Vulnerabilidad Sismica

SOCIEDAD VENEZOLANA DE INGENIEROS CIVILES SOVINCIV

 “JORNADAS  “JORNADAS SOBRE EL ESTADO ESTADO DE LA NORMATIVA VENEZOLANA APLICABLE A ESTRUCTURAS DE EDIFICACIONES” CARACAS, 22 Y 23 DE A ABRIL BRIL DE 2005

CONSIDERACIONES SOBRE LA  VULNERABILIDAD  VULNERABIL IDAD SÍSMICA EN EDIFICACIONES

José Luis Alonso G., Ing. Civil, M.Sc., Profesor U.S.B., E-mail: [email protected] E-mail: [email protected] Mercedes Bermúdez M., Ing. Civil, E-mail: [email protected]

CONSIDERACIONES SOBRE LA VULNERABILIDAD SÍSMICA EN EDIFICACIONES(1) José Luis Alonso G., Ing. Civil, M.Sc., Profesor U.S.B., E-mail: [email protected] Mercedes Bermúdez M., Ing. Civil, E-mail: [email protected]

RESUMEN La ubicación de centros urbanos en zonas sísmicamente activas, la no aplicación de normas apropiadas para edificaciones sismorresistentes, la falta de programas preventivos de manejo de desastres y más aún, a veces la falta de comunicación de criterios entre los arquitectos e ingenieros estructurales son factores que influyen negativamente en el comportamiento de edificaciones durante la acción de un terremoto. Ya que el riesgo sísmico de una edificación depende de su vulnerabilidad, se hace preciso la tipificación de los daños a elementos estructurales y no estructurales, así como también la determinación de los factores que los causan. En este estudio se analizan brevemente ejemplos que muestran la influencia de algunos de los factores más representativos. De ellos, se ha hecho hincapié fundamentalmente en la influencia negativa que han ejercido ciertas configuraciones estructurales en el pésimo desempeño de edificaciones que han sido severamente dañadas durante terremotos recientes. Para su mejor interpretación, se utilizó un programa que permite realizar el análisis de estructuras compuestas por distintos materiales o por una combinación de ellos, modelando estructuras espaciales con condiciones arbitrarias de carga y de apoyo. El método de análisis elegido es el método de análisis modal, ya que presenta varias ventajas que lo hacen muy práctico y atractivo. Entre ellas, el método elimina la variable tiempo y permite separar el modelo estructural, sus frecuencias naturales y sus deformadas modales correspondientes, del proceso que involucra la identificación, estimación y generación de la amenaza sísmica o movimiento fuerte del terreno que pretende caracterizar la respuesta sísmica del depósito. Otra de las ventajas es que el método permite identificar durante la fase elástica aquellas deformadas modales, que por su mayor participación, describen más acertadamente y en forma gráfica las posibles deficiencias o puntos débiles de la edificación analizada, facilitando de esta manera la elección de la alternativa de adecuación o reforzamiento estructural más conveniente.

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA Es bien sabido que un gran porcentaje de la población en nuestros países está ubicado en zonas sometidas a la acción de un diverso número de amenazas naturales, que aunadas al alto grado de vulnerabilidad de sus construcciones y al consiguiente elevado costo del daño ocasionado, las convierten en zonas o regiones de alto riesgo.

(1)

  Trabajo presentado en el VII Congreso Venezolano de Sismología e Ingeniería Sísmica. Barquisimeto, Venezuela, 12-14 Noviembre de 2003

1

Reciben el nombre de amenaza sísmica aquellas que están vinculadas directamente a la acción de terremotos, por ejemplo, el movimiento fuerte de la superficie del terreno, el fallamiento superficial, los deslizamientos de taludes, la licuefacción y los maremotos o tsunamis. En áreas propensas a la ocurrencia de terremotos, resulta posible evaluar el riesgo sísmico de edificaciones en función de la amenaza sísmica, de su vulnerabilidad y del costo e importancia de las mismas. La amenaza sísmica supone un conocimiento exhaustivo de las fuentes sísmicas capaces de generar terremotos en el área de estudio y de sus probabilidades de ocurrencia, y suele expresarse en las normas mediante relaciones empíricas de tipo probabilístico y mapas de zonificación sísmica que con frecuencia poco dicen acerca del daño potencial que puede experimentar una edificación durante la acción de un terremoto. De lo anterior se desprende que el riesgo sísmico en edificaciones podrá reducirse únicamente si se reducen algunas de las variables involucradas. De estas variables, la reducción de la vulnerabilidad sísmica es quizás la alternativa más eficaz de que disponen los ingenieros estructurales y arquitectos para conseguir el objetivo perseguido.

IDENTIFICACIÓN DE LAS ACCIONES Las principales solicitaciones o acciones exteriores a que puede estar sujeta una estructura durante su vida útil son: cargas estáticas debidas fundamentalmente a su peso propio, cargas vivas especificadas comúnmente en los reglamentos o normativas de construcción como cargas uniformemente distribuida equivalente o bien si se trata de puentes o viaductos como carga móvil idealizada, y cargas accidentales, tales como cargas dinámicas generadas por un terremoto. La estimación de las cargas debidas al peso, pueden lograrse con relativa precisión, con errores que raramente superan el 20%. En cuanto a las cargas vivas, los errores en la estimación pueden ser del 100% y a veces mayores, pues aún y cuando se las especifica en las normas como cargas uniformemente repartidas equivalentes (personas, vehículos, ascensores, maquinarias y equipos), sus efectos en la estructura pueden ser muy diferentes de los efectos de las cargas reales. La estimación de las cargas dinámicas asociadas por ejemplo a terremotos, está sujeta aún a mayor incertidumbre. De suyo, en una región sísmicamente activa, la selección y definición apropiada de un movimiento del terreno, acelerograma por ejemplo, para su utilización en el proceso de predecir acertadamente la respuesta estructural a dicha excitación es sin duda el punto más débil de dicho proceso. La estimación del movimiento del terreno para su uso en la evaluación de la respuesta estructural escapa de los objetivos de este trabajo.

VULNERABILIDAD SÍSMICA Las pérdidas materiales o de vidas registradas durante la acción de terremotos dependen en gran parte de la capacidad de respuesta de la edificación. La vulnerabilidad sísmica de una

2

estructura podría entonces definirse como el grado de reserva o el nivel de capacidad de respuesta disponible ante una amenaza sísmica conocida. Ya que el riesgo sísmico de una edificación depende de su vulnerabilidad, y cuando se teme que algunas edificaciones nuevas o algunas existentes que, bien por su antigüedad o por su importancia, puedan sufrir daños importantes ante la acción de sismos futuros, se hace  preciso emprender un proceso de evaluación de su vulnerabilidad sísmica estructural, a fin de mantener el riesgo sísmico dentro de niveles mínimos de seguridad aceptables. Para ello, es preciso, llevar a cabo proyectos de reforzamiento o adecuación estructural. El proceso de evaluación incluye dos aspectos fundamentales: la tipificación y evaluación de los daños, (Boroscheck, R. y Retamales, R., (2003)), y la determinación de sus causas. Los daños observados en edificaciones pueden agruparse en 2 grupos: daños a elementos estructurales y no estructurales, y daños a sistemas electromecánicos y de comunicaciones, instalaciones sanitarias y equipos médicos en el caso de hospitales. En general, los daños suelen ser causados por una combinación de variables asociadas comúnmente a los siguientes factores: a) Factores geológicos: • • •

Amplitud y duración del movimiento. Condiciones de suelo local. Profundidad del aluvión.

• • •

Interacción suelo-estructura. Inestabilidad geológica. Licuefacción.

 b) Factores estructurales: • •

•

•

•

•

Tipología estructural. Configuración geométrica irregular en la  planta y el alzado del edificio. Cambios bruscos de rigidez: Pisos  blandos, columna corta, etc. Deformación lateral excesiva de la edificación. Peligro de colindancia entre edificaciones vecinas. Refuerzo inadecuado en las conexiones o nodos.

• •

•

•

•

•

Conexiones metálicas defectuosas. Falta de ductilidad en elementos de concreto armado. Defectos constructivos y deficiente inspección de la obra. Mala calidad e incompatibilidad de los materiales de construcción. Edad de la construcción. Normas utilizadas. Falta de una inspección adecuada.

El segundo tipo de daños, daños a sistemas electromecánicos, instalaciones sanitarias, etc., es muchas veces subestimado, y es quizás uno de los más críticos. De su severidad dependerá la continuidad operacional del edificio. Su identificación e inclusión en una norma sísmica no garantiza que la edificación va a permanecer operativa después de un terremoto. Para obtener tan ansiada garantía, debe disponerse con antelación de planes sísmicos preventivos de emergencia, de forma tal que todos los miembros del equipo involucrado sepan qué hacer a la hora de un siniestro, (McGavin, G.L. (1981)).

3

MÉTODOS DE ANÁLISIS DINÁMICO ESTRUCTURAL En la actualidad la mayoría de los códigos modernos ofrecen tres opciones para el análisis dinámico de estructuras sometidas a terremotos: 1. Análisis lineal: Utiliza acelerogramas como dato para la evaluación de la respuesta del sistema instante a instante. En este método de análisis se supone que durante todo el  proceso las propiedades de los materiales permanecen en el rango elástico. 2. Análisis de respuesta espectral: En este segundo método de análisis se supone también que la respuesta estructural permanece en el rango elástico, pero a diferencia del anterior la variable tiempo se elimina de la solución. 3. Análisis no lineal, (inelástico): Utiliza acelerogramas como dato, pero permite que las deformaciones de los materiales sobrepasen su punto cedente. Para la determinación analítica de la vulnerabilidad estructural de edificaciones que han sufrido daños durante terremotos o para aquellas que a pesar de no haber sufrido daños, son  potencialmente vulnerables y necesitan ser reforzadas o adecuadas estructuralmente, se ha seleccionado en este estudio la técnica del análisis de respuesta espectral. El método de análisis elegido ofrece las siguientes ventajas: 1. El procedimiento tiene una gran aceptación entre los ingenieros estructurales porque  proporciona un método aproximado pero a su vez relativamente preciso, que es en esencia un método estático de análisis. 2. El procedimiento centra su atención en la obtención de la máxima respuesta estructural sin retener la variable tiempo. 3. La eliminación de la variable tiempo del análisis reduce considerablemente la enorme cantidad de información que en los otros dos métodos señalados debe almacenarse en la memoria del computador previamente a su posterior procesamiento. 4. Este método separa el modelo estructural y sus frecuencias naturales y deformadas modales correspondientes del proceso que involucra la identificación, estimación y generación de la amenaza sísmica o terremoto de diseño que pretende caracterizar la respuesta del depósito de fundación del sitio. Es precisamente el análisis de frecuencias y deformadas modales la parte del proceso que más ventajas proporciona al proyectista. En efecto, permite identificar en la fase elástica aquellas deformadas modales, que por su mayor participación, describen más acertadamente y en forma gráfica las posibles deficiencias o puntos débiles de la edificación analizada, facilitando de esta manera la elección de alternativas de adecuación o reforzamiento estructural más convenientes. 5. A pesar de que el proceso de cálculo involucrado en la determinación de las frecuencias naturales y de las deformadas modales es tedioso, normalmente suele realizarse una sola vez, y sus resultados, siempre que sean satisfactorios, podrán utilizarse tantas veces como se requiera para analizar distintas solicitaciones sísmicas. 6. Finalmente el método de respuesta espectral elegido en este estudio permite desarrollar un sentimiento o un sexto sentido práctico acumulativo que el ingeniero estructural

4

 puede utilizar ventajosamente proyecto a proyecto, no siendo así el caso al utilizar el rigor analítico de procedimientos más laboriosos que constituyen realmente un esfuerzo abrumador y redundan en un incremento sustancial del costo del proceso, en la mayoría de los casos raramente reconocido.

RESPUESTA ESTRUCTURAL DURANTE TERREMOTOS Las pérdidas materiales o humanas registradas durante la acción de terremotos (moderados o fuertes) son causadas básicamente por el colapso total o parcial de obras de ingeniería,  principalmente edificaciones que han sido diseñadas y construidas, en algunas ocasiones,  por profesionales de la arquitectura e ingeniería, con la intención de proteger a sus ocupantes de las amenazas naturales. Decimos en algunas ocasiones, porque salvo en grandes ciudades modernas como San Francisco, Los Ángeles, Ciudad de Méjico, Tokio, Caracas, etc., en donde las normativas son de obligatorio cumplimiento, en muchísimas otras ciudades de los países en vías de desarrollo, no existen normativas apropiadas, y la construcción masiva de la vivienda popular es llevada a cabo en la mayoría de los casos por los pobladores locales y con materiales de construcción inapropiados. En las próximas secciones, se analizaran brevemente algunos de los factores que más han influido en la vulnerabilidad y en el comportamiento estructural de diversas obras de ingeniería durante sismos recientes. Por conveniencia, los agruparemos en tres categorías: factores de tipo geológico, factores de tipo estructural y factores de tipo constructivo.

Factores de tipo geológico a) Período y resonancia En el terremoto de Caracas de 1967 pudo demostrarse que las condiciones del suelo local del Valle de Caracas ejercieron, entre otras, una enorme influencia en la distribución y magnitud del daño observado en edificios, produciéndose fuertes amplificaciones de respuesta estructural cuando el período fundamental de la edificación es similar al período fundamental del depósito de fundación. Así, edificios cuya construcción y configuración son comparables se comportaron de manera diferente de acuerdo a su localización y  profundidad del depósito de suelo, indicando por ejemplo, que una estructura flexible y de  período largo experimenta fuerzas proporcionalmente menores que un edificio más rígido si ambos están fundados en un suelo rocoso o duro. Alternativamente, un edificio rígido, tendrá una mejor respuesta en un aluvión profundo que la que tendría un edificio alto o flexible, (Seed H.B. y Alonso J.L., (1974)). En el terremoto de San Fernando en 1971, se observó un patrón de daños similar al anterior en estructuras de puentes principalmente, aunque no tan severo en el caso de edificios. Más recientemente se pudo observar el fenómeno de resonancia en un muelle costero de la ciudad de Cumaná, ubicada a 75 Km. del epicentro del terremoto de Cariaco de 1997, (Alonso J.L., y Bermúdez M., 1999)

5

En efecto, la Foto 1 muestra la enorme deformación que experimentó una torre metálica de iluminación de 30 metros de altura, estructura muy flexible empotrada en el extremo del muelle fundado a su vez en un lecho marino de suelo muy blando, flexible. El hecho cobra particular relevancia si además se observa que el faro contiguo a la torre, estructura muy rígida de concreto armado, no sufrió ninguna deformación. El diseño sismorresistente en los códigos recientes ha incorporado factores que toman en cuenta la influencia del suelo local en la respuesta estructural de la edificación.

b) Licuefacción Este es uno de los fenómenos más interesantes y complejos que se presentan durante la acción de terremotos y que origina Foto 1: Torre de iluminación y faro después del una pérdida temporal de la capacidad de terremoto de Cariaco de 1997, (Foto: J.L. Alonso). soporte de suelos saturados no cohesivos que sufren grandes deformaciones y asentamientos bajo condiciones especiales en las que se observa una excesiva presión de poros. Todo esto se traduce, en términos coloquiales, en vuelcos y hundimientos espectaculares de edificaciones. La Foto 2 muestra el vuelco de un edificio producido por efectos de licuefacción durante el terremoto ocurrido en Ciudad de Méjico en el 1985, (Seed, H.B. and Idriss, M. (1982)). Factores estructurales La observación del patrón y distribución del daño estructural  producido por los terremotos ha demostrado fehacientemente que cuando las edificaciones colindan entre sí, tienen configuraciones irregulares en planta o en su elevación, cambios bruscos de rigidez, efectos de columna corta,

Foto. 2: Vuelco de un edificio producido por licuefacción. Ciudad de Méjico, 1985, (Foto: H. B. Seed).

6

concentración asimétrica de núcleos de rigidez (escaleras, elevadores, pantallas, muros de carga e incluso tabiquería en fachadas o interiores, etc.), o la existencia de plantas libres o  parcialmente libres en alguno de los entrepisos, su comportamiento es pésimo, llegando en casos extremos a producirse el colapso total o parcial de las mismas, aún cuando cumplan con las normativas de diseño sismorresistente vigentes para la fecha de su construcción, (Alonso, J.L., (1976), EERI, (1986), Guevara, T.,(1989), Lagorio, H.J., (1990), Guevara, T., (1992), Reitherman A.(1995), Alonso J.L. y Bermúdez, M., (1999)). Los siguientes ejemplos ilustran mediante fotografías la respuesta estructural observada en algunas edificaciones durante la acción de terremotos recientes.

a) Golpeteo o colindancia Tiene lugar cuando dos o más edificaciones vecinas contiguas, sin ninguna junta de separación adecuada, vibran en forma desfasada durante la acción de un terremoto La Foto 3 muestra el colapso de un edificio de concreto armado como consecuencia de la fractura de sus columnas en la zona de contacto con las cumbreras de los techos de las dos viviendas colindantes, ocurrido durante el terremoto de Managua de 1972. La Foto 4 es también una muestra de este fenómeno.

Foto 3: Colapso total de una edificación en la ciudad de Managua, 1972, (Foto: J.L. Alonso). Foto 4: Daño en un edificio por efecto de golpeteo, Managua, 1972, (Foto: J.L. Alonso).

b) Efecto de planta irregular En el terremoto de Cariaco de 1997, la estructura de concreto armado de la Unidad Educativa Raimundo Martínez Centeno (ver Foto 5), ubicada a tan solo 6 km del epicentro, sufrió el colapso total de la primera planta, y es una muestra ejemplar del pésimo comportamiento estructural observado en edificaciones con geometría irregular.

7

En efecto, la Figura 1 muestra una vista en planta de la edificación, conformada por dos módulos asimétricos de tres niveles cada uno, con forma de U, separados por una junta estructural en el patio central. El desplazamiento relativo de los dos cuerpos en la junta estructural de separación ocasionado por efectos de la torsión, fue superior a 1.50 metros, (Fotos 5, 6 y 7). Resulta importante señalar que si bien la torsión es típica en edificaciones en forma de U, las secciones de las columnas en ese liceo eran insuficientes e incapaces de resistir las altas aceleraciones verticales que se generaron en la zona.

Foto 5: U.E. Raimundo Martínez Centeno. Colapso total del nivel planta baja. Terremoto de Cariaco, 1997, (Foto: J.L. Alonso).

Con el fin de comparar analíticamente la respuesta estructural de la Unidad Educativa Raimundo Martínez Centeno con la de otra unidad educativa estructuralmente similar, la U.E. Las Mercedes, ubicada en la población de Río Chico, estado Miranda, se generó un modelo estructural tridimensional, que incluyó el efecto de las escaleras y de la tabiquería interior y de fachadas. Las condiciones de suelo local para ambas edificaciones fueron también consideradas en el modelo, (suelo  blando).

Foto 6: Colapso del nivel planta baja causado por efectos de torsión y altas aceleraciones verticales, Cariaco, 1997, (Foto: J.L. Alonso) .

La figura 2 muestra una vista parcial del modelo deformado, precisamente en la zona correspondiente a la junta de separación de ambos cuerpos.

8

Fig. 1: Planta del modelo tridimensional de la U.E. Las Mercedes, idéntica a la de la U.E. Raimundo Martínez Centeno de Cariaco, conformada por 2 cuerpos asimétricos en forma de U. Obsérvese el enorme efecto de torsión y el desplazamiento relativo en la junta estructural.

De la comparación de las figuras 1, 2 y 3 con las fotografías 5, 6 y 7, claramente se desprende que el comportamiento deficiente de la edificación pudo ser modelado analíticamente con gran acierto, indicando este hecho, que la metodología utilizada permite detectar con un margen aceptable de confiabilidad, la vulnerabilidad de nuestras edificaciones, aún antes de que ocurra un terremoto.

Fig. 2: Vista parcial del modelo tridimensional analizado, mostrando la deformación de torsión del conjunto y el desplazamiento relativo en la junta. Obsérvese que se ha incluido la tabiquería.

9

Foto 7: Desplazamiento en la junta estructural, de la U.E Raimundo Martínez Centeno. Terremoto de Cariaco de 1997, (Foto: J.L. Alonso).

Fig. 3: Detalle del desplazamiento relativo de los cuerpos A y B, obtenido analíticamente en el modelo utilizado.

Basados en los resultados de deformadas modales obtenidas en el modelo de la U.E. Las Mercedes, y tomando además en cuenta las exploraciones geotécnicas y los resultados de los ensayos de materiales realizados, (Core-drills, mediciones ultrasónicas, etc.), se analizaron 4 alternativas de adecuación estructural, (Alonso, J.L., (2000)). Las características estructurales más relevantes de la solución de adecuación estructural elegida se resumen a continuación: •

•

•

•

Unión estructural de los dos módulos en forma de U en todos los niveles, incluyendo la infraestructura. Engrosamiento de todas las columnas existentes en todos los niveles, de 40x40cm a columnas de 60x60cm. Unión y reforzamiento de las columnas existentes en la junta estructural de los módulos en forma de U, obteniendo columnas monolíticas de 60x100cm. Construcción de dos núcleos simétricos, conformados por pantallas de concreto armado de 20 cm de espesor, que se extienden verticalmente en los tres niveles de la edificación.

10

•

•

Independizar los antepechos de las aulas en sus fachadas de las columnas perimetrales, según lo especificado en los detalles correspondientes, (efecto de columna corta). Arriostramiento de columnas ya engrosadas por encima del nivel azotea mediante una  pérgola estructural mostrada en la figura 4.

Las figuras 4 y 5 muestran vistas parciales de la solución de adecuación estructural adoptada para el proyecto de adecuación estructural de la Unidad Educativa Las Mercedes, en Río Chico.

Fig. 4: Vista parcial del reforzamiento del núcleo central de la U.E. Las Mercedes, (Río Chico, estado Miranda, 2000)

Fig. 5: Isometría de la solución de adecuación estructural definitiva de la Unidad Educativa Las Mercedes, (Río Chico, estado Miranda, 2000)

11

c) Cambios bruscos de rigidez Son innumerables los ejemplos que muestran la incidencia del daño estructural en aquellas edificaciones que presentan discontinuidades de resistencia y rigidez que se producen por existir una fuerte tendencia arquitectónica a incorporar una planta baja abierta (piso blando) y de concentrar la tabiquería de fachadas y particiones internas a partir del segundo nivel hacia arriba. Edificios como el colapsado Palace Corvin en Caracas 1967 y el Hotel New Society dañado durante el terremoto de Mindanao en Filipinas en 1976, son apenas algunos de los cientos de edificios cuya vulnerabilidad sísmica se vio afectada por esta mala y difundida práctica. Casos aún más graves se presentan cuando los muros de corte diseñados para absorber y resistir las fuerzas laterales del edificio son repentinamente eliminados en el primer nivel, antes de llegar a la cimentación y son reemplazadas  por una hilera de columnas que deben absorber súbitamente el enorme cortante y la consiguiente deformación al corte. Esta situación también se traduce en la formación de un piso blando. En el terremoto de Caracas de Foto 8: Vista del Hospital Olive View en el valle de San Fernando, California, 1971, (Foto: H. Krawinkler). 1967 las columnas circulares de los niveles planta baja y primer  piso del Hotel Macuto Sheraton fallaron al corte por esta circunstancia a pesar de tener un diámetro de 1 m. y de estar fuertemente zunchadas. El Hospital Olive View, en el Valle de San Fernando en California, en el año 1971, experimentó deformaciones relativas permanentes de más de 30 cm en las columnas del nivel planta baja, (Foto 8). d) Efecto de columna corta Esta condición suele propiciarse cuando las paredes de mampostería ubicadas entre columnas de un mismo nivel no cubren toda su altura, por ejemplo para permitir la colocación de ventanas en la parte superior. En estas circunstancias, la columna no puede deformarse en la zona confinada por la mampostería y por

Foto 9: Efecto de columna corta, Managua 1972, (Foto: J.L. Alonso).

12

ende la deformación por corte proveniente de las fuerzas de corte generadas al nivel de la  placa superior no puede tener lugar en tan corta longitud de columna restante, ocasionando una inminente falla por corte. La Foto 9 ilustra este efecto, (Guevara, T. y García L. (2000)).

e) Discontinuidades de rigidez en planta y elevación En el terremoto de Cariaco de 1997 fueron muy pocos los edificios de concreto armado que colapsaron o que sufrieron daños estructurales severos. Sin embargo, de esos, dos colapsaron totalmente y un tercero quedó en mal estado. Lo curioso del caso es que dos de las tres edificaciones desarrollaron como factor común una torsión en planta muy apreciable. Foto 10: Escombros del edificio Miramar en la ciudad de Cumaná. La rotación tuvo lugar alrededor del núcleo de Por ejemplo, en dicho terremoto el escaleras esquinero. Cariaco 1997, (Foto J.L. Alonso). edificio Miramar (Foto 10) colapsó totalmente en forma solitaria en la ciudad de Cumaná a unos 75 km de distancia del epicentro, solitariamente ya que ninguna edificación vecina sufrió daños de importancia como podemos apreciar en la Foto 11. Con el fin de interpretar lo sucedido, llevamos a cabo un ejercicio mediante el cual modelamos con el ordenador una estructura con geometría y distribución de rigidez muy parecida a la del edificio Miramar, cuya isometría es la mostrada en la Figura 6. En ese modelo se incorporó el núcleo esquinero de circulación vertical mediante pantallas de concreto armado y se suprimieron las vigas de amarre y los tramos correspondientes Foto 11: Escombros del edificio Miramar. Comparación del en los dos primeros niveles de la comportamiento sísmico con edificios de distinta configuración estructural, (Foto J.L. Alonso). esquina diametralmente opuesta al núcleo rígido, tal y como era en el edificio original. Las pantallas de la escalera y las losas del entrepiso fueron modeladas mediante elementos finitos.

13

De los resultados del análisis dinámico se desprende que las deformadas modales asociadas a los modos de vibración 1, 4 y 6 son básicamente de torsión observándose que todos los entrepisos giran virtualmente alrededor de un centro de rotación fijo correspondiente al eje del núcleo rígido de circulación vertical.

Fig. 6: Isometría del modelo de estructura parecido a la del edificio Miramar 

Fig. 7: Modo 1. Deformada torsional alrededor del núcleo rígido de escalera.

Fig. 8: Modo 4. Deformada torsional y concentración de deformación en esquina blanda.

Fig. 9: Modo 6. Deformada torsional alrededor del núcleo rígido de escaleras.

La simple observación de la forma en abanico en que se apilaron las losas colapsadas del edificio Miramar, confirma que el mecanismo de colapso de esa edificación fue sin dudas muy similar a la del modelo analizado.

Factores de tipo constructivo Es evidente que la utilización de materiales de construcción inadecuados en zonas de alto riesgo sísmico, aunado a defectos constructivos, tales como longitud de anclaje de refuerzo insuficiente, mala calidad del concreto, la falta de ductilidad en los miembros, falta de confinamiento en los nodos, mal detallamiento y ejecución deficiente de las conexiones metálicas, poco recubrimiento del acero de refuerzo en zonas de alta corrosión, falta de

14

mantenimiento y en general una pobre inspección, dan como resultado un comportamiento estructural deficiente que en algunas ocasiones se traduce en el colapso total de la edificación. Así, la Foto 12 muestra el estado deplorable en que quedó un tanque elevado de concreto armado, las columnas y en general las instalaciones de una planta  procesadora de alimentos en la  población de Mariguitar, durante el terremoto de Cariaco de 1997. Se puede observar una pobre calidad del concreto y la falta de acero en los nodos y ligaduras en las columnas. La Foto 13 muestra la pésima respuesta sísmica que experimentan edificaciones con sistemas estructurales híbridos, mal concebidos, en donde se mezclan materiales de construcción incompatibles, tales como  paredes de ladrillos entrelazadas con columnas de madera de mangle y cerchas metálicas de soporte de techos de madera, latón y teja criolla. Foto 12: Estado deplorable del tanque elevado de concreto armado, Cariaco 1997, (Foto J.L. Alonso).

Es evidente que mientras sigamos diseñando y aprobando la construcción de viviendas con materiales inadecuados en zonas expuestas a la amenaza sísmica, tal como la vivienda mostrada en la foto 14, estaremos ciertamente no contribuyendo a la reducción del riesgo sísmico en áreas urbanas.

OBSERVACIONES FINALES Foto 13: Vivienda con materiales de construcción inadecuados

En las secciones anteriores se han afectada durante el terremoto de Cariaco de 1997, (Foto J.L. Alonso). discutido brevemente algunos de los factores que aislada o conjuntamente contribuyen a incrementar la vulnerabilidad de nuestras edificaciones durante la acción de un terremoto. Para ello, se ha incorporado una selección de fotografías y figuras que permiten en forma visual interpretar y digerir tan errático comportamiento de las mismas. Pero existen además otros factores no menos importantes sobre los que vale también la pena conversar.

15

En zonas de alto riesgo sísmico, el  proceso de la concepción de una edificación sismorresistente obliga a los profesionales involucrados en el diseño a la difícil tarea de seleccionar acertadamente desde su inicio la configuración y ubicación de los sistemas resistentes del conjunto. Este proceso debe incluir la naturaleza, tamaño y ubicación tanto de los elementos estructurales como la de los elementos no estructurales. Fig. 14: Empleo de materiales inapropiados en la construcción

Si la configuración inicial de la en zona sísmica, (Foto: J.L. Alonso). edificación es deficiente, también lo será el resultado final. Por el contrario, si la concepción de la configuración y del esquema inicial es satisfactoria, el resultado final será más que aceptable. De ahí que sea necesario que todos los involucrados en el proyecto reconozcan la enorme importancia de una buena concepción inicial de la configuración, forma, simetría y planificación constructiva de una edificación, dándole el mismo peso a esta etapa que al análisis riguroso y a la determinación de las fuerzas actuantes exigidas en los códigos o normas. Si nos basamos únicamente en el mal comportamiento sísmico que han experimentado las edificaciones en las últimas décadas parecería lógico recomendar que en zonas sísmicas las configuraciones estructurales ideales deben ser sencillas, regulares, continuas y simétricas, tanto en elevación como en planta. Los mismos principios deben regir en la selección de la naturaleza, configuración y ubicación de los elementos no estructurales. Ahora bien, es un hecho real que la selección de la configuración de la edificación depende de una gran cantidad de variables adicionales que en muchos casos dominan la toma de decisiones, tales como la geología local, la topografía, las condiciones climáticas, la facilidad de acceso al sitio, los aspectos socioeconómicos, los requerimientos urbanísticos, el estilo arquitectónico de la zona y las decisiones de tipo político. El progreso experimentado en esta disciplina nos permite concluir que en aquellas zonas en las que las edificaciones han sido diseñadas, construidas y supervisadas de acuerdo a las recomendaciones normativas de los códigos, el daño ocasionado durante terremotos representa tan solo una pequeña fracción del daño experimentado en zonas en las que las edificaciones no cumplen con estos requisitos. No obstante, independientemente de los grandes avances tecnológicos alcanzados y tomando además en consideración la variedad y complejidad de las variables que entran en juego, resulta importante reconocer que, aún hoy día una gran parte del proceso del diseño de edificaciones sismorresistentes, se basa en el criterio, experiencia y sentido común del profesional involucrado.

16

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA 1.

2.

Boroscheck, Rubén y Retamales, R., Procedimientos para la Evaluación de Daños  Estructurales, Taller Internacional de Ingenieros Estructurales, Arica, Chile, Agosto 2003. McGavin, G.L.,  Earthquake Protection of Essential Building Equipment , John Wiley & Sons, Inc, 1981.

3.

Seed H.B. and Alonso, J.L., Efectos de Interacción Suelo-Estructura en el Terremoto de Caracas de 1967 , I Congreso Venezolano de Sismología e Ingeniería Sísmica, Caracas, Octubre 1974.

4.

Alonso, J.L. y Bermúdez, M. El terremoto de Cariaco de 1997 , Revista No. 370 de la Fundación Juan José Aguerrevere del Colegio de Ingenieros de Venezuela, 1999.

5.

Seed, H.B. and Idriss, I.M., Ground Motions and Soil Liquefaction During  Earthquakes, E.E.R.I., Monograph Series, Berkeley, California, 1982.

6.

Alonso, J.L.,  La Zonificación Sísmica como Elemento Imprescindible en el Planeamiento Urbano , Revista No. 304 del Colegio de Ingenieros de Venezuela, año LIII-1976.

7.

E.E.R.I.  Reducing Earthquake Hazards: Lessons Learned from Earthquakes , Publication No. 86-02, Nov, 1986.

8.

Guevara, T.  Architectural Considerations in the Design of Earthquake-Resistant  Buildings: Influence of Floor-Plan Shape on the Response of Medium-Rise House  Buildings, Ph.D. in Architecture Dissertation, Berkeley, 1989.

9.

Lagorio, H.J., Earthquakes: An Architect's Guide to Non-structural Seismic Hazards , John Wiley & Sons Inc, 1990.

10. Guevara, T.,  La Influencia de la Forma de la Planta en el Comportamiento Sismoresistente de las Edificaciones de Concreto de Mediana Altura,  FUNVISIS, 1992. 11. Reitherman, A., Configuración y Diseño Sísmico de Edificios , Editorial Limusa, S.A., México, 1995. 12. Alonso, J.L., Proyecto de Adecuación Estructural de la U.E. Liceo Las Mercedes , Río Chico, estado Miranda, FEDE, Nov. 2000. 13. Guevara, T. y García, L.E.,  La Columna Corta o Columna Cautiva, La Revista Técnica y de la Construcción, No. 52, Colombia, 2000.

17