LAUREATE INTERNATIONAL UNIVERSITIESUNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE INGENIERA CIVIL

Docente:Erlyn Giordany Salazar Huamn

Alumnos:Jess Tasilla RequelmeJohao Reyes LizaGustavo Lpez OrbegosoLuis Daz ZavaletaTema:Fallas Frecuentes durante los TerremotosCurso: Estructuras y Cargas

Cajamarca 29 de mayo del 2015

Fallas frecuentes durante los terremotos Frequent failures during earthquakes

Jess Tasilla Requelme1, Reyes Liza Johao1, Diaz Zavaleta Luis1, Lpez Orbegoso Gustavo1

1Universidad Privada del Norte

Resumen:La vulnerabilidad estructural se refiere a la susceptibilidad que la estructura presenta frente a posibles daos en aquellos elementos que lo mantienen en pie ante un sismo intenso. Esto incluye cimientos, columnas, muros, vigas y losas.

En general, los movimientos ssmicos indican que en donde se disea de acuerdo con una buena normativa sismo resistente, donde la construccin es sometida a una supervisin estricta, el dao sobre la infraestructura es marginal.

Palabras Clave: Movimientos Ssmicos, Normativa, Vulnerabilidad, Estructura

Abstract:Structural vulnerability refers to the susceptibility of the structure presents from damage in those elements that support when subjected to an intense earthquake . This includes foundations, columns, walls, beams and slabs.

In general , earthquakes indicate where is designed in accordance with good earthquake resistant standards , where construction is subjected to strict supervision , the damage to infrastructure is marginal.

Key Words: Earthquakes, Regulations, Vulnerability, Structure

Introduccin

El entendimiento del comportamiento ssmico de las estructuras ha requerido de la identificacin de las caractersticas que han conducido a las fallas o bien, a un buen comportamiento estructural y, tambin, del anlisis de los tipos de daos y de sus causas. (Serrano, L.R 2001)

A causa de los sismo fuertes es comn que se presenten daos estructurales en columnas tales como grietas diagonales, causadas por cortante y/o torsin, y grietas verticales, desprendimiento del recubrimiento, aplastamiento del concreto y pandeo de las barras longitudinales. (Noticreto 1995)

Por lo general las fallas presentadas en las edificaciones durante eventos ssmicos, se originan producto de los defectos en el diseo y configuracin estructural, as como en los errores durante la construccin de la obra y el empleo de materiales inapropiados para la edificacin. Para entender el comportamiento ssmico de las estructuras, es necesario identificar las caractersticas que han conducido a las fallas.

Objetivos:

Objetivo General:

Identificar principales Fallas de los elementos estructurales frente a esfuerzos ssmicos.

Objetivos Especficos:

Describir fallas por golpeteo de edificios y sus efectos en la estructura. Describir fallas por piso blando dar y sus efectos en la estructura.

Marco TericoPor lo general las fallas pueden deberse a la inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos tales como columnas y muros.Es un tema muy importante que se debe tener en cuenta en la etapa del ante proyecto, muchas veces al no tomar en cuenta un espacio suficiente para colindantes las estructuras suelen fallar por el golpeteo causado entre las estructuras.

Piso Blando:El problema de Piso Blando surge en aquellos edificios aporticados (compuestos predominantemente en su estructura por vigas y columnas), donde el piso en mencin presenta alta flexibilidad por la escasa densidad de muros que impide controlar los desplazamientos laterales impuestos por los terremotos, en tanto que los pisos adyacentes son relativamente ms rgidos por contener una mayor cantidad de muros.

Este es el caso, por ejemplo, de aquellos edificios que presentan en su primer piso cocheras, tiendas o restaurantes (Fig.1), donde por el uso que se le da tiene pocos muros, mientras que los pisos superiores, generalmente destinados a vivienda, contienen muchos tabiques de albailera que los rigidizan lateralmente (Fig.2), al actuar el tabique durante el sismo como una especie de puntal diagonal sobre el prtico que lo enmarca (Ref.1).

Fig. 2 Edificios con Piso Blando

Fig. 1 Edificios con Piso Blando

Ref. 1 Edificios con Piso Blando

COMPORTAMIENTO DEL PISO BLANDO ANTE LOS SISMOS

Durante los sismos severos, o incluso a veces en los sismos moderados, en el Piso Blando se produce un gran desplazamiento lateral ( en la Fig.3), que se traduce en una excentricidad de la carga vertical P proveniente de los pisos superiores rigidizados por los tabiques.

Esto da lugar a un momento (Px) que debe ser equilibrado por los momentos flectores generados en los extremos de las columnas del Piso Blando (m ()).Muchas veces los ingenieros estructurales disean a las columnas del Piso Blando como para soportar los momentos flectores generados por la fuerza.

Con lo cual, durante el sismo, el momento flector actuante (M = m (F) + m ()) supera a la capacidad resistente (m (F)), dando lugar a la formacin de rtulas en los extremos de las columnas del Piso Blando (Fig.4), lo que conduce a una mayor flexibilizacin del piso en mencin (incremento de ), sobreviniendo finalmente el colapso de la edificacin.

Fig. 3 - (Ref. 2) -Piso Blando o problema P-

Fig. 4 - Formacin de Rotulas y colapso de edificio con piso blando.

FORMA APROXIMADA DE RESOLVER EL PROBLEMA P-

En forma aproximada el problema de Piso Blando puede resolverse aplicando un sistema de fuerzas laterales equivalentes Fi en cada nivel i del edificio, de tal modo que reproduzcan los momentos Mi que generan los pesos de cada nivel (Pi) al desplazarse lateralmente la cantidad i (Fig.5) por efectos de la fuerza ssmica Fi.

Denominando:i = dgito que identifica al nivel i o al piso i (i = 1, 2 o 3 en la Fig.5).i = desplazamiento absoluto del nivel i causado por la fuerza ssmica Fi.i = i+1 i = desplazamiento lateral relativo del piso i.hi = altura del piso i.Pi = peso del nivel i.Pj = peso acumulado en el piso i o suma de los pesos desde i hasta el ltimo nivel.Qi = fuerza cortante en el piso i producida por Fi.Es posible lograr Fi con la expresin: Fi = Qi Qi+1 (En el ltimo nivel Qi+1 = 0)

Dnde: Qi = (Pj) i / hi

Fig. 5 Fuerza equivalentes Fi para producir el efecto P-

Luego, Fi se suma a la fuerza ssmica Fi y se vuelve a resolver el edificio. Esta nueva solucin proporcionara desplazamientos laterales i diferentes a los del primer anlisis, con lo cual habra que repetir el proceso hasta lograr la convergencia de i; sin embargo, para efectos aproximados, se ejecuta slo un ciclo de este proceso iterativo.

El problema de Piso Blando se ha presentado en todos los pases ssmicos del mundo (Fig.6), con lo cual, la mejor solucin al problema es evitndolo desde la concepcin arquitectnica del edificio, haciendo que los muros presenten continuidad a lo largo de su altura (Fig.7), por ejemplo, tratando que las cocheras estn en la parte externa del edificio.

Fig.6. Piso Blando en pases ssmicos.Fig.7. Solucin correcta.

Una solucin ideal, por ejemplo, sera crear edificios destinados a cocheras (cocheras comunitarias) cada tres cuadras, de modo que sean ocupados por los vehculos de los habitantes de la zona circundante, de esta manera, los edificios restantes no tendran la necesidad de reservar espacios para estos vehculos y los muros sera continuos.

Para el caso de edificios existentes con Piso Blando, habra que resolver el problema mediante la rigidizacin de este piso, con la adicin de muros de concreto armado, sin importar que se pierdan algunos espacios, en vista que es peor perder al edificio completo incluyendo los vehculos, y, a veces, hasta las vidas humanas.

Columna CortaEl efecto decolumna corta se conoce tambin como columna cautivay se presenta por tres razones principales,

a) La primera a causa del confinamiento de parte de la columna por muros no estructurales como la mampostera.

b) La segunda debido a acoplamientos de elementos estructurales o no estructurales en medio de la columna, como las vigas y losas de los descansos de escaleras.

c) La tercera por la ubicacin de los edificios en terrenos inclinados.

Es un caso muy comn en el cual se restringen lateralmente el desplazamiento de las columnas con pretiles o muros que no ocupan la altura total de la misma. Al ser ms rgidos los tramos cortos de estas columnas, les corresponde una mayor demanda de fuerzas ssmicas pero adems se cambia el mecanismo resistente de las columnas de un comportamiento a flexin (cuando estn libres en toda su altura) a un mecanismo de cortante cuando son columnas cortas, con una falla frgil y difcil de controlar y que generalmente no fue considerada en el diseo (Fig. 8).

Fig. 8. Columnas cortas: Mecanismo de falla

Fig. 8. Columnas cortas: Ejemplo construccin

Se debe anotar la casilla de columna corta si se identifica que una parte predominante de la estructura o de un marco tiene pretiles o muros bajos que restringen a las columnas en el plano de los marcos que forman. La altura crtica de esta restriccin puede ser variable; en general ser columna corta si el muro restringe la mitad o ms de la altura del entrepiso siendo ms grave cuanto menor es el tramo libre de columna; sin embargo, se han visto problemas aun restringiendo slo una tercera parte de la altura del entrepiso.

Golpeteo entre edificios.

Si no existe una separacin suficiente entre edificios adyacentes, su manera distinta de vibrar ante la solicitacin ssmica conduce al golpeteo entre ellos producindoles severos daos se tiene el caso de la falla de un edificio por golpes en la junta de construccin por la accin del sismo de Tokachi-Oki, Japn. El golpeteo es capaz de producir daos severos.

Fig. 9. Falla debida al golpeteo entre edificios adyacentes.

Cuando entre las estructuras que se golpetean no coinciden los niveles de los pisos, las fallas pueden ser ms graves; ya que las losas de uno de los edificios pueden golpear las partes intermedias de las columnas del otro.

Fig. 10. Las losas de entrepisos de los edificios ms bajos, golpean las columnas del edificio ms alto

Fig. 11. Edificaciones vulnerables a sufrir efectos por golpeteo durante un sismo, losas de ambos edificios no coinciden en el mismo nivel

Este tipo de falla puede ser ms grave cuando los cuerpos adyacentes no coinciden en la altura de sus entrepisos, ya que las losas de uno pueden golpear las partes intermedias de las columnas del otro. Posibilidad de golpeteo:Se definir si el edificio tiene posibilidad de golpeteo durante un sismos, de acuerdo a la tabla catalogo posibilidad de golpeteo. El golpeteo entre edificios puede causar daos importantes a uno o ambos de los edificios que intervienen en el mismo. Para que estos no se golpeen entre si durante un sismo intenso, la separacin libre entre los edificios debe ser aproximadamente 3 cm por cada piso en el edificio de menor altura. Si la separacin entre ambos edificios es menor, se debe indicar al sistema R que si existe la posibilidad de golpeteo de golpeteo del edificio con algn edificio vecino.Tabla 01:CLAVEPOSIBILIDAD DE GOLPETEO

1Con edificios de menor altura

2Con edificios de igual o de mayor altura

3Con edificios de menor y mayor altura

4No hay posibilidad de golpeteo

Para ejemplificar una manera de predecir si existir golpeteo, en la siguiente figura se muestran dos edificios, uno de 11 niveles y otro de 7 niveles. La separacin libre existente entre ellos es de 14 cm, pero se estima que el edificio pequeo tendr un desplazamiento mximo de 7 niveles x 3 cm/nivel = 21 cm. Como la separacin existente de 14 cm es menor que los 21 cm recomendados, entonces contemplar que existe la posibilidad de golpeteo entre estos dos edificios durante un sismo intenso.

Irregularidad de estructura en elevacin:Las estructuras irregulares tienen discontinuidades fsicas considerables en su configuracin o en sus sistemas resistentes a las fuerzas laterales.La forma del edificio, tamao, naturaleza y localizacin de los elementos resistentes, es decir: muros, columnas, pisos, ncleos de servicio, escaleras; y elementos no estructurales como: cantidad y tipo de divisiones interiores, la forma en que los muros exteriores se disponen slidos o con aberturas para iluminacin natural y ventilacin.

Cuando ocurre un sismo, si el edificio presenta una porcin ms flexible en un piso que en el resto de los pisos superiores, su derivada (D) ser mayor y, por lo tanto, la mayora de la energa de entrada ser absorbida por esa porcin ms flexible y la restante ser distribuida entre los pisos superiores ms rgidos.

Si el edificio presenta una planta libre, principalmente en alguno de los pisos inferiores, generalmente los componentes estructurales de ese piso se vern sometidos a grandes deformaciones. El comportamiento inelstico se concentra en la zona de la irregularidad.

Fig. 12. Distribucin del desplazamiento total generado por un sismo en: (a) un edificio regular; y (b) un edificio con planta baja libre.)

Si esta condicin no se prev en el diseo estructural desde el principio, se pueden producir daos irreparables tanto en los componentes estructurales como en los no estructurales de ese piso, pudiendo provocar el colapso local y, en algunos casos, hasta el colapso total del edificio. La planta libre puede estar presente en la PB o en un nivel intermedio.

Las tan usadasplantas bajas libresson el ejemplo ms comn de formacin de estas irregularidades; los apartamentos residenciales u oficinas se distribuyen en los pisos superiores, mientras en el piso ms bajo se ubica los estacionamientos para los

vehculos y/o las zonas sociales que requieren espacios amplios y libres, total o parcialmente, de tabiquera interior.El piso dbil generalmente se produce cuando debido a la ausencia, desplazamiento o reduccin de tamao de los componentes de resistencia a las fuerzas laterales en un piso, se interrumpe el flujo de fuerzas hacia las fundaciones

Fig. 13. Casos de generacin de piso dbil en la planta baja de los edificios.

Tabla 02:

TipoDefinicin de irregularidad

1AIrregularidad de rigidez(piso blando)Un piso blando es aquel cuya rigidez lateral es menor del 70% de la rigidez del piso superior o menor del 80% de la rigidez promedio de los 3 pisos superiores al piso blando, en tal caso se considera irregular.

2AIrregularidad de peso (masa)Debe considerarse que existe irregularidad de masa cuando la masa efectiva de cualquier piso es mayor del 150% de la masa efectiva de uno de los pisos contiguos. No es necesario considerar un techo que sea ms liviano que el piso inferior.

3AIrregularidad vertical geomtricaSe considera que existe irregularidad vertical geomtrica cuando la dimensin horizontal del sistema de resistencia a las fuerzas laterales en cualquier piso es mayor del 130% de la de un piso colindante. No es necesario considerar los pisos de azotea de un solo nivel.

4ADiscontinuidad en el plano de los elementos verticales resistente a las fuerzas lateralesSe considera este tipo de irregularidad, cuando existe un desplazamiento en el plano de los elementos resistentes a las cargas laterales mayor que la longitud de esos elementos.

5ADiscontinuidad en capacidad (piso dbil)Un piso dbil es aquel en que la resistencia del piso es menor del 80% de la resistencia del piso inmediatamente superior, en tal caso se considera irregular.La resistencia del piso es la resistencia total de todos los elementos resistentes a las fuerzas ssmicas que comparten el esfuerzo cortante del piso en la direccin bajo consideracin.

Conclusiones y Recomendaciones:

Del presente informe de fallas ocasionadas por movimientos ssmicos, se concluye que la mayora de estas son originadas la inadecuada resistencia de los elementos estructurales debida a la falta de prevencin en la etapa del ante proyecto, muchas veces al no tomar en cuenta un clculo exacto o aproximado de los momentos ocasionados por la magnitud producida por las fuerzas smicas.

Se recomienda para algunas fallas:

Solucin fallo por columna corta:

En la actualidad, se puede apreciar tanto en edificios, como en las escuelas que se han construido en los ltimos aos una mejora en este sistema, en donde se coloca una lnea de block, paraseparar la Columna con la ventana, as se puede tener un elemento estructural trabajando acorde a como fue diseado en los clculos.

Solucin fallo por piso blando:

La mejor solucin al problema es evitndolo desde la concepcin arquitectnica del edificio, haciendo que los muros presenten continuidad a lo largo de su altura, tratando que las cocheras estn en la parte externa del edificio.

Solucin fallo por golpeteo:

Tomar en cuenta el espacio entre colindantes calculndolo por el mtodo de pisos y pre dimensionando la separacin entre ambos. Otra forma sera considerar juntas de separacin entre edificios.

Solucin fallo por irregularidad de la estructura en elevacin:

Lo que se propone es que las estructuras tengan una distribucin equitativa tanto en sus elementos verticales (columnas, muros), as como en sus elementos horizontales (losas y vigas), generalmente se suele fallar por corte en las partes ms irregulares de la estructura.

Bibliografa:

Aguilar Falconi (Sismos de El Salvador del 2001)

Ral Serrano Lizaola Serrano, L.R. (2001).

http://civilgeeks.com/2014/05/05/el-efecto-de-columna-corta-en-las-escuelas/http://www.ideas4all.com/ideas/0001/8353/Fallas_Frecuentes.pdf

http://blog.pucp.edu.pe/blog/wp-content/uploads/sites/82/2010/07/Piso-Blando.pdf

https://cienciaarquitectonica.wordpress.com/2011/07/14/identificacion-de-las-fallas-estructurales-mas-comunes-en-la-edificacion-actual-de-guadalajara-jalisco-para-su-estudio-y-evaluacion-2/http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/murillo_j_cg/capitulo4.pdf

http://www.academia.edu/10281290/Irregularidad_de_estructura_en_Planta_y_Elevacion