso de la pared baja lisiada y el desprendimiento de la estructura de la escalera de hormigón..................................................................................................................... 20 Figura 16. Columna con camisa y grounted a la izquierda y sin modificar a la derecha................21
Página 6 Figura 17. Columnas dañadas por terremoto, debido en parte a la falla de la camisa alrededor de los pilares....................................................................................................................................... 22 Figura 18. Reforzamiento del arco para mayor fijación del puente ante un terremoto....................23 Figura 19. Láminas o fibras de vidrio reforzando la resistencia de la estructura.............................24 Figura 20. Inclinación del edificio debido a la licuefacción del terreno............................................26 Figura 21. Daños a una carretera tras un sismo.............................................................................35 Figura 22. Daños en viviendas y calles, afectando a decenas de familias......................................35 Figura 23. Mapa de los lugares donde se han dado los mayores movimientos telúricos................36 Figura 24. Obreros encofrando una estructura de hormigón armado.............................................37 Figura 25. Detalle del arriostramiento en una estructura metálica..................................................38 Figura 26. Columnas largas en una obra de construcción..............................................................39 Figura 27. Columnas cortas, en los dos niveles de la casa............................................................39
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INTRODUCCIÓN En los últimos años la humanidad ha enfocado muchos de sus esfuerzos en investigar e implementar métodos para disminuir la amenaza de las comunidades más vulnerables, cuando los movimientos de un terremoto actúan sobre una estructura, pueden afectar gravemente los elementos estructurales dado que son los que absorben la energía de entrada del sismo, en ello radica la importancia de este estudio pues el conocimiento del presente informe nos puede ayudar a disminuir la vulnerabilidad en las estructuras de los movimientos sísmicos. El presente trabajo consiste en desarrollar la metodología para el análisis y diseño sísmico de un edificio. Lo cual se justifica en la ejemplificación de los aspectos primordiales del diseño antisísmico de edificios. Por tanto, es importante en el campo de la ingeniería civil contar con información clara y eficiente, para el análisis y diseño de edificios. Este trabajo puede tomarse como base para el diseño de edificios, siguiendo la metodología que presenta este trabajo. Aunque las agitaciones sísmicas como terremotos no se puedan prevenir en la práctica, la ciencia y la ingeniería proporcionan las herramientas que se pueden utilizar para reducir sus efectos y dar a conocer esto es el objetivo principal de este informe para así poder prever las potenciales consecuencias de fuertes terremotos en áreas urbanas y sus efectos en la infraestructura. El presente informe desarrollará los siguientes puntos:
Sistemas de protección Técnicas innovadoras Típicas situaciones de retrofit y soluciones Reforzamiento de puentes Retrofit antisísmico residencial
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NUEVAS TECNOLOGÍAS EN INGENIERÍA SÍSMICA La ingeniería sísmica es el conjunto de la ingeniería estructural y civil. Es el estudio del comportamiento de los edificios y las estructuras sujetas a carga sísmicas, se encarga del planeamiento y diseño de construcciones y, en consecuencia, la ingeniería civil la incluye en sus actividades. Tiene como objetivo integrar objetos provenientes de disciplinas como la sismología, la geología y la geotecnia, el comportamiento dinámico de materiales, la ingeniería estructural y el análisis de riesgos y vulnerabilidad, con el fin de estudiar de manera colectiva los efectos sísmicos sobre las construcciones, de tal manera que se logren diseños resistentes a estas manifestaciones.
1. Sistemas de protección La ciencia puede ahora identificar dónde, cuándo y en qué magnitud podrían ocurrir los movimientos sísmicos, y así, determinar la probabilidad relativa de una gama de tierra. Los investigadores sísmicos y los ingenieros estructurales con experiencia en diseño sísmico tienen suficiente comprensión de los efectos del terremoto que sacuden sobre edificios para así crear los diseños que serán seguros para las diferentes intensidades. La energía que recibe una estructura durante un terremoto puede ser soportada de tres maneras diferentes:
1.1. Por resistencia Consiste en dimensionar los elementos estructurales de tal modo que tengan suficiente resistencia como para soportar las cargas sísmicas sin romperse. Éste método requiere unas sobredimensiones bastante importantes de los elementos estructurales y tiene algunos riesgos de rotura frágil.
1.2. Por ductilidad Consiste en dimensionar los elementos de tal manera que parte de la energía del sismo sea disipada por deformaciones plásticas de los propios elementos estructurales. Esto implica que la estructura recibirá daños en caso de sismo, pero sin llegar a colapsar. Reduce el riesgo de rotura frágil y la dimensión necesaria de los elementos estructurales es bastante menor.
1.3. Por disipación Consiste en introducir en la estructura elementos cuyo fin es disipar la energía recibida durante un terremoto, y que no tienen una función resistente durante el resto de la vida normal del edificio. Existen principalmente tres tipos de sistemas de disipación:
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Aislamiento sísmico: Se conoce así a la técnica de desacoplar el edificio del suelo. La energía proveniente del terremoto no penetra en el edificio ya que este está aislado del suelo.
Figura 1. Los aisladores sísmicos aíslan al edificio de toda la energía que el suelo introduce por causa de un evento telúrico.
Elementos de disipación pasiva:
Son técnicas que permiten dar un amortiguamiento suplementario mediante elementos que absorben la energía del terremoto, evitando que ésta dañe al edificio. Estos elementos llamados amortiguadores pueden ser de muy distinta forma: de aceite, de metal, visco-elásticos, viscosos... En algunos casos los amortiguadores tienen que ser sustituidos tras un impacto sísmico. Elementos de disipación activa: Son elementos que absorben la energía por desplazamiento de elementos preparados para ello. Sería el caso del amortiguador de masa del Taipei 101 que realiza un desplazamiento para absorber la energía del viento sobre la estructura o el sismo. Un mismo edificio puede mezclar varias técnicas para soportar un sismo. La capacidad final de un edificio bien planteado de soportar energía sísmica es la suma de las energías que puede soportar cada uno de los apartados anteriores.
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2. Técnicas innovadoras A lo largo de los últimos años numerosas cantidades de técnicas innovadoras se han desarrollado con el propósito de dar mayor resistencia a las edificaciones pues estas ayudan a un edificio a evitar las fuerzas que un sismo produce. Estas técnicas innovadoras pueden ser divididas en dos: control pasivo y control activo. La primera técnica, el control pasivo, a diferencia del control activo no necesita de una intervención activa. El control activo necesita de una supervisión en la estructura y buscar activamente control de las masas y fuerzas en la estructura, con el propósito de desarrollar una estructura ideal. Esta técnica depende de la modificación de la masa de la estructura, rigidez y propiedades geométricas durante su respuesta dinámica de una manera que neutralice y reduzca los desplazamientos excesivos.
2.1. Refuerzo Antisísmico El refuerzo antisísmico consiste en aportar modificaciones a las estructuras existentes para darles mayor resistencia frente a sismos, al movimiento del terreno, a la apertura de una falla o al derrumbe de un terreno. Gracias a una mejor comprensión de los efectos de los terremotos sobre varios tipos de estructuras y a las recientes experiencias después de potentes terremotos con epicentros cercanos a los centros urbanos, la necesidad de medidas antisísmicas ha sido reconocida. Antes de la introducción de los códigos antisísmicos modernos en los años 1960 en algunos países desarrollados y en muchos otros países del mundo, muchas estructuras han sido proyectadas sin un adecuado diseño y sin haber sido reforzadas con una protección idónea. Dado que se trata de un problema ineludible, se han desarrollado muchos trabajos de investigación. Mientras la metodología corriente del retrofit sísmico tiene como aspecto predominante algunas mejoras estructurales para reducir el peligro que corren varios tipos de estructuras, se pone en evidencia como lo esencial sea reducir los peligros y las pérdidas derivadas de la ruptura de elementos no estructurales (a veces meramente decorativos). Hay que recordar que no existe una estructura que sea del todo a prueba de terremotos, aunque la resistencia sísmica se puede aumentar notablemente gracias a determinadas estrategias de proyecto inicial o por modificaciones sucesivas. Por tanto, los principales objetivos de estas estructuras antisísmicas son disminuir los efectos de los sismos en las estructuras o edificios, en el cual se usa la aislación sísmica y los disipadores de energía, esperando así un buen nivel de desempeño en cuanto a la protección de la vida de las personas y previniendo el colapso de la estructura.
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2.1.1.Puesta en tensión por la parte externa El uso de post-tensores externos para nuevos sistemas estructurales ha sido desarrollado en la década pasada. Tendones de acero de alta resistencia no ligados han sido colocados como post-tensores para lograr un sistema que resiste a los momentos de la fuerzas auto-centrándose. El pre-comprimido puede aumentar la capacidad de elementos estructurales como vigas, columnas y los juntos entre vigas y columnas. Debe ser señalado que el pre-comprimido externo ha sido usado para mejoras estructurales de la capacidad de carga debida a la gravedad y a las fuerza vivas desde los años 70.
Figura 2. Armadura común y vainas para el acero de postensado durante la construcción de un puente de sección cajón.
2.1.2. Aisladores en la base El aislamiento de la base consiste en dispositivos estructurales dispuestos en la parte inferior de un edificio que debería sustancialmente desacoplar la estructura del edificio separándola de las sacudidas del terreno, y de esta manera se reducen las fuerzas aplicadas por el sismo sobre el edificio manteniendo su integridad y aumentando su desempeño sísmico. Esta tecnología de ingeniería sísmica, que es una forma de control de vibración, puede ser aplicada a edificios completamente nuevos antes de ser construidos o también a algunas estructuras existentes con técnicas de corte y encamisado con acero de las columnas de la base y colocación de aisladores sísmicos sobre estas.
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Normalmente, se hacen excavaciones alrededor del edificio y de sus cimentos y el edificio será separado cinemáticamente de sus fundaciones, aunque seguirá siendo sostenido por estas elásticamente. Vigas de acero o de concreto reforzado sustituyen las conexiones rígidas a las fundaciones, mientras bajo estas, las almohadillas de aislamiento, o aisladores de la base, sustituyen la parte superior de las columnas que ha sido removidas, estas conectarán la planta baja con el primer piso. Mientras el aislamiento sísmico tiende a restringir la trasmisión del movimiento del terreno al edificio, mantiene de toda forma el edificio posicionado en manera apropiada, con su baricentro sobre las fundaciones. Una cuidadosa atención al detalle es requerida donde el edificio tiene puntos de contacto con el terreno, especialmente en las entradas, escalinatas y rampas, para asegurar un movimiento relativo suficiente de estos elementos estructurales.
Figura 3. Imagen de un aislador sísmico en la base del puente.
Figura 4. Prueba en mesa vibratoria de una estructura aislada (derecha) y de un modelo regular (izquierda).
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2.1.3.Disipadores sísmicos. Los disipadores o amortiguadores sísmicos absorben la energía del movimiento y la disipan en forma de calor, de esta forma logran "amortiguar" o "descargar" los efectos de resonancia en estructuras que están conectadas de modo rígido al terreno. Además del aumento de capacidad en la disipación de la energía mecánica de las estructuras, ulteriores amortiguadores pueden reducir el movimiento y las aceleraciones dentro de las estructuras. En algunos casos, el peligro de derrumbe no proviene de la sacudida inicial, sino de los movimientos de resonancia periódica de la estructura que las repetidas ondas sísmicas en el terreno inducen. En particular, los amortiguadores suplementarios actúan como los propios amortiguadores de las suspensiones de los automóviles.
Figura 5. Disipador de energía desarrollado para Torre Titanio.
Figura 6. Disipador viscoso de planta baja, orientada horizontalmente.
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2.1.4.Amortiguadores de masa “sintonizados” El sistema consistente en varios tipos de “amortiguador de masa” sintonizado (en inglés: "tuned mass dampers" o TMD) emplea pesos móviles retenidos por algún tipo de resortes. Estos típicamente son usados para reducir las oscilaciones debidas al viento en edificios muy altos y, al mismo tiempo, muy livianos. Proyectos similares pueden ser desarrollados para aumentar la resistencia de los edificios que tienen entre ocho y diez pisos, que son los que con mayor frecuencia son destruidos por las resonancias inducidas en ellos por algunos terremotos de larga duración.
Figura 7. Taipei 101, la décima estructura más alta del mundo, pesa 660 toneladas. Equipado con un amortiguador de masa, fue el rascacielos más alto del mundo hasta 2010.
2.1.5.Tanque “slosh”: El tanque "de chapoteo" ("slosh tank") consiste en un gran tanque de fluido colocado en un piso superior, no necesariamente el último aunque debe estar cercano. Durante un evento sísmico, el fluido en este tanque se moverá en ondas hacia adelante y atrás, en la dirección paralela a las ondas sísmicas, y gracias a bafles - divisores internos que impiden que el mismo tanque llegue a vibrar en resonancia; gracias a su masa el agua puede cambiar el periodo de oscilación, oponiéndose a que el edificio entre en su periodo de oscilación resonante que puede dañarlo hasta derrumbarlo completamente. Una cierta cantidad de energía cinética puede ser convertida en calor por los bafles y será disipada en el agua - con aumentos de temperatura insignificantes.
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2.1.6.Sistemas de control activo: Cuando se construyen edificios muy altos ("rascacielos") con materiales modernos muy livianos, estos pueden oscilar en modo fastidioso, pero no peligroso, en ciertas condiciones de viento. Una solución a este problema es la de añadir en uno de los pisos más altos una gran masa, retenida en alguna forma (colgando, deslizante sobre esferas de acero, etc.) pero con una libertad de movimiento limitada, y que se deslice sobre un sistema como un cojín de aire o una película líquida hidráulica. Los pistones hidráulicos, movidos por bombas eléctricas y acumuladores, son activamente desplazadas para contrastar las fuerzas del viento y las resonancias naturales. Si son apropiadamente diseñadas, estas pueden ser eficaces en controlar el movimiento excesivo - con o sin la aplicación de potencia externa - en un terremoto. Por lo general, los modernos armazones de acero de los edificios más elevados no son tan sujetos a movimientos peligrosos como lo son los de media altura (de ocho a diez pisos), dado que el período de resonancia de un edificio alto y masivo es mayor respecto a las ondas de choque de los terremotos, que tienen una frecuencia de alrededor de una onda por segundo (1 Hertz).
2.1.7.Añadido de soportes estructurales o refuerzos adicionales “ad hoc”: La forma más común de retrofit anti-sísmicos a los edificios bajos es añadiendo fuerza a la existente estructura para resistir a las fuerzas sísmicas. El refuerzo puede ser limitado a conexiones entre los elementos estructurales del edificio ya existentes o puede conllevar al añadir elementos primarios resistentes como paredes arcos o dinteles, particularmente en los pisos más bajos. a) Conexiones entre edificios y nuevas “alas” añadidas para expandirlos: Frecuentemente, las extensiones a los edificios no son fuertemente conectadas a la existente estructura, sino que simplemente son colocadas al lado de estos, con solo una continuidad "menor" en la pavimentación, revestimientos y techos. Como resultado, la extensión puede tener un período sísmico resonante diferente respecto a la estructura, y estas se pueden despegar fácilmente en terremotos fuertes. El movimiento relativo puede entonces provocar que las dos partes choquen, causando un grave daño estructural.
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Métodos constructivos adecuados proveerán a unir los dos edificios rígidamente en modo que se comporten como una sola masa sísmica, o por lo contrario, separarán bien los edificios, aislándolos recíprocamente con absorbedores y disipadores de energía de manera que no entren en colisión, dejándoles una cierta distancia para que se puedan mover independientemente; la conexión que se deja entre los edificios puede ser una ligera y flexible estructura de metal, o una pequeña estructura "sacrificable" en ladrillos y vidrio, que colapse sin derrumbar las dos alas.
2.1.8.Refuerzos externos a los edificios a) Columnas de hormigón armado externas: Los edificios históricos, hechos de ladrillos no reforzados, pueden tener detalles internos culturalmente importantes o murales que no deben ser alterados. En este caso, la solución puede ser el añadir un cierto número de columnas de acero, hormigón armado, o de hormigón precomprimido que soporten el techo y el piso de la estructura por la parte exterior. Se debe prestar mucha atención a la conexión con otras partes del edificio como la platabanda superior, las bases y las vigas del techo.
Figura 8. Registro de Propiedad de la Vivienda de Cuba tiene columnas de hormigón armado para reforzar la estructura.
b) Columnas externas en estructura portante de acero En este caso, hay suficiente resistencia vertical en las columnas del edificio y suficiente resistencia frente a esfuerzo cortante en los pisos bajos, cosa que permite un refuerzo externo para aumentar su resistencia en terremotos.
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c) Estructuras masivas exteriores En otras circunstancias, se necesita un refuerzo mucho mayor, entonces la colocación, el detalle, el acabado y la pintura del refuerzo puede volverse un embellecimiento arquitectónico.
Figura 9. Elementos externos de soporte añadidos a un garaje.
Figura 10. Residencia de la universidad de california.
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3. Típicas situaciones de retrofit y soluciones 3.1. Derrumbe de edificios bajos con aperturas al nivel de planta baja Esta modalidad de colapso se conoce como colapso del piso débil. En muchos edificios el nivel al terreno tiene funciones diferentes respecto a los niveles superiores. El diseño anti-sísmico tradicional considera que los pisos bajos de un edificio son más fuertes que los superiores y donde esto no se verifica, la estructura no responderá a las oscilaciones del terremoto en el modo esperado, y probablemente el primer piso colapsará bajo el peso de los pisos superiores. Con métodos de proyecto modernos, es posible calcular el comportamiento de un piso "débil" y remediar estructuralmente a sus potenciales fallas.
Figura 11. Edificio en San Francisco, California, después del terremoto de Loma Prieta. La parte superior, aunque haya descendido y esté desnivelada, está casi integra gracias a un parcial efecto no buscado de aislamiento sísmico.
3.2. Uniones viga - columna Unión con refuerzo de acero en la esquina y barras de alta tensión con una cubierta anticorrosión de lechada bajo ésta. Las juntas de conexión entre las vigas y las columnas son una debilidad estructural común, que debe ser afrontada por el retrofitting. Antes de la introducción de códigos modernos anti-sísmicos en los años 1970, las juntas entre viga y columna, normalmente, no habían sido estudiadas dinámicamente o proyectadas sino para resistir cargas estáticas no oscilantes. Algunas pruebas de laboratorio han confirmado la vulnerabilidad sísmica de estas conexiones, que hoy se pueden definir "pobremente" proyectadas. Una falla de las conexiones entre vigas y columnas puede típicamente conllevar al
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colapso catastrófico de un edificio basado sobre armazón, como ha sido observado frecuentemente en recientes terremotos. El encamisado con acero o con hormigón ha sido una técnica de retrofit muy usada hasta la llegada de material compuesto como el polímero reforzado con fibra de carbono. Una técnica novedosa incluye el uso de una debilitación selectiva de la viga y el añadido de postensado externo a la junta de manera de obtener un abisagreo flexural en la viga, lo más desiderable en términos de proyecto anti-sísmico. Por ejemplo, una amplia cantidad de fallos en las soldaduras de las juntas viga columna de edificios de acero de altura baja a mediana, durante el terremoto de Northridge del 1994, han mostrado las deficiencias estructurales de estas conexiones soldadas 'de diseño moderno' posteriores al 1970, muy rígidas y que se oponen al momento de fuerza. Un proyecto de investigación ha documentado, testado y finalmente recomendado algunas soluciones de retrofit para estos juntos de acero soldado que resisten al momento de las fuerzas. Para estos juntos soldados han sido desarrolladas soluciones como: a) Aumento de la fuerza de la soldadura. b) Añadido de un gancho de acero ("steel haunch") o de rebordes conformantes a forma de hueso para perro ("dog-bone shape flange").
Figura 13. Colocación de la “cartela metálica”, que se encarga de reforzar la unión viga columna.
Figura 12. Unión con refuerzo de acero en la esquina y barras de alta tensión con una cubierta anticorrosión de lechada bajo esta.
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3.3. Derrumbe de las estructuras portantes dentro del diafragma del piso En algunos lugares se utilizan frecuentemente pisos de madera construidos como cajones sostenidos por vigas relativamente estrechas y profundas, de madera de buena calidad, cubiertas con económicas y ligeras placas de madera (contrachapado) en diagonal, para formar una económica plataforma para el piso que será recubierta con la superficie final del piso (alfombras, baldosas, linóleo, parqué, vigas de madera fina, vinilo). En muchas estructuras estas están todas alineadas en la misma dirección. Para prevenir que estas estrechas vigas se doblen de un lado, se utilizan bloqueadores en cada extremo, y para darle adicional resistencia, se pueden colocar abrazaderas diagonales de madera o de entre las vigas en uno o más puntos de su largo. En el borde externo típicamente se usa una sola profundidad de bloqueo y se coloca un armazón perimetral de vigas, de manera que forma un cajón a estrecho contacto con la pared de madera o de ladrillos. Si la colocación de los bloques, de los clavos o tornillos es inadecuada; las vigas, que tienen una forma alta y estrecha; con las fuerzas de movimiento de la estructura portante pueden voltearlas de lado, con la parte débil hacia arriba. En esta posición la lámina superior del piso cae sobre la parte del techo perdiendo su fuerza original y la estructura puede colapsar totalmente. Como parte de un retrofit la colocación de bloques entre las vigas puede ser duplicada, especialmente en las partes más externas del edificio. Puede ser apropiado añadir clavos adicionales entre el radier del muro perimetral erigido sobre el diafragma del pico, aunque esto requerirá exponer la placa radier retirando el relleno interno o la parte de los lados.
3.4. Deslice de los cimientos y daño el tipo cripple Wall Estructuras residenciales de uno o dos pisos construidas con armazón de madera sobre un perímetro o cimientos de rocas se encuentran relativamente seguras en un terremoto, pero en muchas estructuras construidas antes del 1950 la placa radier, puede no haber sido atornillada en modo suficiente. Adicionalmente, los tornillos o las estructuras de conexión entre la madera y la roca que no hayan sido substancialmente protegidas de la corrosión pueden haberse corroído hasta un punto de debilidad. Un sacudón lateral puede hacer deslizar el edificio enteramente fuera de los cimientos o de las rocas macizas. Frecuentemente estos edificios, especialmente construidos sobre de un declive moderado, están erigidos sobre una plataforma conectada a cimientos perimetrales gracias a bajas paredes resistentes llamadas "cripple wall" o pin-up. Esta misma estructura puede fallar en sus conexiones a sí mismo en los ángulos, llevando a que el edificio se mueva diagonalmente y colapsando las bajas paredes.
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Figura 14. Daños en la planta baja una casa, donde esta está fuera de sus fundaciones.
3.5. Presencia de muchos palos de soporte en pozos poco profundos Algunas estructuras viejas de bajo costo se elevan sobre pilotes de concreto que son clavados en pozos poco profundos, un método frecuentemente usado para añadir balcones, terrazas o plataformas a edificios pre-existentes. Esto se hace frecuentemente en lugares donde los terrenos se inundan o eran palustres, especialmente en condiciones tropicales, porque deja un espacio seco y ventilado bajo la casa (aparte de que impide que suban a la casa animales), y en el extremo opuesto, en condiciones sub-polares o de montaña donde se forma el “permafrost” (barro congelado) porque impide que el calor del edificio pueda desestabilizar el terreno subyacente. Durante un terremoto, los pilones pueden doblarse o caerse, volteando el edificio hacia el suelo. Este problema puede ser evitado usando huecos que son escavados hasta la profundidad donde se construyen pilones reforzados, que después son asegurados a la placa del piso en los ángulos del edificio. Otra técnica es la de añadir vigas y soportes diagonales suficientes, que abracen las columnas, o la de colocar secciones de pared de concreto armado entre los pilones (comenzando desde una cierta profundidad).
Figura 15. Casa con colapso de la pared baja lisiada y el desprendimiento de la estructura de la escalera de hormigón.
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3.6. Explosión de las columnas de hormigón armado Las columnas de hormigón armado típicamente contienen grandes cabillas de refuerzo verticales de acero corrugado muy espeso que es la contracción de "reinforcing bars" colocadas en anillo, rodeadas por otras de menor diámetro. Después de haber analizado muchos los daños causados por los terremotos, se ha entendido que la debilidad no estaba en las barras verticales, sino en la resistencia inadecuada de los conectores horizontales "cercos" y en su escasa cantidad. Una vez que se rompe la integridad de los conectores horizontales, el armado vertical se puede doblar hacia el exterior, colocando en tensión a la columna central de concreto. Entonces el concreto simplemente se raja hasta partirse en pequeños pedazos, que no se mantienen adheridos por el armado que los rodea. En las construcciones nuevas se coloca una mayor cantidad de barras de enlace, que además son más gruesas. Una forma simple de retrofit es la de rodear la columna con una espesa banda o "camisa" de láminas de acero que son fundidas y soldadas hasta que forman un único cilindro. Ulteriormente el espacio entre la camisa y la columna será rellenado con concreto, en un proceso que en inglés de denomina "grouting". Cuando el suelo o las condiciones de la estructura necesitan de esta modificación adicional, ulteriores pilares pueden ser aplicados cerca de la base de la columna y plataformas de concreto que unen los pilares al pilón serán fabricadas en el nivel del suelo o bajo este. En el ejemplo mostrado no todas las columnas necesitaban ser modificadas para ganar una resistencia sísmica suficiente para resistir las condiciones esperadas .
Figura 16. Columna con camisa y grounted a la izquierda y sin modificar a la derecha.
3.7. Explosión de murallones de hormigón armado reforzados
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Los murallones de concreto se usan frecuentemente en la transición entre los rellenos de autopistas elevadas y los puentes o estructuras que pasan encima de otras vías evitando su interrupción. El murallón de cemento masivo se usa para retener el terreno y hacer que no sea necesario colocar pilones de sostén para el puente de la autopista, permitiendo así un cruce más corto y que la estructura sobreelevada se apoye directamente a los cimientos en una parte del terreno que no ha sido disturbada por haber sido elevada. Si estos murallones son inadecuados pueden derrumbarse por el estrés causado por el movimiento ondulatorio de la tierra. Una forma de reforzamiento antisísmico es la de perforar numerosos agujeros en la superficie del murallón, y de asegurar con adhesivo epoxi cortas secciones de cabillas de acero en forma de “L” a la superficie de cada agujero. Se cubre la pared de cemento con otras vigas de rebar vertical y horizontal, formando un armazón, se coloca un encofrado de madera, y se vierte una capa adicional de concreto. A esta modificación se le pueden añadir otros escalones de tierra y otras paredes de cemento con cimientos en trincheras excavadas, además de contrafuertes y otras estructuras de soporte para retener el tramo "aéreo" de la carretera entre muros adyacentes.
Figura 17. Columnas dañadas por terremoto, debido en parte a la falla de la camisa alrededor de los pilares.
3.8. Resinas para las paredes de ladrillos y refuerzos en fibra de vidrio
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Las estructuras construidas con ladrillos pueden ser reforzadas con capas de fibra de vidrio y con resinas (como epoxy o poliéster). En los pisos más bajos pueden ser aplicadas sobre toda la superficie expuesta, mientras que en los pisos más altos pueden ser confinados a estrechas áreas alrededor de ventanas y aperturas de puertas. Forrando las paredes de ladrillos con estas capas se añade resistencia a la tensión y al movimiento, que nos rinde una pared más resistente a que se doble de un lado, o que se mueva formando ondas que hacen estallar la pared en la típica forma de X. La eficiente protección de un entero edificio de ladrillos requiere de un análisis computarizado extensivo y de la consecuente ingeniería. Por ejemplo algunas ventanas y puertas de la planta baja podrían necesitar de ser cerradas con muros de ladrillos, hasta podría ser necesario colocar contrafuertes, y por lo opuesto, habría que aligerar los pisos superiores, ampliando verticalmente las ventanas (volviéndolas puertas - ventanas). En un edificio de ladrillos no es fácil determinar los puntos a tratar, y muchas veces se vuelve necesario demoler partes que forman una "L" y que tienen un comportamiento resonante diferente al resto del edificio. Muchas veces, el colocar un espeso marco de acero a puertas y ventanas aumenta su resistencia, impidiendo que la pared estalle por el punto débil constituido por la apertura. El arco de medio punto y ventanas redondas pueden ser una solución que refuerza la planta baja del edificio.
Figura 18. Reforzamiento del arco para mayor fijación del puente ante un terremoto.
Por lo contrario, si las paredes de ladrillos no son portantes, y la estructura se sostiene sobre columnas de cemento armado, se puede proceder a colocar aisladores de metal o de goma entre las columnas y la base del primer piso. En tal caso las paredes del primer piso pueden ser eliminadas, colocando paredes
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muy delgadas de ladrillo no espeso. En tal caso puede ser necesario colocar los ascensores y las escaleras en una estructura externa al edificio, con una conexión flexible con el edificio.
Figura 19. Láminas o fibras de vidrio reforzando la resistencia de la estructura.
3.9. Levantamiento En la humedad, en el punto de contacto con suelos aluviales o en estructuras "tipo playa" que se encuentran inmediatamente encima de material firme como rocas, las ondas sísmicas que viajan en la parte de arena o de fango poco sólido pueden ser amplificadas, exactamente como pasa con las olas de agua que llegan a una playa empinada. En estas condiciones empinadas, han sido medidos picos de aceleración vertical que llegan a ser superiores de más del doble respecto a la fuerza de gravedad. Si un edificio no está bien asegurado a cimientos que a su vez estén sólidamente conectados a la roca (perforándola) es posible que el edificio sea arrojado, con sus cimientos o separado de sus cimientos, lanzado en el aire, normalmente con graves daños que ocurren cuando aterriza o cuando golpea con sus mismos cimientos, que siendo puntos fuertes tienden a romper el suelo. En edificios bien afincados al terreno, estructuras anexas, como pequeñas torres, pisos superiores añadidos, techos y los porches pueden desprenderse de la estructura primaria. Una buena práctica de construcción en las estructuras modernas, que puedan ser declaradas resistentes a los terremotos dicta que deben existir buenas conexiones verticales entre cada componente del edificio (a menos que se trate de un punto "sacrificable", para resguardar la estructura de ulteriores daños), desde un terreno no movido o ingenierizado, por ejemplo tierra suelta o arena reforzada con muchos pilones, hasta los cimientos, pasando por el radier, después por las columnas portantes, las platabandas hasta llegar a la estructura del techo.
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Sobre los cimientos y el radier las conexiones se hacen típicamente con una jaula de acero o con láminas onduladas de acero, clavadas a elementos de madera, usando clavos especiales de alta resistencia.
3.10. Consolidación del terreno Uno de los retrofits más difíciles es el requerido para prevenir daños debidos al derrumbe o a la licuefacción del terreno. Los derrumbes pueden verificarse cerca de un declive, de un barranco (como en un deslizamiento de tierra), y hasta en una área llana debido a la licuefacción del suelo compuesto de arena o fango saturados de agua. Generalmente, deben ser clavados profundos pilones en el terreno inestable (típicamente fango o arena) hasta encontrar la roca o tratar de estabilizar el barranco. Otro sistema, muy costoso, en zonas llanas (aluviones de ríos) es construir una vasta y profunda plataforma "flotante" subterránea de cimiento con espesas paredes de cemento armado, que puede tener espacios internos y pisos que pueden servir como depósitos, estacionamientos subterráneos, túnel de desagüe y/o para la viabilidad o refugio antiaéreo, que puede unir varios edificios y añadirse al aislamiento sísmico en los puntos de contactos con los edificios externos. Puede no valer la pena aplicar el retrofit a edificios que se encuentran sobre precedentes áreas de derrumbes, por ser económicamente oneroso en manera excesiva, porque muy frecuentemente no es práctico o es simplemente imposible estabilizar un derrumbe que puede ser muy vasto y profundo. La posibilidad de que se verifique un derrumbe o la licuefacción del terreno puede depender de factores climáticos, dado que el terreno puede ser más estable al inicio de la estación húmeda respecto al inicio de la estación seca. Este tipo de situaciones con "dos estaciones" se observa en el clima mediterráneo, que también existe en California. En algunos casos, lo mejor que se puede hacer es reducir la cantidad de agua que entra al terreno, por ejemplo, en altitudes más elevadas (en una colina o en la ladera de una montaña) capturar el agua de la superficie y de la falda más superficial, desviándola a través de canales o de tubos, y extraer el agua que se infiltre pasando la barrera directamente; para así, gracias a pozos subsuperficiales, insertar tubos horizontales perforados.
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Figura 20. Inclinación del edificio debido a la licuefacción del terreno.
3.11. Cables y tubos de servicios públicos: riesgos Los tubos de gas natural y de propano, que van a las estructuras, frecuentemente crean peligros durante y después de un terremoto. Si un edificio se mueve de sus cimientos o cae a causa del colapso de sus muros, los tubos dúctiles de hierro que transporta el gas al interior de las estructura pueden romperse, típicamente en la localización de los juntos soldados. El gas puede continuar a llegar de las líneas a alta presión y continuar a fluir en cantidades substanciales; entonces este enorme volumen de gas combustible puede ser encendido por una fuente externa encendedora de la llama como una llamapiloto de un calentador de agua o como un arco eléctrico que esté mandando chispas, como por ejemplo una línea eléctrica rota. Existen dos métodos principales para cortar automáticamente el flujo de gas después de un terremoto, que se instalan en el lado a baja presión del regulador, y habitualmente corriente abajo del medidor del gas. Una bola del metal en una caja puede ser colocada en el borde de un orificio durante el choque sísmico, la bola rodará hacia adentro del orificio, cerrándolo por gravedad, evitando así que siga pasando gas. Más tarde la bola puede ser vuelta a colocar en su lugar, usando un imán externo. Este dispositivo responde solamente al movimiento del terreno. Un dispositivo sensible al exceso de flujo puede ser usado para cerrar una válvula si el flujo de gas excede un cierto límite (en manera muy similar al disyuntor de un circuito eléctrico). Este dispositivo funcionará prescindiendo o no del movimiento sísmico; por ejemplo, por la ruptura de un tubo durante excavaciones; pero no responderá a perdidas menores que pueden ser causadas por un terremoto.
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Parece que la configuración más segura es la que prevé de utilizar cada uno de estos dispositivos en serie.
3.12. Túneles A menos que el túnel penetre una falla que pueda deslizarse, cortando el túnel en dos secciones, el mayor peligro para los túneles es un derrumbe o avalancha que pueda bloquear una entrada. Una protección adicional alrededor de los ingresos puede ser aplicada para desviar cualquier material en caída, también se puede estabilizar la ladera sobre el túnel de alguna manera. Donde se estima que puedan caer solo rocas de pequeño y de medio tamaño, se puede cubrir la entera ladera con una red de espeso alambre de acero, clavada a la ladera con barras de metal. Este procedimiento es también una modificación común en lugares donde las autopistas cortan montes o colinas y donde se verifican las condiciones apropiadas que lo rinden necesario y posible.
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4. Reforzamiento de puentes Los puentes tienen diferentes modalidades de derrumbe o ruptura.
4.1. Rockers a expansión Muchos puentes cortos están anclados estáticamente en un extremo y a fuelles (en inglés "rockers") en el otro. Esta estructura corrediza le da al puente soporte vertical y transversal mientras permite al tramo del puente de expandirse y de contraerse con los cambios de temperatura. El cambio en la longitud del tramo se acomoda sobre un espacio que es dejado en la parte no sobre-elevada de la vía por juntas de expansión. Durante amplios movimientos del terreno, los "rockers" pueden saltar de sus carriles o ser movidos más allá de sus límites de diseño, causando que el puente se desplace de su posición de reposo para después terminar no alineado o hasta derrumbarse completamente. El movimiento puede ser restringido añadiendo unos ganchos en acero dúctil o de alta resistencia, que están ligados a cilindros de metal corredizos coaxialmente, con un movimiento condicionado por la fricción, proyectados para deslizarse lentamente (y con producción de calor) bajo estrés extremado mientras todavía logran limitar el movimiento relativo respecto a su anclado.
4.2. Rigidez de la superficie viaria Los puentes colgantes pueden responder a los terremotos con un movimiento lado-a-lado que excede aquél que fue proyectado para la respuesta a los vientos. Este movimiento puede causar fragmentación de la superficie del terreno, daños a los rodamientos, y la deformación plástica o la ruptura de los componentes. Se pueden añadir dispositivos como amortiguadores hidráulicos o conexiones deslizantes "clampadas" y otros refuerzos adicionales diagonales.
4.3. Sostenes a “lattice”, vigas y juntos El lattice girder consiste de dos vigas en forma de "I" de acero conectadas con una especie de entramado de láminas planas. Estas pueden ser reforzadas muchos sustituyendo el entramado abierto con láminas continuas de mayor espesor (a veces con agujeros). Esto se hace normalmente al mismo tiempo que se sustituyen los remaches con gruesos tornillos y arandelas.
4.4. Remachado en caliente Muchas de la estructuras metálicas fueron fabricadas introduciendo remaches al rojo-vivo en agujeros previamente perforados; los remaches blandos porqué todavía calientes, son fijados usando un martillo de aire en un lado y una barra "bucking bar" (una masa inercial) en el lado del cabezal. Mientras estas se enfrían lentamente, son dejadas en una condición denominada recocción (blanda), mientras que la lámina perforada queda relativamente dura, dado que
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después de haber sido vertida en el molde fue sometida a varios tipos de forja y laminación. Bajo condiciones de esfuerzo extremo las láminas duras pueden abrir los remaches suaves, dando lugar a la ruptura failure del junto. La solución es la de quemar cada remache con un soplete a oxígeno. Después se prepara el agujero dándole un diámetro preciso con una escariola. Se coloca un tornillo localizador especial, que consiste de un cabezal, un cilindro que coincida con al agujero escariolado, y una arandela-terminador que es insertada y retenida con una tuerca, y que después se aprieta con una llave. Dado que el tornillo ha sido fabricado con una aleación apropiada de alta resistencia que también ha sido tratada al calor, no es susceptible a romperse por el tipo de abrasión plástica que es típico de los remaches calientes ni por la fractura por fragilidad de los tornillos ordinarios. Cualquier rotura parcial que pueda verificarse se verificará en la lámina de metal asegurada por el nuevo tornillo; con una adecuada ingenierización este tipo de ruptura no debería ser catastrófico.
4.5. Terraplenes, pasos subterráneos y pasos elevados Las autopistas sobreelevadas están típicamente construidas sobre terraplenos o secciones del rellenado de tierra, elevados y conectados con segmentos similares a puentes, frecuentemente sostenidos con columnas verticales. Si el terreno cede en el lugar donde se termina un puente, el puente puede quedar desconectado del resto de la vía y derrumbarse. El retrofit para este tipo de problemas es el de añadir refuerzos adicionales (como contrafuertes) a cualquier pared de soporte, o de añadir profundos cajones adyacentes al borde a cada extremidad y conectarlos con una viga de soporte bajo el puente. Un alto tipo de ruptura ocurre cuando el relleno a cada extremidad se mueve (por efectos resonantes) en toda su masa, en direcciones opuestas. Si la superficie de cimiento del sobrepaso es insuficiente, esta puede caer.
4.6. Viaductos Grandes secciones de autopistas o de otras vías pueden consistir enteramente de viaductos, secciones que no tiene conexión al terreno si no las columnas verticales. Cuando se utilizan columnas en hormigón, el detallado es crítico. Típicas ruptura se pueden ver en la parte superior de una fila de columnas debido a que se despegan del suelo, a que el suelo se derrumba o al insuficiente revestimiento con acero corrugado. Estas columnas pueden ser reforzadas excavando hasta la base de los cimientos, añadiendo otros pilotes subterráneos, y añadiendo una base más ancha, bien conectada con la columna (perforándola, rodeándola o quedando al lado). Una columna con barras de revestimiento insuficientes, que tiene tendencia a estallar y después a doblarse en el punto de estallido, puede ser encajonada completamente en una camisa circular o elíptica de acero soldado y el espacio entre la columna y la camisa es rellenado de mortero "grout" como fue descrito anteriormente.
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5. Retrofit antisísmico residencial 5.1. Estructuras con armazón de madera Los edificios de tipo residencial en Norteamérica consistían mayormente de estructuras con armazón de madera. La madera es uno de los mejores materiales para la construcción anti-sísmica gracias a su basa masa y a que es relativamente menos quebradiza que los ladrillos. Es fácil y muy económico trabajarla en comparación a otros materiales modernos como el acero y el hormigón armado. Resiste si la estructura está propiamente conectada a sus cimientos y si tiene adecuada resistencia estructural, en las construcciones modernas obtenidas conectando superficies de paneles en contrachapado o con paneles orientados en combinación con estuco exterior. Se pueden usar también tirantes de acero y láminas de metal para conectar los elementos con seguridad. Algunos métodos de retrofit para estructuras con armazón de madera consisten de los siguientes métodos.
Los raíles más bajos de la superficie de las paredes deben ser atornillados a un cimiento continuo, o mantenidos unidos con "clips" de metal rígido atornillado a los cimientos. Elementos verticales selectos, especialmente en el punto de unión angular entre las paredes y donde se hayan aperturas para ventanas y puertas deben estar pegados en modo seguro al radier. En los edificios de dos piso que usan construcción al estilo "western" (las paredes son progresivamente erigidas sobre el diafragma superior del piso más bajo, a diferencia de la construcción de estilo "eastern" a estructura de balón), las paredes superiores están conectadas a las paredes inferiores con elementos tensores. En algunos casos, las conexiones pueden ser extendidas verticalmente para incluir la retención de algunos elementos del techo. Las bajas cripple walls se pueden volver estructuralmente resistentes añadiendo contrachapado en las esquinas, y resguardando los ángulos del peligro que se abran con tiras o con láminas de metal. Se puede asegurar los pilones y postes verticales que así pueden ser bloqueados para que no salten de sus cimientos. La construcción de un armazón de soporte es un modo eficiente de aumentar la resistencia de paredes de ladrillos, si la estructura se proyecta en modo adecuado. En Turquía (país muy sísmico), las casas tradicionales (bagdadí) están hechas con esta técnica. En El Salvador, se usa madera y bambú para la construcción de las casas tradicionales.
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5.2. Paredes de ladrillos reforzadas y no En muchas localidades de los países en desarrollo como Pakistán, Irán y China, la forma predominante de estructura para las residencias o haciendas está constituida por paredes de ladrillos reforzadas. Los ladrillos son la forma de construcción más común en la primera parte del siglo XX, cosa que implica que un buen número de estas estructuras de ladrillos a riesgos tienen o tendrán un valor significativo de herencia cultural. Las paredes de ladrillos no reforzados son muy peligrosas. Para este tipo de estructuras puede ser más apropiado el sustituirlas que el mejorarlas con el retrofit antisísmico, pero si las paredes son los elementos de soporte en las estructuras de tamaño modesto pueden ser apropiadamente reforzadas. Es especialmente importante que las vigas de los pisos y de los techos estén atadas de modo seguro a las paredes. Se pueden añadir soportes verticales adicionales en forma de acero o de concreto reforzados. En el norte de los Estados Unidos, mucho de lo que parece ser ladrillos son piedras o rocas cortadas. Las reglas de construcción corriente dictan la cantidad de atado posterior requerido, que consiste de tiras de metal aseguradas a elementos verticales estructurales. Estas correas de metal se extienden hacia vaciados de cemento mortero, que aseguran las rocas a la estructura primaria. Las estructuras más viejas pueden no haber asegurado esto en modo suficiente para la seguridad sísmica. Una cobertura de losas de roca asegurada en modo débil en el interior de una casa (que en arquitectura moderna se usa para darle un contorno a una chimenea que parte del piso al techo) puede ser especialmente peligrosa para los ocupantes de la casa. También las viejas chimeneas de ladrillos son peligrosas si tienen una extensión vertical suficiente sobre el techo. Estas chimeneas tienden a romperse en la línea del techo y pueden caerse sobre la casa como una sola gran pieza. Para el retrofit, se colocan soportes adicionales o puede ser simplemente mejor el remover la extensión de piedra y sustituirla con materiales ligeros, como tubos de chimenea especiales de acero, rodeados de madera que pueden substituir la estructura de ladrillos. Se puede disimular la cosa sustituyendo los ladrillos de roca con baldosas muy delgadas (similares a un ladrillo, pero solo como aspecto y no en espesor).
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CONCLUSIONES La ingeniería sísmica ha aportado grandes avances en cuanto a lo tecnológico por ser imprescindible a la hora de construir una edificación, ya que se es necesario determinar, según el previo estudio, cuál va a ser la magnitud de la interacción de toda la estructura con el subsuelo. En ese sentido, los avances referidos a reforzamiento o aislamiento sísmico han brindado mayor seguridad a la sociedad, si bien es cierto esta ciencia está en constante crecimiento ha aportado grandes logros en cuanto a sismorresistencia se refiere. Mediante esta monografía se puede llegar a las siguientes conclusiones:
En medio de un sismo la estructura puede resistir y disipar, mediante deformaciones elásticas de parte de la edificación o a través de sistemas disipadores encargados especialmente para ello, gran parte de la energía receptada para evitar un colapso.
Para la mitigación del riesgo sísmico, se debe reducir la vulnerabilidad de la estructura.
Se deben considerar dos casos de forma general: a El primero es el de una futura estructura, la reducción de su vulnerabilidad se puede lograr cumpliendo todas las normas sismorresistentes considerando el espacio donde se ubicará, terreno; mejoramiento de la tecnología, calidad de la construcción, etc. b El segundo caso es el de la estructura ya existente, para reducir su vulnerabilidad se evalúa la estructura y se decide entre su reforzamiento, rehabilitación o demolición.
El aislamiento sísmico no representa la única solución para disminuir los efectos de los sismos en las edificaciones, no es un sistema que pueda considerarse de uso universal, ya que existen una gran variedad de tecnologías que se adecúan mejor a los diferentes tipos de edificaciones y terrenos para su fundación.
Es obligatorio el uso de estas nuevas tecnologías según el Reglamento Nacional de Edificaciones, en lo referente a construcciones antisísmicas, además el empleo de estas tecnologías en la construcción será de costo mucho menor comparado con la reconstrucción total o parcial de la edificación dañada por los sismos, sin contar con las pérdidas humanas que podría conllevar.
La sociedad civil, desde los profesionales, técnicos, asociaciones intermedias y ciudadanos en general, deben sentirse íntimamente comprometidos con este tema.
Los profesionales (ingenieros, arquitectos, médicos, docentes, etc.) deben tener permanentemente presente que se encuentran en una "zona sísmica", y su
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responsabilidad ante la sociedad, debe llevarlos a desarrollar su actividad de modo tal de disminuir, cada uno en su ámbito de acción, la vulnerabilidad de la población. El compromiso debe llegar hasta cada hogar, donde el ama de casa debe contar con un plan de emergencia familiar, que le permita saber qué debe y qué no debe hacer antes, durante y después de un terremoto, a fin de disminuir el riesgo de su propia familia a través de una conducta adecuada. En la elaboración de la monografía se ha hablado de cómo prevenir daños significativos a la estructura mediante el uso de aisladores, disipadores, amortiguadores sísmicos; mas no de cómo aprovechar la energía liberada en los movimientos telúricos (que suceden talvez ya no de forma natural por el actual problema de la contaminación ambiental), estos pueden ser una nueva fuente de energía en un futuro no muy lejano que gracias al avance de la ingeniería en general podrá resolver.
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LISTA DE CITAS O REFERENCIAS [1] https://es.wikipedia.org/wiki/Ingeniería_sísmica “Ingeniería sísmica”, Wikipedia. [2] http://www.monografias.com/trabajos106/ingenieria-civil-e-ingenieria-sismica-ingenieria-
sismorresistente/ingenieria-civil-e-ingenieria-sismica-ingenieria-sismorresistente.shtml “Ingeniería civil e Ingeniería sísmica: Ingeniería sismorresistente”, Gus Gutiérrez Montiel [3] http://ingenieriasismicaylaconstruccioncivil.blogspot.pe/ “Ingeniería sísmica y la construcción
civil”, Fernando Arancibia Carvallo. [4] http://ingenieria-sismorresistente.webnode.es/products/publicacion-de-nueva-monografia-
evaluacion-de-la-vulnerabilidad-sismica-de-estructuras-de-acero-residenciales-del-ecuador/ “Ingeniería sismorresistente”, J.C. Vielma, M. A. Cando, Editorial CIMNE, Edición 2015. [5] Park, R. (2002). A Summary of Result of Simulated Seismic Load Tests on Reinforced
Concrete Beam-Column Joints, Beams and Columns with Substandard Reinforcing Details. Journal of Earthquake Engineering, 6(2), 147-174. [6] A. Ghobarah and A. Said 2001 Seismic rehabilitation of beam-column joints using FRP
laminates. Journal of Earthquake Engineering, Vol. 5, No. 1, pp. 113-129. [7] http://www.indeci.gob.pe/prev_desat/estudios/SANTIAGO%20DE%20SURCO.pdf
“Estudio para determinar el nivel de vulnerabilidad física ante la probable ocurrencia de un sismo de gran magnitud, 2010”.
[8] http://globalingenieros.com/aisladores-y-disipadores-de-energia/ “Aisladores y disipadores
sísmicos”, Global Ingenieros. [9] https://pavsargonauta.wordpress.com/2015/09/29/disipadores-de-energia-en-la-estructura-
de-edificios/ “Disipadores de energía, técnicas de diseño sismo resistente”, Mis apuntes de urbanismo, Percy Cayetano Acuña Vigil. [10] http://www.cimec.org.ar/ojs/index.php/mc/article/viewFile/269/258
Eficiencia de amortiguadores de masa sintonizados en estructuras sismorresistentes”, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo.
[11] http://www.vivienda.gob.pe/dnc/archivos/difusion/eventos/2012/TOTAL/8.%20Evoluci
%C3%B3n%20de%20las%20Normas%20S%C3%ADsmicas%20Peruanas%20y%20el %20Dise%C3%B1o%20Sismo%20Resistente.pdf Evaluación de la vulnerabilidad y medidas de prevención ante riesgo sísmico y tsunami”, Evolución de las normas sísmicas peruanas y el diseño sismorresistente. [12] https://es.wikipedia.org/wiki/Refuerzo_antisísmico “Refuerzo sísmico”, Wikipedia. [13] http://www.chacao.gob.ve/eduriesgo/vulnerabilidad_archivos/01_definicion_de_terminos_basi
cos.pdf , “Definición de términos básicos”, Centro de Investigación en Gestión Integral de Riesgos.
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APÉNDICES Apéndice A Un sismo o temblor es un movimiento vibratorio que se origina en el interior de la Tierra y se propaga por ella en todas direcciones en forma de ondas. La causa de un temblor es la liberación súbita de energía dentro del interior de la Tierra por reacomodo de esta. Este reacomodo se lleva a cabo mediante el movimiento relativo entre placas tectónicas. Las zonas en donde se lleva a cabo este tipo de movimiento se conoce como fallas geológicas y a los temblores producidos se les conoce como sismos tectónicos. No obstante existen otras causas que también producen temblores.
Figura 21. Daños a una carretera tras un sismo.
Figura 22. Daños en viviendas y calles, afectando a decenas de familias.
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Apéndice B Licuación: Respuesta de los suelos sometidos a vibraciones, en la cual estos se comportan como un fluido denso y no como una masa de suelo húmeda.
Apéndice C Peligro sísmico: El peligro sísmico (o peligrosidad sísmica) de una región se denomina a la probabilidad de que se produzcan en ella movimientos sísmicos de una cierta importancia en un plazo determinado. No debe confundirse este concepto con el de riesgo sísmico, que depende de factores antrópicos y se refiere a los daños potenciales.
Apéndice D Vulnerabilidad: Es el grado de debilidad o sensibilidad de ser afectado por amenazas, en función de la frecuencia o probabilidad y de la severidad o gravedad de los mismos.
Apéndice E Riesgo sísmico: Se llama riesgo sísmico a una medida que combina el peligro sísmico, con la vulnerabilidad y la posibilidad de que se produzcan en ella daños por movimientos sísmicos en un período determinado. No debe confundirse este concepto con el de peligro sísmico, que mide la probabilidad de que se produzca una cierta aceleración del suelo por causas sísmicas.
Figura 23. Mapa de los lugares donde se han dado los mayores movimientos telúricos.
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Apéndice F Carga: Fuerza externa que según el tipo que sea, actúa en distintas direcciones sobre una estructura. En términos generales pueden clasificarse en cargas vivas, muertas, dinámicas o estáticas. Las cargas más comunes son:
Carga permanente: Carga vertical aplicada sobre una estructura, incluye el peso de la misma más el de los elementos permanentes. También llamada carga muerta.
Carga variable: Carga externa movible que actúa verticalmente sobre una estructura, como el peso del mobiliario, equipo, personas. También llamada carga viva.
Carga puntual: Actúa sobre un área muy pequeña o un punto muy concreto de una estructura. También llamada carga concentrada.
Carga distribuida: Se aplica a la longitud de un elemento estructural o sobre una parte de este. También llamada carga repartida.
Carga axial: Fuerza aplicada en el centroide de la sección transversal de un elemento y que actúa a lo largo de su eje longitudinal.
Carga de servicio: Carga concentrada que se aplica en el nudo de una cercha. También llamada carga de trabajo, carga de uso.
Carga sísmica: Son las fuerzas que induce un sismo sobre las estructuras. Actúan en direcciones horizontales y verticales.
Apéndice G Hormigón armado: La técnica constructiva del hormigón armado consiste en la utilización de hormigón reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También se pueden armar con fibras plásticas, fibras de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido.
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Figura 24. Obreros encofrando una estructura de hormigón armado.
Apéndice H Retrofit: Esta es una técnica de rehabilitación de las estructuras con diversas finalidades, entre ellas:
Reparación de una estructura con defectos de diversos tipos incluyendo daños sísmicos.
Habilitar una edificación a fin de hacerla cumplir con una normativa nueva.
Habilitar la edificación para cambiar su uso.
Apéndice I Arriostramiento: Es una técnica que consiste en colocar piezas diagonales en los pórticos de una estructura, con el fin de darle una mayor estabilidad e impedir la deformación. Arriostrar una estructura significa rigidizarla y estabilizarla, mediante el uso de elementos que impidan el desplazamiento o deformación de la misma. El arriostramiento de una estructura le ayuda a resistir las cargas horizontales, como las impuestas por un sismo.
Figura 25. Detalle del arriostramiento en una estructura metálica.
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Apéndice J Columnas: Es un elemento estructural encargado principalmente de resistir las cargas axiales de compresión. Son elementos generalmente verticales (en algunos casos inclinados) cuya altura es por lo menos 3 veces su dimensión lateral menor. Sirven de soporte estructural y transportan las cargas de las edificaciones hasta los elementos de fundación en el suelo.
Figura 26. Columnas largas en una obra de construcción.
Figura 27. Columnas cortas, en los dos niveles de la casa.
