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ELABORACIÓN DE UN MANUAL QUE GENERE PAUTAS PARA EL ANÁLISIS
SÍSMICO DE EDIFICACIONES CONSTRUIDAS NO MAYORES A CINCO PISOS
EN SISTEMA APORTICADO
DANIELA ANDREA FORERO MORENO
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
ÁREA DE ESTRUCTURAS
BOGOTÁ D.C.
2014
ELABORACIÓN DE UN MANUAL QUE GENERE PAUTAS PARA EL ANÁLISIS
SÍSMICO DE EDIFICACIONES CONSTRUIDAS NO MAYORES A CINCO PISOS
EN SISTEMA APORTICADO
DANIELA ANDREA FORERO MORENO
Código 910480
Proyecto de grado presentado como requisito para optar al título de:
Ingeniera Civil
Asesor
MAURICIO AYALA
Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
ÁREA DE ESTRUCTURAS
BOGOTÁ D.C.
2014
Nota de aceptación
__________________________
__________________________
__________________________
__________________________
__________________________
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__________________________
Firma del jurado
__________________________
Firma del jurado
__________________________
Firma del jurado
Bogotá D.C. septiembre de 2014
A Dios por iluminarme, elegir mi camino y concederme la victoria tras la
constancia.
A mis padres Martha Moreno y Marco Lino Forero, que con su gran esfuerzo han
sacado adelante las obras más hermosas de la vida, y han logrado sobrellevar una
familia que pese a las circunstancias se ha mantenido unida en las buenas y en
las malas, a mis hermanos Oswaldo Forero y Sandra Forero que con su apoyo de
amigos incondicionales han hecho de mi vida personal y profesional lo más
satisfactoria posible.
A mis amigos y compañeros, por el apoyo incondicional en todos los sentidos y
sobre todo por tener la mente abierta al cambio que necesita la sociedad.
Al Servicio Nacional de Aprendizaje, por brindarme esa educación sin prejuicios,
social, ética y que realmente cambio mi vida.
A la Universidad Piloto de Colombia, por brindarme una educación rica en
conceptos y teorías.
Y a todos aquellos que han aportaron un granito de arena para la consecución de
este proyecto.
AGRADECIMIENTOS
La autora le expresa sus más sinceros agradecimientos a:
MAURICIO AYALA, Ing. Civil. Director, guia, concejero, profesional
inigualable durante toda la profesión y durante la ejecución de este
proyecto.
JAVIER MOLINA, Arquitecto, por su solución y apoyo durante algunas
facetas del presente documento.
ESTEFANÍA MORENO, Publicista, por su imaginación, coordinación y
ayuda durante el desarrollo del manual.
SANDRA FORERO, Abogada y Comunicadora Social, por su
acompañamiento, corrección y asesoramiento.
ORLANDO MEDINA, Ing. Mecánico, por permitir y dar un paso hacia la
evaluación de los análisis de vulnerabilidad en una de las edificaciones
donde se logró desarrollar el estudio en su totalidad.
TIMOTEO PEÑALOZA, Contratista, por su asesoría sobre el análisis visual
y patológico de las estructura, por su apoyo incondicional.
SECRETARIA DISTRITAL DE PLANEACIÓN, Por ser un pilar sobre la
historia de las construcciones en la ciudad de Bogotá D.C.
RESUMEN
El objetivo de este documento, fue crear una herramienta que permitiera a la sociedad tener
un punto de partida en el análisis sísmico de las estructuras construidas antes de la
aplicación de las NSR en Colombia. En pro que una persona sea capaz de realizar un
estudio primario sobre el análisis patológico, de vulnerabilidad y estructural de aquellas
edificaciones que se consideren frágiles ante la amenaza de un sismo.
Para el desarrollo, se realizaron varias investigaciones en donde se buscaran las variables
indiscutibles para la ejecución del estudio en sus tres fases, analizando conceptos, teorías,
antecedentes, metodologías y normatividades que aplicaran al juicio del producto final. El
cual nace como un manual para el análisis sísmico, en edificaciones que no superen los
cinco pisos de altura, y que adicional estén construidos en sistema aporticado.
Posterior al avance conceptual e investigativo, se desplegaron los primeros modelos
matriciales, en donde se unieran las variables y así permitir empalmar conceptos para un
resultado veraz y previo al definitivo por un profesional. Dado que el desarrollo del manual
pretende enfocarse socialmente a estratos 1, 2 y 3 que se encuentren en estado de
vulnerabilidad, es decir que aquellas personas que no tengan la sostenibilidad económica
para desarrollar el estudio con un profesional, podrían con ayuda del manual plantearse y
visualizar si la edificación donde habitan en la actualidad podría llegar a soportar un sismo
sin presentar colapsos.
Dado que la misión del manual en ningún momento será comparable con la visión de un
profesional dedicado al estudio de análisis sísmico de las estructuras, este documento se
podría presentar como una evaluación preliminar sobre el estado de vulnerabilidad de
edificaciones siguiendo lo indicado en el Capítulo A 10, de la NSR 2010.
En aproximación para que el manual fuera entendible se realizó el estudio a cinco
edificaciones, las cuales lamentablemente se mantendrán incógnitas, esto a petición de las
copropiedades. Sin embargo se mostraran los resultados enfocados al uso del manual.
Adicional también se discutió con varias personas sobre cómo se le facilitaría el
entendimiento de dicho documento, y su respuesta fue concluyente en el momento del
diseño y elaboración de la herramienta.
Por ello a aquella persona que lea el presente texto, se le invita a ser innovador y tener la
mente abierta ante el desarrollo del proyecto. En Colombia cerca del 70% de las
edificaciones se encuentran en condición de vulnerabilidad, es decir que ante un sismo
inminente el 70% de la población estaría desprotegida dado que la mayoría de edificaciones
presentarían colapsos. Si logramos dar un punto de partida para realizar rehabilitación tras
el conocimiento de un análisis sísmico primario, podríamos disminuir ese 70% y mejorar la
calidad de vida ante un movimiento telúrico. Aunque el modelo de este proyecto es
pretencioso, su finalidad es únicamente ética y social, solo se pretende dar un paso ante una
gran problemática que tenemos en nuestro país.
Palabras clave: Vulnerabilidad, patologías, sismo, análisis, manual, estructura.
CONTENIDO
RESUMEN ............................................................................................................................. 7
CONTENIDO ........................................................................................................................ 9
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 11
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................... 12
1.1. ANTECEDENTES ................................................................................................ 12
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .................................................................. 13
1.3. PREGUNTA PROBLEMA ................................................................................... 14
1.4. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ..................................................................... 14
2. JUSTIFICACIÓN ......................................................................................................... 16
3. OBJETIVOS ................................................................................................................. 17
3.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................................ 17
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................ 17
4. MARCO REFERENCIAL ............................................................................................ 18
4.1. MARCO DE ANTECEDENTES .......................................................................... 18
4.2. MARCO CONCEPTUAL ..................................................................................... 21
4.2.1. Ingeniería Sísmica. ......................................................................................... 21
4.2.2. Sistemas estructurales funcionales según NSR – 2010 .................................. 26
4.3. MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 29
4.3.1. Visualización e identificación de patologías de la estructura. ....................... 29
4.3.2. Análisis de vulnerabilidad sísmica ................................................................. 38
4.3.3. Análisis sísmico estructural............................................................................ 40
5. DISEÑO METODOLÓGICO....................................................................................... 63
Proceso Metodológico. .............................................................................................. 67
6. RESULTADOS ............................................................................................................ 70
Estudio estadístico ............................................................................................................ 70
7. CONCLUSIONES ........................................................................................................ 78
8. DISCUSIÓN Y RECOMENDACIÓN ......................................................................... 84
9. REFERENCIAS............................................................................................................ 86
10. TABLA DE ILUSTRACIONES ............................................................................... 88
11. TABLA DE FUENTES ............................................................................................ 89
12. TABLA DE IMÁGENES ......................................................................................... 89
11
INTRODUCCIÓN
El desarrollo del presente documento parte de la iniciativa por encontrar y dar pauta para la
creación de modelos sencillos para el reconocimiento sobre la vulnerabilidad sísmica en
edificaciones; en el ámbito de la Ingeniería Civil, es común encontrarnos con circunstancias
en las cuales la innovación parte de la creación de nuevas estructuras, mejores proyectos,
obras civiles de gran envergadura y de trayectos críticos, esto con el fin de proponerse
nuevos desafíos y metas que impulsen la cotidianidad y se conviertan en proyectos
magníficos de desarrollar.
Paradójicamente, para la ejecución del presente proyecto se plantea que la innovación parte
de la evaluación sobre sistemas y errores ocurridos atreves de los tiempos, teniendo en
cuenta que se apreciaran características constructivas y analíticas sobre los modelos usados
antes de la aplicación de la NSR – 1998, todo con base a plantear un prototipo sobre el
análisis sísmico de edificaciones aporticadas.
Dado lo anterior se desarrollara el siguiente documento, el cual tendrá en cuenta las
variables de análisis visual, análisis de vulnerabilidad y análisis estructural dentro de los
aspectos generales y de profundización para la ejecución del proyecto. De igual manera
para el manual producto de la investigación se albergaran otros conceptos que completaran
el desarrollo e implementación para el análisis sísmico de estructuras aporticadas
construidas antes del 98.
12
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. ANTECEDENTES
Dentro del progreso para el análisis sísmico en Colombia e inicio de la aplicación de la
normatividad para construcciones sismo resistentes, y el cual se reglamentó a partir de la
aplicación y desarrollo de la NSR – 98 adoptada mediante el decreto 33 de 1998, la cual a
partir de su modificación mediante el artículo 2809 de 2000 el cual modifico los Decretos
33 del 1998 y 34 de 1999, en el cual se da inicio al desarrollo de estructuras sismo
resistentes en el país, sin embargo esta misma modificación da un impulso el cual permite
la evaluación de las edificación construidas antes de la vigencia del reglamento en cuestión,
el cual establece ‘’ A.1.2.3.2. – Para edificaciones construidas antes de la vigencia del
presente Reglamento (NSR – 1998), el Capitulo A. 10 establece los requisitos a emplear en
la adición, modificación y remodelación del sistema estructural; el análisis de
vulnerabilidad, el diseño de las intervenciones de reforzamiento y rehabilitación sísmica, y
la reparación de edificaciones con posterioridad a la ocurrencia de un sismo. ’’
(ASOCRETO, 2003)
Por otro lado las investigaciones para el desarrollo de la Ingeniería Civil y Sísmica en
nuestro país es un tema que se ha venido tratando desde los años 80 s, sin embargo la
verdadera vanguardia investigativa se aprovechó a partir de la aplicación de la NSR – 98, y
tras el análisis de edificaciones duramente afectadas por sismos predecesores a la
normatividad.
13
Dado lo anterior tenemos la continua interacción literaria con el desarrollo del tema en
nuestro país con autores como el Ing. Civil Alberto Sarria quien impulso los programas de
investigación teórica y experimental sobre la consecuencia de los sismos y análisis de
vulnerabilidad, gracias al apoyo de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de los
Andes, pionera y difusora del tema. De allí el autor protocoliza ‘Los efectos producidos por
la acción de sismos desastrosos, los programas a largo plazo para la investigación
experimental y analítica, el análisis de las construcciones severamente afectadas y de las
no afectadas durante los sismos intensos’ Prologo al libro de investigación sobre Ingeniería
Sísmica.
De tal manera que el articulo previamente relacionado da inicio al desarrollo de la
investigación para el análisis sísmico para aquellas edificaciones que se construyeron antes
de la NSR -1998, la cual fue actualizada mediante la NSR – 2010, sin embargo esta
evaluación dará alcance a aquellas edificaciones que presente sistema estructural aporticado
y cuya altura no supere los cinco pisos, pese a que el presente no descalifica su uso para el
análisis general de edificaciones que intenten dar parámetros para la evaluación de
condiciones sísmicas de una construcción.
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Partiendo de la las variables constructivas que se manejaban en el país determinadas por un
desarrollo constructivo no controlado, además de la vulnerabilidad de las edificaciones que
fueron construidas antes de la correcta aplicación de las NSR; Se genera un interrogante en
cómo se evaluaban estas edificaciones, y cómo se desarrollaba la ingeniería antes de la
aplicación de la normatividad.
14
Es correcto afirmar que los datos de investigación con los cuales se construyen las
edificaciones aporticadas en la actualidad, datan del correcto desarrollo de los primeros
modelos para el diseño estructural. Sin embargo cómo saber si estos términos se manejaban
y le daban total seguridad a los diferentes procesos constructivos y de diseño, teniendo en
cuenta los estudios y análisis minuciosos sobre el comportamiento suelo estructura de una
edificación en el momento de un sismo que se realizan en la actualidad.
Dado lo anterior se plantea un interrogante, en qué si es posible desarrollar modelos de
evaluación y análisis sísmico para edificaciones urbanas ya construidas en sistema
aporticado, generando nociones sobre el cumplimiento de diseños y elementos estructurales
construidos antes de la aplicación de la normatividad.
1.3. PREGUNTA PROBLEMA
¿Es posible generar una pauta y patrón de análisis sísmico para edificaciones urbanas
construidas mediante sistema aporticado partiendo de la normatividad y literatura existente?
1.4. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Dentro del desarrollo del presente documento se plantea una problemática en donde los
avances de la ingeniería sísmica, inclinan una faceta para el estudio de vulnerabilidad,
análisis estructural e inspección visual, sobre edificaciones construidas en el pasado.
Sin lugar a dudas aunque el tema no tienen mucha profundización dentro del marco de
investigación que se está generando actualmente en el país, es un tema que tiene gran
interacción con la conceptualización y aplicación de los modelos constructivos usados y
avalados gracias a la NSR – 2010, pese a que una de las problemáticas y necesidades que
15
debemos subsanar son para aquellas edificaciones construidas antes de la aplicación de la
normatividad, la presente investigación pretende dar un punto de partida para que aquellos
que quieran mejorar una condición de vulnerabilidad la cual está avalada por el
desconocimiento sobre el estado actual de una estructura.
Transmitido lo anterior, la necesidad de difundir pautas o sistemas para el análisis sísmico,
son de gran importancia dado que ninguna construcción está exenta a sufrir las
consecuencias de un Sismo; jamás sabremos en que instante se puede producir el
fenómeno, pero si podemos prevenir las consecuencias por el desconocimiento del estado
de una estructura.
Revisar, visualizar, cuestionar, evaluar, dimensionar, indagar. Son verbos que
conceptualizan este objetivo. La posibilidad de observación, de investigación son
detonantes para el desarrollo del presente proyecto, que se fundamenta en la necesidad de
persuadir a cualquier tipo de persona sobre el estado del lugar donde vive o trabaja.
16
2. JUSTIFICACIÓN
En la actualidad dentro de los estudios generales de la ingeniería civil y el enfoque sobre lo
técnico de las problemáticas que se han generado a lo largo de la historia tras los efectos de
los sismos, generando diferentes estudios sobre interacciones suelo - estructura, y la
innovación de nuevas normativas para la protección y ejecución de procesos constructivos
concebidos desde el punto de vista teórico y práctico, para aquellas obras de ingeniería
nuevas.
Sin embargo desde una nueva perspectiva aunque el desarrollo conceptual y diseño para
modelos de análisis sísmico para construcciones nuevas existen en la literatura en general,
la problemática parte de solventar una necesidad para que aquellos ciudadanos común,
estudiantes de ingeniería y profesionales con oficios afines, que necesiten aplicar estos
conceptos a edificaciones ya existentes y que estén dentro del margen de vulnerabilidad.
Con lo anterior aunque el modelo temático de la ingeniería sísmica parte de la aplicación y
conceptualización de la NSR 2010, este tiene cierto límite en lo que respecta a las
edificaciones ya existentes.
Gracias al desarrollo de este proyecto, se generaría un manual, en donde se describirían los
factores a evaluar para el análisis sísmico de cimentaciones y estructuras, gracias a la
interpretación de patologías, planos estructurales existentes, estudios de suelos, revisión de
planos de microzonificación en el caso de Bogotá, y otras ciudades de nuestro país,
antecedentes, entre otros factores. De esta manera se forjaría un documento técnico de fácil
comprensión sobre como esta en la actualidad una estructura ante el caso de un sismo.
17
3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Elaborar un manual en donde se den pautas para el análisis sísmico de edificaciones
construidas en sistema aporticado siguiendo las características teóricas y
direccionándolo a proyectos que no superen los cinco pisos de construcción dentro
del marco de la NSR -2010.
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
I. Desarrollar un documento ingenieril, partiendo de los avances existentes sobre la
ingeniería sísmica siguiendo lo aplicativo según la NSR – 2010.
II. Generar un documento que le permita a cualquier tipo de persona que este
interesada, realizar un análisis sísmico primario.
III. Planear, proyectar y diseñar tres modelos para la metodología y análisis de
vulnerabilidad sísmica que enfoquen el uso del manual.
IV. Conceptualizar los métodos existentes para el análisis sísmico, y enfocarlo a
estructuras ya construidas mediante realización de modelos dinámicos y métodos de
modelización.
V. Generar cinco ejemplos de edificaciones que sirvan como anexo final al manual
partiendo de estudios en diferentes estratos, escalas y sectores del país.
18
4. MARCO REFERENCIAL
Para la investigación del presente documento y enfoque del manual se pretende dar una
exposición, análisis y discusión razonada de los temas, ejemplificando situaciones reales-
objetivas respecto al desarrollo sísmico en Colombia, teniendo en cuenta ejemplos,
antecedentes, conceptos, normatividades entre otros aspectos que se tendrán en cuenta para
la solución final del proyecto.
Para ello será necesaria la solución de dudas y dificultades que se presente dentro de la
investigación preliminar de cada uno de los temas.
Con el fin de lograr generar la pauta y desarrollo del manual se plantean los siguientes
marcos, los cuales le darán alcance a conceptos, técnicas, teorías, sobre el estado actual y
pretérito del análisis sísmico, pasando por el análisis estructural, vulnerabilidad sísmica y
observación de patologías de edificaciones aporticadas concebidas antes de 1998.
4.1. MARCO DE ANTECEDENTES
En consecuencia a los diferentes desarrollos sobre la construcción que se ven relacionados
debido a las necesidades que convengan en cada sociedad, se planean construcciones que
cumplan con los requerimientos mínimos en el caso de nuestro país el desarrollo de las
NTC (Normas Técnicas Colombianas) y la última actualización de la NSR destinada para la
ejecución a partir del año 2010, en donde se reglamente el uso y las características para una
obra para el desarrollo de posibles estrategias para la prevención de desastres y salvar a
grupos de seres vivos de una catástrofe mayor.
19
Sin embargo los avances para el desarrollo de estudio sobre vulnerabilidades en las
edificaciones han sido remontados a la mejora de los procesos constructivos, y no a
encontrar las falencias que se encuentran actualmente en el país. En el año 2008, para la
ciudad de Bogotá se ejecutó el ´´ Plan Distrital de Prevención y Atención de
Emergencias para Bogotá´´. El cual fue ejecutado tras la el desarrollo del Decreto 332 de
Octubre de 2004, en donde se da un primer paso para la Construcción Segura fue plantear
como objetivo y línea de acción el ´´Reducir el riesgo generado por el inadecuado diseño y
construcción de las edificaciones, y de las infraestructura, en relación las exigencias de
estabilidad y funcionalidad que impone su localización en el territorio y los usos a los
cuales se destinan´´ (Alcaldia Mayor de Bogota D.C. - Secretaria de Gobierno - DPAE,
2008, Pág.23).
Dado lo anterior el documento, en el analisis de antecendetes, presenta varias circuntancias
en las cuales la unica conotacion es la generacion sobre los factores de riesgo, es decir pese
a que nombra las circuntacncias ante un terremoto, el plan se generaliza con cualquier otra
circunstancia, como por ejemplo ante una inundacion, cuando en realidad son
problematicas diferentes y que pueden afectar no en la misma forma a una poblacion.
Por otro lado, en su evaluacion, se determino que en realidad no hacen una generalidad
sobre las edificaciones construidas, simplemente se relacionan las circuntancias de riesgo, y
en que puden afectar a la ciudad, no determinando detalles sobre evaluacion de
vulnerabilidad en las edificaciones construidas.
20
Según el Censo de 2005, realizado por el DANE, y el analisis del proyecto que desarrollo
DAPD, la ciudad de Bogota D.C. contaba con aproximadamente 577.480 unidades de
vivienda, distribuidas en las 20 localidades, si analizamos que en la actualidad el indice de
contruccion para la ciudad a incrementado de un 3% a un 4%, por año en construcciones
con licencia, nos diria que al 2014 contamos con aproximadamente 733.399 viviendas, y si
seguimos en esta misma linea de analisis en 1998 se contarian con aproximadamente
392.686 viviendas, esto sin contar aquellas construcciones que no presentan el mismo uso.
En conclusion a lo anterior, en realidad Bogotá esta preparada para que el 60% de las
edificaciones que existen en la actualidad en Bogotá y que fueron construidas antes de la
aplicación de la NSR – 98, mantengan su estabilidad ante un sismo, y si en realidad
analisamos que este 60% no es solo a nivel de ciudad, sino que por el contrario se presenta
en todo el pais.
Ante lo anterior, en el año de 1986, tras el terremoto ocurrido en 31 de marzo de 1983 que
ocurrio en la ciudad de Popayan. Se creo el Código Colombiano de Construcciones Sismo
Resistentes, Decreto 1400 de 1984. El cual fue el primer gran paso, hacia la educación de
edificaciones Sismo Resistente, dado lo anterior, es concerniente observar que tras la
aplicación de estos conceptos, existen edificaciones que realmente cumplen las expectativas
estructurales sobre el diseño sísmico, tras la aplicación del Código Colombiano de
Construcciones Sismo Resistentes, este fue el primer avance que se dio tras una
acumulación de arremetidas de la naturaleza en nuestro país y el cual permitió de cierta
manera sentar un precedente para la preocupación del constructor para el tema.
21
4.2. MARCO CONCEPTUAL
4.2.1. Ingeniería Sísmica.
Si combinamos las teorías sobre ingeniería sísmica y sobre lo que significa, básicamente se
definiría como aquella disciplina que combina conceptos en pro de entender a fondo cómo
funcionan los sismos en una estructura. Si partimos de lo anterior, la ingeniería sísmica,
abarca aquel campo que une la dinámica de estructuras, el análisis sísmico de la estructura,
la resistencia de materiales, la interacción suelo – estructura, características geotécnicas,
comportamientos de la estructura, patologías , dinámica de suelos, entre otros conceptos,
todo en pro de dar una solución respecto a los daños materiales, las millones de vidas que
se han perdido a partir de los sismos, y de la mala capacidad de las estructuras de aguantar
estos eventos.
De allí parte la importancia de evaluar las estructuras, y evitar casos como el terremoto de
Haití en el 2010, en donde el uso de procesos constructivos obsoletos en lo que refiere a
estructuras sismo resistentes, permitieran que murieran más de 250.000 personas. Por lo
anterior, si realizáramos un examen a conciencia de las estructuras existentes en nuestro
país, y fuéremos conscientes de que tenemos fallas, podríamos prevenir de alguna manera
catástrofes. No diciendo que las estructuras soportarían los sismos, si no reforzando el
concepto de vulnerabilidad de las estructuras.
Sería difícil decir que realizando el correcto análisis de patologías, estudio de
vulnerabilidad y análisis sísmico, lograríamos prevenir y de pronto con un correcto
asesoramiento de un ingeniero especializado corregir estructuralmente aquellas
22
edificaciones que no cumplen el código sismo resistente actual. Tal vez sería suficiente para
una comunidad tomar mediadas en el asunto y realizar lo correcto frente a este panorama de
riesgo. Pero tal vez, si por medio de entidades estatales se lograra cierto número de
evaluaciones, permitiendo que las edificaciones tengan un antecedente de cómo van actuar
en el momento de un sismo. Se lograría crear conciencia sobre que la probabilidad de un
sismo es inminente, y que si no controlamos y tomamos medidas frente a aquellas
estructuras que no cumplen, podríamos repetir la historia de Haití en el 2010 o Armenia
1999.
Por ello para perseguir el objetivo del presente proyecto, la investigación se desarrolla con
base a la evaluación de los siguientes ítems:
1. Visualización e identificación de patologías de la estructura.
2. Análisis de Vulnerabilidad Sísmica.
3. Análisis Sísmico Estructural.
Origen de los Sismos.
Para comprender el origen de los sismos, es necesario evaluar, varias circunstancias en
donde toda su compresión data del origen de la tierra y su evolución, sin embargo para el
fin del presente proyecto no se va profundizar en el tema dado que su comprensión puede
variar de acuerdo a las creencias de evolución que existen actualmente en la literatura.
23
Dado que para que ocurran estos fenómenos, los cuales son característicos por las
vibraciones de la tierra, en un intento de liberación súbita de energía, las cuales irradian
ondas que circulan en varias direcciones desde el foco del movimiento telúrico.
A continuación se nombran algunas de las causas por las cuales se da origen a un sismo.
- Fallas de la estructura de la corteza terrestre.
o Fallas por limitación de movimiento de las placas tectónicas.
Por Ejemplo: Falla de San Andrés – Separa la placa Norte Americana
de la placa del Pacifico
o Volcanes.
o Corrientes Oceánicas.
Ilustración 1. La energía sísmica viaja en todas la direcciones desde el
origen del terremoto.
Fuente. 1 (Tarbuck & Lutgens, 2005, Pág. 343, Figura 12.1)
24
Dado lo anterior, podemos observar en la Ilustración 1, la forma en cómo se origina el
sismo. Para examinar su forma de reacción de los edificios es necesario estudiar algunas de
las propiedades básicas de la transmisión de las ondas, o propagación, la energía sísmica
viaja desde su origen en todas las direcciones en forma de ondas. Entre las características
significativas se presenta que:
1. La velocidad de las ondas sísmicas dependen de la densidad y la elasticidad de los
materiales que atraviesan. Las ondas sísmicas viajan más deprisa en los materiales rígidos,
que retornan elásticamente a sus formas originales cuando cesa el esfuerzo causado por una
onda sísmica. Por ejemplo, una roca cristalina transmite las ondas sísmicas más deprisa que
una capa de lodo no consolidada.
2. Dentro de una capa determinada, la velocidad de las ondas sísmicas aumenta
generalmente con la profundidad, porque la presión aumenta y comprime la roca
transformándola en un material elástico más compacto.
3. Las ondas compresivas (Ondas P), que vibran hacia atrás y hacia adelante en el
mismo plano que su dirección de movimiento, son capaces de propagarse a través de
líquidos, así como de sólidos, porque, cuando están comprimidos, esos materiales se
comportan elásticamente, es decir, se oponen a un cambio de volumen y como una tira de
goma, vuelven a du forma original cuando pasa a la onda.
4. Las ondas de cizalla (Ondas S), que vibran en ángulo recto con respecto a su
dirección de desplazamiento, no pueden propagarse a través de los líquidos, porque a
25
diferencia de los sólidos los líquidos no se oponen a la cizalla. Es decir, cuando los líquidos
son sometidos a fuerzas que actúan para cambiar sus formas, simplemente fluyen.
5. En todos los materiales, las ondas P viajan más deprisa que las ondas S.
6. Cuando las ondas sísmicas pasan de un material a otro, la trayectoria de la onda se
refracta. Además, la discontinuidad refleja algo de la energía. Esto es similar a lo que
ocurre a la luz cuando pasa
del aire al agua.
Por tanto dependiendo de la
naturaleza de las capas a
través de las cuales pasen, las
ondas sísmicas van más
rápidas o más lentas, y
pueden refractarse o
reflejarse. Estos cambios
medibles en los movimientos
de las ondas sísmicas
permiten a los sismólogos
sondear el interior de la
Tierra.
Ilustración 2 Tipos de Ondas.
Fuente. 2 (Tarbuck & Lutgens, 2005, Pag 316, Figura. 11.8)
Fuente. 3 (Tarbuck & Lutgens, 2005, Pag 316, Figura. 11.8)
26
Tipos de Ondas
Los tipos de ondas sísmicas y su movimiento característico.
A. ´´Las ondas P son ondas compresionales que alternan la compresión y la expansión
del material que atraviesan. El movimiento hacia delante y hacia atrás producido cuando
las ondas compresionales recorren la superficie puede hacer que el terreno se doble y se
fracture, y pueden provocar la rotura de las líneas eléctricas.´´ (Tarbuck & Lutgens, 2005)
B. ´´Las ondas S hacen que el material oscile en ángulo recto con la dirección del
movimiento de la onda. Dado que las ondas S pueden desplazarse en cualquier plano,
producen un temblor de tierra vertical y lateral.´´ (Tarbuck & Lutgens, 2005)
C. ´´Un tipo de onda superficial mueve el terreno de un lado a otro y puede ser
particularmente dañino para los cimientos de los edificios.´´ (Tarbuck & Lutgens, 2005)
D. ´´Otro tipo de onda superficial recorre la superficie terrestre de una manera muy
parecida a las olas oceánicas fuertes.´´ (Tarbuck & Lutgens, 2005)
4.2.2. Sistemas estructurales funcionales según NSR – 2010
En la actualidad los sistemas estructurales que poseen resistencia sísmica y que son veraces
según la NSR – 2010, son los siguientes:
27
1Sistema de muros de carga.
´´Es un sistema estructural que no dispone de un pórtico esencialmente completo y en
el cual las cargas verticales son resistidas por los muros de carga y las fuerzas
horizontales son resistidas por muros estructurales o pórticos con diagonales.´´
(Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010, Pág. A – 41.)
2Sistema combinado
Es un sistema estructural el cual:
´´Las cargas verticales son resistidas por un pórtico no resistente a
momentos, esencialmente completo, y las fuerzas horizontales son resistidas
por muros estructurales o pórticos con diagonales.´´ (Asociación
Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010, Pág. A – 41 )
´´Las cargas verticales y horizontales son resistidas por un pórtico
resistente a momentos, esencialmente completo, combinado con muros
estructurales o pórticos con diagonales, y que no cumple los requisitos de
un sistema dual.´´ (Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010,
Pág. A – 41)
1 Se cita directo de la NSR -2010, dado que para los fines del presente documento actúa como reglamentación irrefutable de la
normatividad existente en el país.
2 Se cita directo de la NSR -2010, dado que para los fines del presente documento actúa como reglamentación irrefutable de la
normatividad existente en el país.
28
3Sistema de pórtico
´´Es un sistema estructural compuesto por un pórtico espacial, resistente a momentos,
esencialmente completo, sin diagonales, que resiste todas las cargas verticales y
fuerzas horizontales. ´´ (Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010, Pág. A -
41)
Sistema dual
4´´Es un sistema estructural que tiene un pórtico espacial resistente a momentos y sin
diagonales, combinado con muros estructurales o pórticos con diagonales. Para que el
sistema estructural se pueda clasificar como sistema dual se deben cumplir los
siguientes requisitos:
El pórtico espacial resistente a momentos, sin diagonales, esencialmente
completo, debe ser capaz de soportar las cargas verticales.
Las fuerzas horizontales son resistidas por la combinación de muros
estructurales o pórticos con diagonales, con el pórtico resistente a
momentos.
3 Se cita directo de la NSR -2010, dado que para los fines del presente documento actúa como reglamentación irrefutable de la
normatividad existente en el país.
4 Se cita directo de la NSR -2010, dado que para los fines del presente documento actúa como reglamentación irrefutable de la
normatividad existente en el país.
29
Los dos sistemas deben diseñarse de tal manera que en conjunto sean
capaces de resistir la totalidad del cortante sísmico en la base, en
proporción a sus rigideces relativas, considerando la interacción del
sistema dual en todos los niveles de la edificación.´´ (Asociación
Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010, Pág A – 41 )
Cada uno de ellos se subdivide según los tipos de elementos verticales utilizados para
resistir las fuerzas sísmicas y el grado de capacidad de disipación de energía del material
estructural empleado.
4.3. MARCO TEÓRICO
4.3.1. Visualización e identificación de patologías de la estructura.
Desde cualquier punto de vista ingenieril, el desarrollo y busca de patologías parte de la
correcta evaluación e inspección visual para la determinación de patologías que afectan la
estructura de cualquier proyecto construido, sin embargo el objetivo del presente no va ser
nombrar las patologías que se presentan en el concreto y las causas del misma una a una,
volviendo un documento complejo de comprender para aquella persona que no tiene idea a
lo que refiere el mismo término. Sin embargo se tendrán en cuenta como anexos de
investigación al presente documento, y harán parte de la descripción del manual producto.
Dado lo anterior con el presente ítem lo que se pretende es dar un punto de vista en el cual
se verifique la importancia de realizar un simple examen visual sobre el estado actual de la
estructura; de allí patentar y evaluar la patología de la estructura como una ciencia que lo
que realmente pretende es definir y comprender los fallos y lesiones en la construcción,
30
dando como punto de partida para el análisis, la estipulación de correcciones y soluciones a
la estructura.
Si partimos que la importancia para el presente documento es la evaluación de la patología
preventiva, aquella que podemos visualizar y que identificándola nos da un punto de partida
para realizar actos correctivos sobre las lesiones producidas por problemas constructivos
que surgen con posteridad a la ejecución de un proyecto, en conformidad, podemos
encontrar que el concepto de patología preventiva según la Enciclopedia Broto de
Patologías de la Construcción ‘’consiste en considerar la funcionalidad constructiva de los
elementos y unidades que componen un edificio su durabilidad e integralidad.’’ (Broto,
2005)
4.3.1.1. Conceptualización las patologías en estructuras.
Dentro de la evaluación de patología, para definir y profundizar, generalmente se
conceptualizan distinciones sobre el estudio de las patologías, las cuales son:
- El origen, el cual define que produjo y cuál fue la causa por la cual la lesión se
desarrolló.
- La evolución, es aquel seguimiento que se le hace a la patología, en cuanto es
consiguiente a que no es una reacción habitual a la esperada, es decir que ya no se
presenta una fisura si no que por el contrario su tamaño vario hasta el punto de
volverse una grieta que afecta el desarrollo estructural monolítico.
31
Por otro lado la evolución de la patología también se define a partir de que una
patología que es reparada y maquillada, reaparece en iguales o mayores
proporciones a las predeterminadas, esta evaluación es de gran importancia, dado
que esta consagración de la patología, y dependiendo de la ubicación dentro de la
edificación puede dar un índice de condiciones no propicias o que estén afectando a
la edificación, es decir en este aspecto es necesario que se evalué asentamientos,
resistencia de materiales, construcciones vecinas nuevas entre otras condiciones que
se describirán más adelante.
- La causa, por otro lado, es como ya se había nombrado la consagración de la
patología, aunque realmente suena tedioso, el desarrollo de la patología funciona
realmente como un ciclo de vida, nace, necesariamente evoluciona, y al final debe
‘’morir’’ para evitar una complicación en el desarrollo de la estructura, sin embargo
la causa, es aquella reacción por la cual nació.
Por ejemplo, un concreto que se presenta hormigonado en la pata de una columna,
nace tras la fundida del elemento, la causa necesariamente fue la mala aplicación del
material, o la baja consistencia del mismo en el momento de la aplicación,
resultados tan básicos como el asentamiento puede verídicamente afectar el
movimiento del material por todo el elemento estructural, la patología más allá del
hormigonado es generalmente las reacciones químicas que pueden afectar a los
aceros, dado que la condición de hormigonado hace que la porosidad y la mala
consolidación del material permita la penetración de sustancias o agentes que
afecten al concreto y del acero, permitiendo reacciones químicas, que en la
32
evolución del mismo puede producir corrosión del acero, mala resistencia del
elemento total, sulfatación del concreto, vencimiento y fisuras del material en el
elemento post maquillaje del mismo.
Por ello la verificación de la causa se distingue en última instancia tras la
observación y la evolución de la lesión.
- La Rehabilitación, por último, aunque no hace parte del objetivo del presente
documento, es importante, dado que toda lesión debe tener una solución y
corrección para que no afecte y evolucione de forma incontrolada. Pese a que las
rehabilitaciones suelen tener todo tipo de parámetros para la solución de las mismas,
y que hoy en día se cuentan con tecnologías y productos que permiten la corrección
de las lesiones, una mala práctica puede repercutir en un resultado final que afecte
físicamente el elemento, de allí la importancia de reparar la reacción para no caer en
el ciclo de acción nuevamente.
4.3.1.2. Concepto Sísmico.
Para el enfoque el concepto sísmico sobre la visualización e identificación de patologías de
la estructura. Es necesario comprender que las distinciones son las mismas que se tienen en
términos generales, sin embargo existen otro tipo de variables dado que para la orientación
sísmica, existen dos tipos de patologías, las pre-sismo y las post-sismo.
En concordancia, el objetivo del presente se enfocara a las que se refieren a las pre-sismo,
las cuales tienen como características todas aquellas lesiones que pueden afectar la
estabilidad de una edificación de forma estupefacta produciendo una concentración de
33
riesgos sísmicos, categorizando problemáticas en una edificación produciendo colapsos y
patologías post-sismo incorregibles en la estructura.
Hoy en día, es común estar relacionado con el concepto de patología como una enfermedad
del hombre, o simplemente direccionado a las construcciones, sin embargo con el fin de
enfatizar una de las funciones del manual, a continuación se muestran los objetos de
visualización e identificación de patologías pre – sísmicas, enfocándonos a su definición y
evaluación para su asociación con la vulnerabilidad sísmica.
4.3.1.3. Patologías Pre – Sismo.
Las edificaciones de concreto reforzado, son aquellas que documentan el mayor número de
daños durante eventos telúricos, sin embargo a su vez son las mismas que generalmente
logran sostenerse ya sea en condición de vulnerabilidad después de los sismos, permitiendo
que su estabilidad primara, de tiempos de evacuación.
Sin embargo de cierta manera es verdad que su estabilidad se ve afectada dado la
construcción desmedida, el uso de materiales sin control de calidad, y el diseño estructural
sin el uso de las normatividades existentes. Variables como estas son las que afectaban
desmedidamente a edificaciones construidas antes de la aplicación de la NSR – 1998, pese
a que existía un precedente tras el terremoto de Popayán ocurrido en 1983, de donde surgió
el Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes, Decreto 1400 de 1984.
Dado lo anterior se discutirán las causas por las cuales la identificación de una patología da
el punto de partida para el análisis sísmico. En general la ocurrencia de los sismos es
imposible de predecir, sin embargo en cuanto estamos hablando de patologías podemos
34
concluir que tipo de reacción de una lesión en un elemento estructural puede afectar a largo
plazo, sin embargo un sismo tiene cualidades por las cuales aquellas lesiones son
vulnerables.
En general pese a que los daños los cuales se analizaran son aquellos que se distinguen
dentro de la unión de los pórticos, fisuras o grietas a 45° en vigas en concretos reforzados y
muros construidos en mampostería, suelen deducirse de problemas con esfuerzos cortantes
y torsionales, sin embargo, hoy en día otras causas son basadas hacia asentamientos,
movimientos inusuales dadas las proximidades de cimentaciones vecinas, movimiento
vehicular de vías aledañas, redes de acueducto o alcantarillado en donde se producen
saturaciones del suelo los cuales producen expansiones que afectan la verticalidad de las
edificaciones. En general las razonas que conducen a a generar una investigación y análisis
sobre las patologías pre – sísmicas, suelen tener un objetivo primordial por ello a
continuación se explican las principales variables con las cuales se debe manejar el objetivo
final del proyecto en concordancia con el análisis patológico de una estructura.
Tipos de Patologías
A partir de lo anterior se puede evaluar que la clasificación de las lesiones existe de tipo:
- Físicas, en donde se identifican aquellas las cuales cuentan con la modificación del
color, la forma, la dimensión, la humedad, y la menos incontrolable en un elemento
estructural, el peso. Dentro de las más comunes para su identificación son aquellas
que presentan humedades, suciedad o falta de mantenimiento y las que presentan
erosión por intemperismo.
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- Químicas, son aquellas que se ven muy afectadas tras la
intrusión de elementos como sales u ácidos, al ambiente de
la estructura, produciendo tal reacción. Dentro de las más
comunes se identifican aquellas que presentan
eflorescencias, oxidación, corrosión, organismos y erosión
por contacto químico.
- Mecánicas, las cuales identifican movimiento, separación
o segregación de materiales y desgaste. Dentro de las más
comunes para su identificación son aquellas que presentan
grietas, fisuras, desprendimientos y erosión por contacto
repetitivo.
Dado que las lesiones se pueden presentar en varias circunstancias, las que generalmente se
relacionan y se vigilan en un elemento aporticado son las mecánicas, la cuales se presentan
en grietas, las cuales abarcan una presencia por carga, dilatación o contracción del
elemento. Las fisuras se presentan por soporte, acabado, y por cambio de material. Los
desprendimientos se presentan cuando no existe un acabado continuo es decir que el
soporte o adherencia del material no es regular para la unión con la otra superficie.
Este último caso es muy común cuando los agregados con los cuales se fabrica el concreto
no cuentan con las características físicas ideales en el momento de la fundición de un
elemento, por ejemplo se planea fundir una columna y el agregado grueso del concreto
Imagen 1. 4-1 Grieta
producida en la unión
de dos muros –
Humedad visible –
Fluorescencia visible.
36
posee varios cantos redondeados, produciendo que la masilla que forma el cemento no
tenga la adherencia adecuada, esta circunstancia influye que en el momento del vibrado esta
masilla se pierda y el elemento quede con poros o con presencia de segregación y así
llevando a otra patología que abarca la erosión del elemento ya que permite el ingreso de
agentes patológicos, y afectando el interior del elemento, pero porque es importante
nombrar este último caso. Dentro de la realización del proyecto, fue una de las lesiones que
más se pudo observar, y pese a que no necesariamente están ligadas a factores por desgaste,
si no por el proceso constructivo, es una patología que se debe corregir dado que por este
punto el desgaste a través de los años se pueden volver en una lesión física o química, que
en ocasiones su corrección en engorrosa, además de que el elemento estructural no posee la
resistencia ideal para el cual fue diseñado.
Efecto de las sobre cargas
Para la definición de este ítem, podemos definir que está ligado a la solidez del elemento
estructural, respecto a la evaluación sobre los efectos de cargas, efectos independientes de
cargas, en donde relacionan cambios de humedad, temperatura, fluencia del elemento y
asentamientos que se presentan en los pórticos.
37
Ilustración 3 Ejemplo de cargas que inducen a fisuras.
En cuanto hablamos del desarrollo de patologías dependientes de las cargas de una
edificación, podemos definir la aparición de fisuras de acuerdo al desarrollo de esfuerzos y
deformaciones primarias definido por post – carga que se aplica en una edificación, pese a
que la misma haya sido calculada.
Con lo anterior se culmina el preámbulo, con el cual se dio enfoque al desarrollo para el
análisis patológico dentro de la construcción e investigación del manual. En el mismo se
hará énfasis sobre planes de rehabilitación y se enfocara más hacia la indicación de las
lesiones, dado que el uso del manual se enfoca, a aquella persona que no posee
conocimientos sobre condiciones estructurales, en tal caso, el manual será desarrollado
conceptualmente para que con la conformación de una serie de variables, la persona tenga
la posibilidad de dar un veredicto previo de la estructura, dentro de esto, cabe recalcar, que
38
el hecho de que la información suministrada en el manual y en el presente documento sea
veraz y halla captado varios centros de información, no remplaza el punto de vista de un
profesional especializado en riesgos sísmicos. Por ellos si la persona identifica que su
edificación posee y está dentro de las variables de riesgo debe consultar a un profesional
para su veredicto y solución a la problemática que este presentado la edificación.
4.3.2. Análisis de vulnerabilidad sísmica
El análisis de vulnerabilidad sísmica, parte de la evaluación e intervención de edificaciones
construidas antes de la vigencia de la NSR - 2010, descrito en Capitulo A. 10 de la misma.
En este contexto, la vulnerabilidad puede definirse como la capacidad disminuida de una
persona o un grupo de personas para anticiparse, hacer frente y resistir a los efectos de un
peligro natural, en este caso de un movimiento sísmico. En general este capítulo pretende
establecer criterios y procedimientos siguiendo una serie de requisitos para la evaluación de
vulnerabilidad sísmica, para posterior mente adicionar, modificar o remodelar el sistema
estructural.
En general una edificación se considera vulnerable si su construcción se realizó previa al
desarrollo de la normatividad en el año 1998, sin embargo, los márgenes de vulnerabilidad
se salen de este parámetro, dada la construcción desmedida en algunos sectores del país.
Dejándonos incógnitas sobre que construcciones fueron responsables, en el correcto
desarrollo de procesos constructivos, construcciones ilegales, construcciones en zonas de
riesgo, entre otras variables que se irán determinando en el Capítulo 3, del presente manual.
39
Partiendo de lo anterior, la NSR en la actualidad tiene un alcance respecto al tema de
vulnerabilidad, recalcando que existen ciertas intervenciones, que pueden llevar a mitigar el
impacto ante un sismo, y de igual manera, disminuir la condición de vulnerabilidad. En pro
de lo anterior, a continuación se nombran los aspectos que según la normatividad se deben
tener en cuenta para el análisis sísmico.
Determinación de los índices de sobre esfuerzo individual de todos los elementos
estructurales de la edificación, considerando las relaciones entre la demanda sísmica
de esfuerzos y capacidad de resistirlos. (Asociación Colombiana de Ingenieria
Sismica, 2010)
Formulación de una hipótesis de secuencia de falla de la edificación con base en la
línea de menor resistencia, identificando la incidencia de la falla progresiva de los
elementos, indicando con aquellos de mayor índice de esfuerzo. (Asociación
Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010)
Definición del índice de sobreesfuerzo general de la edificación, definido con base
en los resultados de la hipótesis, el inverso del índice de sobre esfuerzo general
expresa la vulnerabilidad de la edificación como una fracción de la resistencia que
tendría un edificación nueva construida de acuerdo con los requisitos de la NSR
2010. (Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010)
Obtención de un índice de flexibilidad general de la edificación, el cual se valorara
en el capítulo 3. De este se dispondrá un inverso el cual expresara la vulnerabilidad
sísmica de la edificación como una fracción de rigidez. (Asociación Colombiana de
Ingenieria Sismica, 2010)
Sin embargo este procedimiento está ligado a la relación y determinación sobre el análisis
estructural. Dado lo anterior en la actualidad, en el mundo existen metodologías para la
evaluación de vulnerabilidad sísmica de estructuras existentes, por ello y dado que el
manual esta direccionado a sistemas aporticados, a continuación se explica algunos de estos
40
métodos, los cuales servirán como objetivo para el análisis de vulnerabilidades, ya que el
fin del manual pretende facilitar esta estrategia para el análisis sísmico, estos métodos
consistente básicamente e, observaciones de campo, de allí la importancia de tener claro el
desarrollo de patologías y lesiones previstas en el desarrollo del manual. En estos métodos,
también se caracteriza la evaluación geométrica de las estructuras las cuales se relacionan
la altura, área en planta, número de pisos y aspectos relacionados con el uso de la
edificación.
4.3.3. Análisis sísmico estructural.
El análisis sísmico parte de la evaluación de cargas diferentes a la aplicación de cargas
vivas o muertas, dando como estudio la dinámica ser cargas determinadas por variables de
tiempo, las cuales cambian de sentido horizontal y vertical, indicadas por un movimiento
telúrico y desarrollado a partir de momentos inducidos por ondas sísmicas,
Para el desarrollo de cada uno de los puntos a analizar en el momento de un evento sísmico,
o del hecho de diseñar edificaciones que puedan resistir adecuadamente un evento sísmico,
ya sea que fueren construidas antes de la aplicación de la norma sismo resistente que cobija
en la actualidad a las construcciones en el país. Sin embargo es necesario conocer el origen
de las problemáticas; aunque el análisis sísmico es confinado al desarrollo estructura
definiendo las fuerzas y momentos que actúan sobre la estructura en el momento de un
sismo para luego proceder al diseño de la edificación, o verificación de un estado actual de
una edificación construida antes del 98, parte del objeto final de investigación del presente
documento.
41
Según la NSR-2010 para el análisis sísmico en el Articulo A.10.1.4 – PROCEDIMIENTO
DE EVALUACIÓN DE LA INTERVENCIÓN, aplicado para aquellas estructuras
existentes. Se debe realizar un análisis minucioso sobre el estado del sistema estructural
para el caso, aquellas estructuras construidas mediante sistema aporticado, teniendo en
cuenta clasificaciones sobre estado actual de la estructura teniendo en cuenta
cualificaciones con base en la calidad del diseño y construcción de la estructura original,
adicional de una evaluación sobre la vulnerabilidad y patologías en su estado actual. Esta
calificación según la NSR – 2010 se debe realizar dela siguiente manera. Siguiendo los
artículos A.10.2.2.1 y A.10.2.2.2. Los cuales se muestran respectivamente a continuación:
• Calidad del diseño y la construcción de la estructura original
‘’Esta calificación se define en términos de la mejor tecnología existente en la época en que
se construyó la edificación. Al respecto se puede utilizar información tal como: registros de
interventoría la construcción y ensayos realizados especialmente para ello. Dentro de la
calificación debe tenerse en cuenta el potencial de mal comportamiento de la edificación
debido a distribución irregular de la masa o la rigidez, ausencia de diafragmas, anclajes,
amarres y otros elementos necesarios para garantizar su buen comportamiento de ella ante
las distintas solicitaciones. La calidad del diseño y la construcción de la estructura original
deben calificarse como buena, regular o mala’’. (Asociación Colombiana de Ingeniería
Sísmica, 2010)
42
•Estado de la estructura
‘’Debe hacerse una calificación del estado actual de la estructura de la edificación, basada
en aspectos tales como: sismos que la puedan haber afectado, fisuración por cambios de
temperatura, corrosión de las armaduras, asentamientos diferenciales, reformas, deflexiones
excesivas, estado de elementos de unión y otros aspectos que permitan determinar su estado
actual. El estado de la estructura existente debe calificarse como bueno, regular o malo. ’’
(Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010)
Aunque la aplicación del análisis sísmico está ligado al cuantificar y determinar variables
respecto a la secuencia de un sismo, y sobre la evaluación de cómo va soportar la estructura
un movimiento telúrico, sin embargo, en el caso de edificaciones ya construidas, estas
variables son válidas, si se reconstruye en su totalidad el modelo estructural en base al
ejecutado realmente, lo cual es un estudio valido, que soportaría la información sobre la
vulnerabilidad sísmica de la estructura en cuestión, no obstante, el análisis sísmico debería
tener como uno de sus principales objetivos evaluar los efectos que tienen los sismos en las
construcciones, aunque el análisis está ligado a la revisión de los materiales y de su
mecánica, es necesario evaluar los aspectos fundamentales de los sismos, los cuales se
nombraran a continuación y darán inicio al desarrollo lógico para el correcto análisis
sísmico de una estructura ya construida.
Pese a que las variables pueden desarrollar diferentes características a evaluar, estas deben
ser revisadas rigurosamente dado que aunque, sean edificaciones ya construidas, hay que
recordar que hay vidas que dependen del desarrollo de la estructura en el momento de un
43
sismo, por ello para rediseñar y reconstruir unas edificaciones hay que evaluar su estado
actual.
Basados en lo anterior, se da paso a la conceptualización para el estudio de la dinámica
estructural y de suelos, partiendo del concepto inicial sobre el análisis sísmico dando como
referencia la acción de fuerzas y momentos producidos por la afectación de un sismo. En
actualidad la literatura nombra la existencia de cuatro variables, que únicamente tratan el
diseño estructural, las cuales dan parte del sistema con el cual se diseña a partir del
desarrollo ingenieril moderno facilitado por la aplicación de la ingeniería civil y sísmica.
Variables de diseño controladas.
Las variables para el diseño de una estructura, parten de la capacidad de una edificación
para resistir eventos sísmicos, para ellos es necesario controlar las variables de masa,
rigidez, resistencia y capacidad dúctil, índices fundamentales que parten del desarrollo y
aplicación para el correcto diseño estructural, pese a que estas variables son tenidas en
cuenta para el primer diseño, son válidas para la revisión del mismo, esto dentro de la
aplicación en estructuras ya desarrolladas antes de la aplicación de las NSR. Así como se
nombra “EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA EXISTENTE. ETAPA 3 – El estado del
sistema estructural debe calificarse con respecto a:
(A) La calidad del diseño de la estructura original y su sistema de cimentación y de la
construcción de la misma.
(B) El estado de mantenimiento y conservación” (Asociación Colombiana de Ingenieria
Sismica, 2010)
44
- Masa
- Rigidez
- Resistencia
- Capacidad Dúctil
Como la característica de un sismo es de reacción a las cargas horizontales, las cuales
resultan en la gran afectación de las edificaciones adicional de la acción de masas en
movimiento que resultan en movimientos dinámicos dando una acción que implica la
evaluación de la frecuencia y periodo, partiendo de la teoría:
Donde
Pero si tenemos en cuenta el cambio que produce el desarrollo y reacción de una masa la
cual posee cierta rigidez, esta tendría una frecuencia propia, es decir que estaría actuando
un periodo propio de oscilación. Cuando se calcula el periodo de una edificación en el
momento del diseño se llama Periodo estructural, y si tenemos en cuenta lo anterior este se
resumiría en el tiempo que le toma a una estructura desplazarse para llevar a cabo un ciclo
completo de oscilación, por otro lado la frecuencia seria el número de ciclos que puede
llevar el movimiento de una edificación en una fracción de tiempo.
45
Es correcto afirmar que cada elemento de la estructura posee una rigidez y masas que
contienen periodos propios, y si tenemos en cuenta esta sumatoria de reacciones, estas
aplican al desarrollo del periodo estructural total; según los ingenieros Mauricio Gallego y
Alberto Sarria, creadores de la publicación “EL CONCRETO Y LOS TERREMOTOS”
para una edificación de no mayor a cinco pisos de altura el periodo oscila entre 1/3 y ¾ de
segundo, esto teniendo en cuenta la relación entre la masa, rigidez y periodo estructural,
sin embargo teniendo en cuenta la masa de una edificación de cinco pisos hay que tener en
cuenta que los periodos de las estructuras son bajos, en relación al sistema estructural
aporticado y el manejo de derivas para columnas de dimensiones promedio, esto llevado al
caso de que entre mayor sea la rigidez menores serán los periodos estructurales, es decir
todo el periodo y frecuencia dependerá de la esbeltez, rigidez y masa de la estructura.
(Gallego Silva & Sarria Molina, 2010)
Sin embargo otra de las teorías para aquellas edificaciones ya construidas parte que la
oscilación de una estructura también depende de las características del suelo, es decir que
independientemente la reacción de una estructura dependerá del estrato en el cual este
apoyado la cimentación de la edificación.
Partiendo de lo anterior si tenemos un suelo blando tenemos una reacción sísmica, la cual
llaman Interacción Suelo – Estructura por ello es necesario en el momento de evaluar una
edificación ya construida tener en cuenta el tipo de enganche entre una edificación y el
suelo constituido, por ello entre más esbelto sea la edificación y adicional entre más blando
se el suelo los efectos de interacción inercial en la estructura serán mayores.
46
Masa
La relación para el desarrollo y determinación de ’’ los efectos dinámicos de las
construcciones requieren tener en cuenta las propiedades o variables dinámicas
nombradas anteriormente. Estas son determinadas por las dimensiones, el peso, la rigidez
relativa, el periodo fundamental, los tipos de apoyo y el grado de elasticidad de los
materiales de la estructura’’ (Maldonado Rondon & Chio Cho, 2004)
Por ello si relacionamos las características y para qué función cumpliría respecto al
presente estudio, la definición que más convendría es la plasmada en la NSR 2010 la define
la masa como la sumatoria de masas total de la edificación la cual en la expresión de
medidas SI se expresa en kg. Debe ser igual a la masa total de la estructura más la masa de
aquellos elementos tales como muros divisorios y particiones, equipos permanentes,
tanques y sus contenidos, etc. Sin embargo esta definición no varía mucho en las
explicaciones teóricas de la literatura actual.
Rigidez
Si verificamos la relación respeto al comportamiento dinámico construido en un sistema
estructural aporticado, esta estará condicionada como una propiedad que está definida por
el producto entre el modulo elástico y el momento inercial de una edificación, esto
directamente ligado a la rigidez respecto a la cimentación de la estructura; por otro lado la
rigidez permite que las masas que actúan en una estructura desde el inicio de su
cimentación tenga un grado de movimiento, esto permitiendo que exista una capacidad de
amortiguamiento de las fuerzas existentes y que actúan en una edificación, de esta forma
47
logrado disipar la energía absorbida, es decir ´´una estructura puede tener masa pero si no
tiene rigidez que arrastre las masas particulares de la construcción, no existirán fuerzas de
inercia´´ (Sarria, 1995)
Para el caso de un sismo la estructura estará sometida a una acción externa, tendrá una
condición de deformación esto ligado a su esbeltez y rigidez, si se realiza un análisis sobre
estas acciones y las deformaciones que se presentaran las condiciones para asimilar la
rigidez de la estructura.
Dónde:
u: Deflexión
P: La fuerza, la cual resulta del producto de la masa por la gravedad.
L: Longitud de la Viga.
E: Modulo de elasticidad del material de la viga.
I: Momento de Inercia de la sección de la viga.
Ilustración 4 Relación fuerza – Desplazamiento
para una viga simplemente apoyada.
48
Dónde:
K= Rigidez
u: Deflexión
P: La fuerza, la cual resulta del producto de la masa por la gravedad.
La relación entre la fuerza y la deflexión no es lineal, sin embargo teniendo en cuenta que
las deflexiones tienden a tener valores bajo respecto al desarrollo total del elemento, claro
está partiendo del módulo elástico del material, esta se asume como si su desarrollo fuese
lineal, es decir que para la relación entre las fuerzas y el desplazamiento por deformación,
el modelo tendría un desarrollo en donde la rigidez es la pendiente de la recta resultante de
la división entre las fuerzas P y el desplazamiento producida por dicha fuerza.
Ilustración 5 Representación gráfica de la rigidez.
49
Dentro del movimiento de una edificación, se pueden presentar movimientos de tipo
traslacional, axial y rotacional; estos a su vez inducirán tres esfuerzos fundamentales sobre
los elementos que constituyen una edificación. El primero genera esfuerzos de corte, dado
el desplazamiento horizontal en la estructura, presentando desprendimientos en el límite
cortante produciendo un efecto de desplazamiento y fisuración a 45 grados en el nodo de
unión entre columnas y vigas. En varios casos se presenta un ángulo de giro en el desarrollo
del nodo, produciendo un movimiento torsional produciendo una acción cortante.
El segundo esfuerzo estará determinado por las cargas axiales que se presentan en la
estructura, respecto a la evaluación y conducción de la masa al sistema aporticado
construido, por ello si para una edificación evaluada es necesario una rehabilitación, para
buscar rigidizar el sistema, se debe garantizar una nueva carga axial que garantice la
trasmisión de fuerzas por medio de la sección hacia la cimentación.
Para este caso se presentaran dos patologías las cuales de acuerdo al desarrollo de la
estructura. Se dice que en el momento que una estructura sea afectada por un evento
sísmico, es esfuerzo axial, representara un problemática partiendo por un desplazamiento
horizontal sobre el elemento estructural, produciendo un sobredimensionamiento sobre la
aplicación de los grados de libertad de la estructura, esta reacción, generara en los nodos
una serie de efectos de compresión produciendo un volcamiento de la estructura.
El tercer esfuerzo está determinado por la rigidez respecto a la evaluación de los materiales
con los cuales se fabrican los elementos estructurales, este se define como el módulo de
elasticidad, y para el caso del sistema aporticado, se hará relación a EY, conocido como el
50
módulo de elasticidad del Acero y EC, como el módulo de elasticidad del concreto. Para
los casos en donde se presentan desplazamientos o rotaciones, se dice que si el EC presenta
un valor mayor la rigidez será mayor, es decir que no se presentarían desplazamientos,
deformación axial, o compresión.
Sin Embargo ´´al tener en cuenta simultáneamente el módulo de elasticidad, las
dimensiones de los elementos estructurales, y las cargas aplicadas, se pueden estimar los
desplazamientos horizontales de entrepiso, con los que, a su vez, se calculan las
distorsiones máximas de entrepiso y se estiman las deflexiones debidas a las cargas
gravitaciones´´. (Gallego Silva & Sarria Molina, 2010, Pág. 65)
Resistencia
Para la evaluación de vulnerabilidad y análisis sísmico de una estructura, uno de las
principales variables parte de la resistencia de la misma, sin embargo este está ligado al
desarrollo que poseen los materiales con los cuales fue construida la estructura de la
edificación. Si bien es cierto que la resistencia del concreto es la más representativa en caso
a los esfuerzos a compresión y el acero al desarrollo dúctil representando la resistencia a
tensión de la estructura, estos dos elementos para el caso de sistema aporticado son las
bases para el análisis y determinación de las incertidumbres en el momento del diseño.
Dado lo anterior, el análisis sobre la resistencia de los materiales indica cierta
incertidumbre sobre su realización y modo de uso en el momento de la construcción de la
edificación, dentro de los marcos respecto a los procesos constructivos, en la actualidad
existen ciertos ítems que permiten el control sobre la resistencia del concreto, capacidad de
51
tensión del acero, pruebas de asentamiento para el caso de evaluación de la cimentación,
pero en los procesos constructivos se suelen pasar por alto varias consignas sobre el
desarrollo de la estructura, y más si el debido control que entro en vigencia después de la
aplicación de la primera NSR en el año de 1998, pero entrando en el tema de por qué la
resistencia se presenta como una variable de gran importancia para el análisis sísmico.
Según Singer y Pydel ´´la resistencia de los materiales establece las cargas exteriores
aplicadas y sus efectos en el interior de los sólido´´ (Pytel & Singer, 2006). Sin embargo
aunque se estudia la estabilidad del material, siempre se debe tener en cuenta que los
materiales en su mayoría son destructibles y de allí parte la importancia del análisis de la
resistencia de los materiales, si en el momento del análisis sísmico no tenemos en cuenta las
deformaciones, que presenta un materiales, estas afectaran el desarrollo del total de la
resistencia de la construcción.
En el sistema aporticado, el concreto es un material cuyo uso paso de ser experimental en la
antigua Roma, a ser un material que se vierte a diario en las construcciones de todo el
mundo, esto y su combinación con el acero hace un material de larga duración, el cual
permite la conservación de las estructuras con el pasar de los años, sin embargo uno de los
problemas es seleccionar el material cuya característica que con un correcto
dimensionamiento trabaje con mayor eficacia. Gracias a las nuevas tecnologías, hoy en día
podemos hablar de hormigones modificados que alcanzan resistencias, que complacen los
requerimientos de cualquier estructura, sin embargo es realmente suficiente la resistencia
del material, para complacer los requerimientos de una estructura.
52
Según la NSR – 2010, el correcto uso de materiales y la correcta implementación de los
modelos de diseño como el de Fuerza Horizontal Equivalente, genera prácticas que sobre
estiman el desarrollo de un sismo, pero son prácticas que deben ser usadas, dado los
factores de incertidumbre que se sufren gracias a los fenómenos naturales, jamás podremos
determinar la onda sísmica, la duración del sismo, ni mucho menos su intensidad, pero si
sabemos que si hacemos correcto uso de los materiales, y correcta aplicación del diseño, se
salvaran vidas, la tarea jamás es salvar una edificación, porque después de un sismo la
vulnerabilidad de la estructura será máxima, y más si se presentan réplicas de gran
intensidad, la tarea siempre será mantener la edificación el mayor tiempo posible, para
logra la evacuación de personas.
Pero que sucede con aquellas edificaciones que fueron construidas, y que tal vez no fueron
diseñadas, bajo los modelos de análisis sísmico con lo que se desarrollan los modelos
estructurales en la actualidad; pues bien, para estas edificaciones en la actualidad según la
NSR – 2010 reformada después de la NSR - 98, se deben seguir los siguientes pasos tras
una inspección visual, la cual ayudara a determinar procesos constructivos desarrollados,
estos pasos son susceptibles a mayores requerimientos o mejoras que sean determinadas
tras la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de la edificación. (Asociación Colombiana
de Ingenieria Sismica, 2010. Pág. 242)
53
Capacidad dúctil
Para la definición de Capacidad Dúctil, es necesario desglosar la frase, si bien definimos
ductilidad, como la capacidad de deformación de los materiales dentro de cierto rango,
podríamos nombrar que el acero es dúctil, y por ello la relación da mucha más tenacidad y
capacidad de resistir a tensión en el caso de las estructuras. Sin embargo si dentro de esta
característica analizamos al concreto, la capacidad dúctil es mínima en relación a la del
acero, de allí aparece la relación de que el concreto posee mucha más resistencia a
compresión.
Generalmente cuanto se presenta un sismo, el desarrollo de la estructura posee ciertos
enigmas sobre cómo va reaccionar. Si analizamos el punto de vista para un sistema
aporticado, con relación al amortiguamiento, el concreto y el acero presentaran diferencia
en relación a la magnitud y el tiempo de oscilación total de la estructura, si evaluamos esta
patología, lo más posible es que la estructura sufre un primer des quebramiento superficial
del concreto produciendo fisuras, en ese momento diríamos que el concreto cumplió su
ciclo, y entro en un punto en donde el acero entra a trabajar en función de su ductilidad,
permitiendo que la estructura no se comporte de forma rígida, si no que por el contrario
presente su faceta de flexibilidad, aguantando algunos momentos de oscilación más, y
permitiendo una deformación pronunciada; Es decir ´´en el instante en que se agrieta la
sección por el sector del concreto en tensión, el acero de refuerzo empieza a trabajar en su
régimen elástico a tensión con la parte del concreto en compresión´´ (Gallego Silva &
Sarria Molina, 2010, Pág. 122)
54
Si hablamos de capacidad dúctil, se debe tener en cuenta que la definición parte de la
relación que existe entre el punto de falla en donde existe una rotura total de concreto, y la
relación en donde actúa el acero, sin embargo no todos los elementos de la estructura
actuaran de forma similar, lo cual permitiría que la estructura de acuerdo al desarrollo y
origen de las ondas sísmicas, reaccione de acuerdo a la ubicación y derivas de las
columnas, es decir la capacidad de reacción de la estructura partiendo de la sumatoria de
cada elemento sobre su capacidad dúctil.
En muchas ocasiones es participativo el hecho que la capacidad dúctil de la estructura dará
el parámetro para que sufra el desplazamiento y/o rotación un elemento individual del
sistema, poniendo en prueba la calidad y resistencia de los materiales, sin embargo, no
están cierto que esta capacidad valla tan ligada a los materiales, es decir si ponemos a
prueba una estructura la ductilidad estaría aplicada al conjunto de como elemento
estructural refiriéndose a si su interacción es un nodo, y está ligado a la ductilidad en una
viga o una columna; de tal manera que si analizamos el sistema por nodos, y según la
relación entre rigideces desde modelos de grados de libertad, la viga tendrá cierta ductilidad
permitiendo un desplazamiento horizontal y una deformación en los puntos de partida y
llegada del elemento, produciendo grietas o fisuras en donde el concreto no se encuentre
cobijado por el desarrollo a cortante producido por los flejes.
Pero si analizamos la columna además de presentar el desplazamiento en la parte del nodo,
esta sufrirá la pérdida y agrietamiento en su pie, produciendo perdida de rigidez en el total
del sistema, lo cual si el desarrollo dúctil no es lo suficientemente efectivo produciría el
volcamiento de la estructura o colapso total dependiendo de las columnas que se afecten.
55
Fuente. 4 (Gallego Silva & Sarria
Molina, 2010, Pág. 123)
Ilustración 6 Esquema de la forma
como trabajan los elementos para
la conformación del sistema
resistente a cargas laterales
mediante momento durante un
sismo.
56
Variables de diseño no controladas
Pese a que las variables de diseño no controladas, suelen ser viabilizadas por cada
profesional de acuerdo a ámbitos de experiencia, en el momento de un sismo, existen
constantes que son imposibles de predecir y por tanto son analizadas como especulaciones
dado que son variables que difieren de la reacción de la estructura. Sin embargo en la
búsqueda teórica y de dar pautas para la realización del manual, a continuación se
conceptualizaran algunas de estas variables que aun hoy en día no son comprendidas en su
totalidad, sin embargo hacen parte para el correcto análisis sísmico y de vulnerabilidad de
edificaciones construidas.
Amortiguamiento
Se dice que una estructura que es sometida a efectos sísmicos, tiende a oscilar con cierta
amplitud relativamente constante durante cierto lapso de tiempo, este movimiento tiende a
disminuir gracias a la capacidad de disipación de energía que se presente gracias al
amortiguamiento que existe entre la interacción suelo – estructura, explicado anteriormente,
es decir si toda estructura que posea una cimentación, lograra desarrollar cierta restricción
las cuales permiten la reducción de movimientos sísmicos, pero si se revisa el tema desde la
dinámica de la estructura, la interacción de cierta manera es un fenómeno que logra la
modificación del sistema permitiendo una restricción que permite el amortiguamiento de la
estructura, es decir previniendo que la fuerza de fricción y los momentos de la estructura se
logren disipar hacia la cimentación y de esta al suelo.
57
Si vamos al desarrollo sísmico, la trasmisión de las ondas y energía sísmica se radica a
partir de un medio (el suelo), pero cada suelo posee infinitas características, que aunque son
evaluables a partir de estudios de suelos y estratificaciones, la cimentación siempre será
sometida a ondas que la afectaran de diferentes maneras, de allí parte el hecho que la
capacidad de amortiguamiento sea algo incontrolable. Es decir de acuerdo al medio, si es
una arcilla o limo, ya sea que el estrato se encuentre perpendicular o paralelo a la onda
sísmica es algo imposible de visualizar dado que un sismo es inverosímil de pronosticar.
Por ello, si las ondas que se generan a partir de un sismo, y que son direccionadas atreves
del suelo, posiblemente fuera del estrato donde está apoyada la cimentación, estas
generaran un sistema de amortiguamiento primario, el cual es una variable incontrolada, sin
embargo esta sumada al amortiguamiento producida por la cimentación, y al
amortiguamiento estructural , generaran una alteración del periodo de vibración, de allí la
importancia de estimar un valor pata esta capacidad de disipamiento de energía. Dado lo
anterior, si no se tienen en cuenta esta variable se puede presentar deformaciones máximas,
las cuales generan afectaciones en la parte superior de la estructura, muy posiblemente por
el incremento de la oscilación en un periodo menor, afectando de forma ipso facta en los
nodos de los pórticos.
Métodos de modelización dinámica
La modelización dinámica, consiste en el análisis sísmico de una estructural, por medio de
la discretización de cada uno de los elementos a evaluar en una estructura, sin embargo,
para la evaluación dinámica, hay que tener en cuenta que el proceso es complejo y existen
diferentes métodos, que son de aplicación parcial, es decir que se debe tener en cuenta que
58
pese a una estructura posee un conducto regular sobre su diseño, en la revisión de un
edificio ya construido, este paso juega con variables inexactas, y que deben ser comparadas
con un estudio visual, esto debido al hecho de incertidumbre respecto a lo ejecutado y las
variaciones que pudo haber tenido la edificación con el paso de los años.
Teniendo en cuenta lo anterior, para la realización de un modelo dinámico y evaluar las
características diseñadas, debe des englobar cada parte de la estructura, de tal manera que el
análisis sea completo y logre abarcar en su totalidad cada concepto estructural, de tal
manera que permita generar la correcta modelización dinámica.
Según Maldonado y Cho en el libro Análisis Sísmico de Edificaciones, existen tres
métodos para la correcta discretización para la modelización dinámica de una estructura.
- Método de las masas concentradas. El cual presume que las masas desarrolladas alrededor
o dentro del elemento estructural, son evaluadas y según su análisis puede determinar los
puntos de despliegue para la reacciones que puede llegar a tener una estructura en caso de
un evento sísmico.
- Método de los desplazamientos. Por otro lado este método presume que la masa de una
estructura esta uniformemente distribuida.
- Método de los elementos finitos. En este se define gracias a que para modelización se
desarrolla una discretización de cada uno de los elementos, lo cual abarca un numero
permisible de puntos conectados, lo cuales coloquialmente son nombrado como nodos, es
decir para la modelización de este sistema únicamente nos podemos dirigir a los sistemas
interconectados de una estructura, diferido por medio de los nodos de la misma, lo cual
59
permite que la reacción y desplazamiento sean finitos y únicamente proporcionados en los
nodos de conexión de la estructura.
Sin embargo por criterio, y en pro del desarrollo del estudio del presente proyecto, el
método de masas concentradas es el más efectivo por el tipo de análisis que se le debe
realizar a una estructura ya construida dado lo siguiente:
- Aunque el método de elementos finitos es efectivo también en el punto de partida
para el análisis de edificaciones, este se limita a un correcto desarrollo y construcción del
elemento, asumiendo que los puntos nodales están ubicados y se despliegan uniformemente
en toda la estructura, no tolerando elementos externos o elementos que no hagan parte del
sistema estructural, afectando al final la solución del sistema.
- El método de los desplazamientos, es un método que presume que la masa de una
edificación ya sea respecto a carga viva o carga muerta, está totalmente distribuida
alrededor de la estructura, cuando se sabe que por ello generalmente el factor de seguridad
de 1.6 y 1.2 respectivamente delegan ese ‘equilibrio’ a un factor de incertidumbre, adiciona
es un método que se basa en reacciones priori, lo cual da un punto de desconfianza al
presente estudio. Sin embargo es un método valido en caso de que se esté buscando
reacciones e investigaciones sobre los fenómenos de desplazamientos definidos sobre algún
tipo de reacción sísmica, es un método que necesita mayor instrumental debido a las
funciones que se deben desarrollar para la determinación de desplazamientos dinámicos y
estos solo se logran creando una acción para la respectiva reacción.
60
- El método de las masas concentradas, presume un esquema que aunque se hace ver
mucho más complejo, logra limitar la incertidumbre que se puede existir por las masas
actuantes en una estructura, adicional existen sistemas que concentran su solución gracias a
su uso, determina sistemas nodales, espaciales y por elementos de la estructura, lo cual
permite que su modelización sea más efectiva respecto a inspecciones visuales in situ para
el caso de edificaciones ya construidas.
I. Método de las masas concentradas
El método básicamente constituye una suposición sobre la concentración de las masas de
acuerdo al desarrollo de los nodos estructurales determinados en los puntos de apoyo y
distribución de cargas desarrolladas en el sistema aporticado, si tenemos en cuenta lo
anterior, cada nodo aporta un coeficiente de influencia, el cual representa una relación entre
un desplazamiento y una aceleración producida por una vibración en un instante de tiempo
en el nodo, a esto se le conoce como grado de libertad, generalmente estos presentan en los
pórticos, giros y desplazamientos, producidos por la aceleración y la acción inercial
resultante en el momento de un sismo sobre la estructura.
Grados de Libertad.
Los grados de libertad son descritos como los giros y desplazamientos que se deben
conocer para definir las deformaciones producidas en cada nodo en caso de manejar
sistemas estructurales aporticados. Los desplazamientos se dictaminan como coordenadas
naturales de cada nodo del sistema aporticado, es decir que si estamos hablando de un
sistema cartesiano aplicado sobre la diagramación y/o modelación de una estructura esta
61
coordenada existirá en cada nodo, lo cual nos indica que el mismo tendrá tres traslaciones
de los ejes, y tres rotaciones en el espacio cartesiano.
Si vamos a la práctica, cada elemento estructural, refiriéndonos a los nodos, presentaran un
desplazamiento y giro independiente, a este análisis se le conoce como modelo dinámico de
varios grados de libertad lo que implica la aplicación matricial para encontrar las variables
para la revisión sísmica de la estructura. Es decir si cada elemento se desplaza dentro del
espacio por separado, esto indirectamente afectaran al resto de elementos de la estructura,
representando el desplazamiento a cada nodo de la estructura, esto directamente ligado a la
rigidez de la estructura, lo que implica una variación en el periodo de la estructura y así
perjudicando el movimiento de la edificación en caso de un evento sísmico, es decir que
´´el número de grados de libertad puede ser descrito como el número mínimo de
desplazamientos y giros que deben conocerse para definir completamente la deformada del
modelo en cada instante de tiempo durante la vibración.´´ (Maldonado Rondon & Chio
Cho, 2004, Pág. 14)
Teniendo en cuenta la información sobre grados de libertada, y el desarrollo del método de
las masas concentradas, existen básicamente dos tipos de modelos que permiten la
diagramación para la solución de sistemas dinámicos de las estructuras a partir de la
excitación producida por un evento sísmico en las edificaciones.
- Modelos dinámicos determinados por la evaluación de un grado de libertad.
- Modelos dinámicos determinados por la evaluación de múltiples grado de libertad.
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Al plantear lo anterior el significado primordial, es que nos basamos en modelos
matemáticos para determinar una única respuesta dinámica en el momento de un evento
sísmico, es decir en la percepción de desplazamiento de una estructura producida por la
oscilación.
Método de fuerza horizontal equivalente.
Teniendo en cuenta que los anteriores métodos, hacen una solicitud obligatoria de un
análisis dinámico espectral o cronológico ante la acción de un sismo, y dado que el análisis
del presente documento pretende ser una guia fácil y eficaz para cualquier tipo de
población, se presenta el método de fuerza horizontal equivalente. El cual básicamente es
definido para edificaciones que poseen sencillez estructural, y adicional tiene una
característica, la cual su formulación es propicia para zonas de bajo nivel de amenaza, lo
que significa que si la estructura falla en este punto da el primer paréntesis para tomar
decisiones sobre una posible rehabilitación estructural. (Maldonado Rondon & Chio Cho,
2004)
En este punto, el método consiste en la definición de una fuerza horizontal estática que
representa la acción sísmica en el momento de un movimiento telúrico, convirtiendo el
índice dinámico a uno estático, este método comprueba que para realizar un análisis símico
y así mismo para determinar las fuerzas sísmicas horizontales de diseño no se requiere
realizar un análisis dinámico rígido y complejo como lo evalúan los métodos dinámicos por
grados de libertad. Sin embargo este método posee ciertas incertidumbres, en donde el
método desarrolla aproximaciones en cuanto a la limitación la respuesta sísmica el prime
modo de vibración. (Maldonado Rondon & Chio Cho, 2004)
63
5. DISEÑO METODOLÓGICO
En la ciudad de Bogotá D.C. En la actualidad existen aproximadamente 800.000 unidades
únicamente direccionados al uso de vivienda, (Alcaldia Mayor de Bogota D.C. - Secretaria
de Gobierno - DPAE, 2008).
Con base en lo anterior, hoy en día existen varios entes de control que manejan información
sobre los estados de vulnerabilidad en algunos sectores de la ciudad. Sin embargo esto no
es suficiente recalcando que cerca del 70% de la ciudad fue construida antes de las
aplicaciones de la NSR 98 la cual se creó tras la aplicación de la Ley 400 de 1997, y que
tras 12 años se le realizó una actualización bajo el decreto 926 del 19 de marzo de 2010, el
cual reglamenta el uso de la NSR – 10, para todas aquellas obras nuevas. Sin embargo en
este documento existe una relación con aquellas edificaciones construidas antes de la
aplicación de la normatividad, lo cual implica, que cada una de ellas, se deben someter a los
siguientes parámetros:
♦Reparaciones y cambios menores.
♦ Cambio de uso.
♦ Vulnerabilidad sísmica.
♦ Modificaciones.
♦Reforzamiento estructural.
♦Reparación de edificaciones dañadas por sismos.
64
Lo anterior descrito en la NSR 2010 en el Capítulo A – 10 (Asociación Colombiana de
Ingenieria Sismica, 2010). Si tenemos en cuenta lo preliminar, la prevención debería ser el
factor más importante a la hora de salvar vidas en el proceso de creación de planes de
desarrollo para emergencias. Por ello hoy en día podemos decir que generar despliegues y
maniobras es una parte importante para la evaluación de planes de contingencia en caso de
un sismo u otro tipo de emergencia, sin embargo más allá de ese desarrollo, deberíamos
preguntarle a la comunidad, si realmente está preparada ante un inminente sismo, si
realmente la totalidad de la población ha visto la implicación de los planes de desarrollo de
emergencia, si realmente ha tenido la posibilidad de visualizar a fondo estos planes por
medio de los entes de control, si cree que la estructura donde habita está preparada ante los
actos de la naturaleza y sobretodo alguna vez ha tenido la oportunidad de hacerle por su
propia cuenta un análisis sísmico en donde implique la vulnerabilidad, las patologías y
análisis estructural del lugar donde habita con su familia.
Por ello, el presente proyecto pretende convertirse en una guia, en donde se desarrollen
pautas para un análisis sísmico para aquellas edificaciones que tenga como característica el
encontrarse en sistema aporticado, sin embargo dadas las características que posee el
manual en donde el índice para la evaluación de las edificaciones, se basan en el estado
respecto a patologías y el análisis de vulnerabilidad, sin pasar desapercibido el análisis
estructural. Este será aplicable a edificaciones que no precisamente se encuentre en sistema
aporticado, teniendo en cuenta que previa a la aplicación de la NSR – 98, la mayoría de
construcciones inferiores a cinco pisos, se desarrollaban en un sistema aporticado en la
65
cimentación y las primeras luces, posteriormente se desplegaba un sistema con
mampostería estructural.
Siguiendo los parámetros actuales para un análisis sísmico, y lo planes para la evaluación
de vulnerabilidad, podemos decir que la información actual es poca y sobretodo confusa,
para la cantidad de población que existe en una ciudad como Bogotá D.C. Por ello el
enfoque del proyecto, esta direccionado a toda aquella población que quiere determinar el
estado de vulnerabilidad sísmica de su lugar de residencia o trabajo, con el fin de crear un
antecedente y una posible rehabilitación de la estructura con el fin de que en un evento
sísmico, se logren salvar la mayor cantidad de vidas.
El objeto del manual, aunque es una visión social, prioriza que el 70% de la ciudad de
Bogotá, y muy posiblemente del país, se encuentra en estado de ignorancia sobre las
características de vulnerabilidad. Creando un futuro incierto en caso de una tragedia
producida por un movimiento telúrico. En pro de mejorar esta situación y generar un
antecedente sobre los estados de las estructuras construidas, el manual producto del
presente documento generaría pautas basadas en las normas actuales nacionales y literatura
mundial, adicional de variables para el análisis sísmico de las edificaciones, en donde se
intervenían variables sencillas como:
- Inspección visual de los elementos estructurales.
- Evaluación de patologías.
- Análisis de Vulnerabilidad Sísmica.
66
- Análisis estructural sísmico.
Generando un proyecto ambicioso que vale la pena visualizar, ya que estaríamos hablando
de mejorar las condiciones de infraestructura actual en el país, mejorando los ítems de
condiciones de riesgo, y visualizando una acción humanitaria.
Para la intromisión del presente proyecto de grado, se pretendió evaluar los diferentes
factores que afectan la mediación para el análisis símico teniendo en cuenta el desarrollo de
la estructura existente, generando parámetros para el análisis de patologías y vulnerabilidad
sísmica en edificaciones urbanas.
Por ello dentro de la metodología se determinaron los siguientes factores:
Investigación definitiva sobre la vulnerabilidad sísmica según la NSR 2010 y la
microzonificación de la Ciudad de Bogotá.
Investigación definitiva para el análisis sísmico de edificaciones partiendo de la
evaluación geotécnica y estructural.
Ubicación de edificaciones para la realización del análisis sísmico, que sirvan como
anexo y ejemplo final de la funcionalidad y versatilidad del manual.
Investigación sobre la información de cada edificación a ejecutar el análisis.
(Planos, estudios de suelos, patologías de la estructura, memorias sobre la
construcción, sistema constructivo actual, esquema estructural actual y
antecedentes de la estructura).
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Recopilación de los datos para la generación del estudio ejemplo.
Realización del manual en base a las características generadas y necesidades
esperadas para la consecución final del producto escrito, además de generar
modelos esquemáticos y diagramas de flujo de cómo realizar correctamente el
análisis.
Determinar cómo identificar una edificación vulnerable.
Partiendo de lo anterior se consolidara el manual para el análisis sísmico para estructuras
aporticadas, teniendo en cuenta un limitación de altura de cinco pisos independientes a los
sótanos.
Proceso Metodológico.
Con el fin de crear una cronología sobre el desarrollo del proyecto, a continuación se
describen cada uno de los pasos para la aplicación e investigación de las variables
necesarias para la obtención del manual.
1. Investigación conceptual, sobre los temas que están implícitos en la práctica y
generación de variables del manual.
2. Investigación teórica, sobre la normatividad, y el cómo está desarrollado en la
actualidad los temas sobre:
a. Patologías.
b. Vulnerabilidad.
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c. Estado estructural
Partiendo de antecedentes e implicaciones de las edificaciones existentes.
3. Construcción de matrices construidas a partir de las variables anteriormente
numeradas.
4. Creación de un documento dinámico, en donde partiendo de las variables se
determine la vulnerabilidad sísmica de una estructura.
5. Consolidación de la información para el desarrollo teórico y estrategia para la
realización del manual, el cual se indica como el presente documento.
6. Obtención de los edificios ejemplo, teniendo en cuenta que fueran construidos en
diferentes circunstancias, lugares de la ciudad, fechas, y que adicional aportaran
información para el desarrollo del análisis y aplicación del manual. Con el fin de
entregar una información veraz, se decidió tomar edificios construidos antes y
después de la aplicación de las NSR, con el fin de sustentar la información implícita
en el texto producto.
Nota: Los edificios, dado el desarrollo del manual, y que las administraciones o
propietarios lo decidieron, se mantendrán incognitos, es decir, se suministrara la
información para su aplicación en el manual ya que funciona como texto educativo,
se nombrara la ubicación aproximada, pero en ningún momento se nombrara la
ubicación exacta, el nombre de la edificación, el nombre de los propietarios, y
demás circunstancias que indiquen algún tipo de identificación de la edificación.
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7. Consolidación de la información con las variables descritas, generando el
‘’MANUAL QUE GENERE PAUTAS PARA EL ANÁLISIS SÍSMICO DE
EDIFICACIONES CONSTRUIDAS NO MAYORES A CINCO PISOS EN
SISTEMA APORTICADO’’ objetivo del proyecto de grado.
8. Generación del manual, teniendo en cuenta la información suministrada en el
documento teórico y la aplicación de los edificios ejemplo. Adicional se tendrá en
cuenta las variables mínimas para impresión, según lo indicado en el Instructivo de
publicaciones de la Universidad Piloto de Colombia.
La anterior investigación se generó a partir de un modelo cualitativo, el parte de la
generación de un diseño propio de acuerdo a las necesidades del proyecto.
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6. RESULTADOS
Los resultados en el proyecto fueron los esperados desde la evaluación del anteproyecto, en
donde la unión en conjunto de todas las variables para el análisis sísmico, ayuda a abarcar
una problemática que se presenta y que se expuso previamente.
Dado lo anterior el manual se creó como una herramienta de fácil compresión en lo que se
refiere al desarrollo y análisis de vulnerabilidad, el estudio de patologías y el análisis
estructural primario. Partiendo de ello se realizó un estudio en donde se le hizo entrega del
manual a una muestra de 37 personas, adicional se le entrego una encuesta con ciertas
preguntas que permitieron generar una estadística para la evaluación sobre la funcionalidad
del manual y los anexos del mismo.
El porcentaje de evaluación de población, se tomó a partir de las estadísticas sobre el estado
de vulnerabilidad que existe actualmente en el país, es decir un aproximado del 70%,
siguiendo como parámetro aquellas edificaciones que fueron construidas antes de la
aplicación de la NSR 98.
Estudio estadístico
A partir de lo anterior, a continuación se muestra los datos de la encuesta.
POBLACIÓN MEDIA FINAL
P 70% POBLACIÓN
E 13% ERROR
NC 90% NIVEL DE CONFIANZA
A 0.05 VARIABLE
Z 1.75 TABLA
N 37 PERSONAS APROXIMACIÓN 37 PERSONAS
71
Con el fin de tener un dato sobre la población que conoce la vulnerabilidad sísmica de la
edificación donde trabaja o habita, se encontró que el 65% de las personas no sabe en qué
condiciones está dicho lugar. Siendo coherentes con el 70% de población que se encuentra
en estado de vulnerabilidad. Partiendo de esto mínimo el 65% de la población tendría la
opción de desarrollar un estudio sobre la vulnerabilidad, patologías y análisis estructural de
estas edificaciones.
Ilustración 7. Grafica porcentual sobre la Pregunta 7.
Dentro de este estudio el resultado sobre la aceptación del manual como herramienta para
tener una pauta para un análisis sísmico, fue excelente dado que el 100% de la población
encuestada, tuvo afinidad con el producto.
Ilustración 8. Grafica porcentual sobre la Pregunta 1.
72
Así mismo el estudio permitió tener una visión sobre qué porcentaje de la población que
estaría interesada y además tendría una iniciativa sobre el uso del manual, dado que esta es
una de las determinantes sobre el uso del manual.
Ilustración 9. Grafica porcentual sobre la Pregunta 2.
De la Ilustración 9, el resultado fue bueno dentro de la clasificación sobre el posible éxito
que tendría un documento que de pautas para las estructuras ante un sismo, ya que el 89%
de la población estaría dispuesta a realizar un estudio sobre la vulnerabilidad. Si fijamos
esta cifra, nos da un punto de partida positivo sobre la promulgación de esta herramienta
como documento de consulta y guia para este porcentaje de la población.
Ilustración 10. Grafica porcentual sobre la pregunta 3.
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Para la evaluación de los temas propuestos, se realizó una pregunta que se consideró
significativa, dado que es la base literaria y normativa del documento. Esta recalca si la
población encuestada antes de la lectura del manual tenía conocimiento sobre la existencia
del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente en sus dos versiones ya sea
la NSR 98 o la NSR 2010.
Por ello en la Ilustración 10. Se puede verificar como el 68% de la población no tenía
conocimiento sobre la existencia de este documento. Es considerable que la NSR tiene un
alto contenido técnico que dificulta su comprensión y es claro que su información es
direccionada a profesiones afines con su uso. Sin embargo, surge la pregunta de qué tan
informada esta la población sobre las normatividades existentes para la construcción en
Colombia, y nos da una posición para llegar a pensar que aquellas personas que realizan
construcciones sin licencias o sin permisos, como se ve en estratos 1, 2 y 3 estarían cayendo
en el error y en vez de construir un elemento con calidad, estaría construyendo
edificaciones con altas condiciones de vulnerabilidad.
Ilustración 11. Grafica porcentual sobre la pregunta 4.
74
Ilustración 12. Grafica porcentual sobre la pregunta 5.
Dentro de las Ilustraciones 11 y 12, se muestran los porcentajes de la población que
percibieron los conceptos planteados del manual y que adicional podrían llegar a realizar un
estudio sobre vulnerabilidad sísmica y patológico. Aunque los dos conceptos poseen
estadísticas semejantes, se logra percibir que la población tiene más problemáticas sobre la
determinación de la vulnerabilidad sísmica que sobre la identificación de patologías en la
estructura este frente marca una variación entre el 22% y el 19%, lo cual indica que la
quinta parte de la población tendría impases en el momento de realizar el análisis sísmico.
Ilustración 13. Grafica porcentual sobre la pregunta 6.
75
A partir de la pregunta 6. Se logra concluir que el 24% de la población tendría
problemáticas en alimentar la matriz anexa al manual, la cual hace parte fundamental del
desarrollo del mismo, pese a que las nociones para su llenado son relativamente básicas,
esta población no podría concluir en su totalidad el estudio. Como solución a esta
problemática se implementó la matriz impresa, la cual tendrá una serie de anexos para su
diligenciamiento. Aunque se necesitara mucho más tiempo e implementación de cálculos
matemáticos, la persona finalmente podrá concluir el estudio básico sobre análisis sísmico.
Ilustración 14. Grafica porcentual sobre la pregunta 9.
Asi mismo la preguna 9. Retoma el tema, y verifico la funcionalidad de la misma, en este
punto, el 35% de la poblacion encuestada nombro que la matriz no le fue funcional. Ante
este tema, algunos nombraron las causales; las cuales basicamente señalan la falta de
instrucciones para su llenado dentro del documento del excel, ademas de las personas que
no tenien el conocimiento basico de excel. Por esta razon apartir de notas y comentarios
76
dentro de la matriz, se genero un documento con instrucción para su diligenciamiento, en
este punto esperando que la matriz logre tener una mejor funcionalidad.
Partiendo de lo anterior, al finalizar la encuesta se realizaron dos preguntas las cuales
consideran el estado actual del proyecto y una posible continuación por parte de otro autor,
la cual, es la relacion sobre la funcionalidad del manual, y en pro del resultado que actitud
tomaria ante el mismo, dado el caso que la estructura a la cual se le realice el estudio
estuviera en condiciones de vulnerabilidad sismica.
Por ello en la pregunta de si cree que el manual realmente funciona, el resultado fue
concluyente, el 97% de la poblacion dejo en claro que el manual se puede usar y es
funcional. Es decir que el 63% de la poblacion que se encuentra en condicion de
vulnerabilidad puede realizar el estudio sin dificultades.
Ilustración 15. Grafica porcentual sobre la pregunta 8.
77
Por otro lado a la pregunta si su edificacion resulta vulnerable sismicamente, realizaria
actividades de rehabilitacion estructural, la respuesta tuvo una variacion como se puede
verificar en la Ilustración 16.
Ilustración 16. Grafica porcentual sobre la pregunta 10.
El 30% de la población no realizaría ningún tipo de actividad, refiriéndose al 21% de la
población vulnerable, en su mayoría argumentando la falta de recursos económicos. Los
cual deja un tema con ciertas incógnitas y es que a pesar de que el manual es funcional aun
existiría un porcentaje de la población que prefiere desconocer el tema, y no ser
responsables ante un método de prevención como lo es verificar el estado de vulnerabilidad
de una edificación.
78
7. CONCLUSIONES
A partir del presente documento y de la elaboración del proyecto que tiene como objeto la
creación de un ‘’Manual que genere pautas para el análisis sísmico de edificaciones
construidas no mayores a cinco pisos en sistema aporticado’’ se puede concluir lo
siguiente:
Se logró representar y recolectar los conceptos básicos y necesarios para la
determinación de análisis sísmico siguiendo los parámetros descritos en el Titulo A
– 10, para evaluación e intervención de edificaciones construidas antes de la
vigencia de la NSR 2010 y NSR 1998. Logrando un documento ingenieril y social,
que genera pautas para un análisis sísmico. En cierto modo se crea un modelo, en el
cual se documentó y se desarrolló de la forma más veraz posible, sin embargo es
solo un paso a la determinación del riesgo y análisis sísmico.
Por otro lado y teniendo en cuenta que los resultados pueden variar de acuerdo al
concepto de cada persona que realice el estudio, se logró verificar que el 97% de las
personas a las que se les entrego el manual argumentaron poder realizar un análisis
sísmico.
Se planearon, proyectaron y generaron los modelos descritos para la metodología y
análisis sísmico, dejando claros el estudio de las patologías, el análisis de la
vulnerabilidad y el análisis estructural, además de diseño de una matriz con estos
modelos, determinada con variables que lograron acercarse a la realidad respecto al
estudio de análisis sísmico.
79
Se conceptualizaron términos, metodologías y modelos existentes para el desarrollo
del manual. En este punto permitió la generación de la matriz de patologías, y la
matriz de análisis sísmico, a partir de la conceptualización de datos, estudios, y
formatos de varios autores que poseen consagración en el estudio de la ingeniería
Sísmica.
En una visión personal, el resultado final es alentador, ya que la idea inicial partía
de crear una herramienta que se distinguiera para estratos 1, 2 y 3, los cuales son
donde se encuentran las edificaciones más vulnerables, dado el desarrollo de los
procesos constructivos no continuos, y sin la supervisión necesaria. Se logró un
documento ético, en donde a su vez con otro tipo de visualizaciones nos podemos
ratificar en conceptos de fácil comprensión sobre el estado de las estructuras,
logrando encontrar un primer paso sobre la vulnerabilidad de las edificaciones.
Dejando como ejemplo aquellas cinco edificaciones ubicadas en diferentes sectores
de la ciudad.
Se desarrolló la investigación de forma ética, evaluando cada uno de los aspectos y
conceptos contenidos en la normatividad, sin embargo el planteamiento inicial sobre
el análisis se modificó congraciada mente, dejando un documento más completo
respecto a las diferentes variables para el análisis sísmico.
Aunque no era un objetivo del proyecto, se realizó un estudio estadístico con una
población de 37 personas, para la verificación de los resultados sobre el
funcionamiento del manual. (Ver Capitulo 6. Resultados).
80
Si 24 65%
No 13 35%
Si No
Promedio de Edad Sin especificar 3 8% 2 1
Rango 20 - 29 14 38% 9 5
Rango 30 - 39 9 24% 6 3
Rango 40 - 49 6 16% 4 2
Rango 50 - 59 4 11% 3 1
Rango 60 - 69 1 3% 0 1
13
Si 24 65%
Sin especificar 1 3%
Rango 20 - 29 5 14%
Rango 30 - 39 3 8%
Rango 40 - 49 2 5%
Rango 50 - 59 1 3%
Rango 60 - 69 1 3%
Total 37 100%
Pregunta 99. ¿La matriz adjunta al manual, la cual se
presenta en Excel, le fue funcional?
Si24
65%
Sin especificar1
3%
Rango 20 - 29
5
13%
Rango 30 - 393
8%
Rango 40 - 492
5%
Rango 50 - 59
1
3%
Rango 60 - 691
3%
No35%
¿La matriz adjunta al manual, la cual se presenta en Excel, le fue funcional?
Ilustración 17 Análisis de la funcionalidad de la Matriz Frente a la Edad de los encuestados
Partiendo de esta muestra se logró verificar que la mayor dificultad respecto al
análisis sísmico expuesto en el manual, se dio en el diligenciamiento de la matriz
dado que algunas personas tienen dificultades frente al uso de Excel. De allí el 35%
de la población no le fue funcional, en una indagación del tema se determinó que la
variable no tiene que ver con el nivel educativo, pero si puede ser un factor la edad
y su cercanía con el uso de herramientas tecnológicas. Es decir que aquellas
81
personas que tienen menor edad pueden llegar a tener mayor entendimiento sobre el
uso y funcionalidad de la matriz gracias al uso del software.
Siguiendo las características sobre el análisis, se encontró una circunstancia bastante
particular sobre el comportamiento de las personas y administraciones a las cuales
se les ofreció el estudio. Y es que tal estudio aunque es aceptable e importante para
el conocimiento de las vulnerabilidades sísmicas de la edificación donde habita, se
encontró que a las personas se les dificulta pensar que su edificación se encuentra en
estado de vulnerabilidad. Tal fue la magnitud sobre esta circunstancia, que se
desplegaron aproximadamente 50 cartas de solicitud para proceder al estudio,
implementadas en barrios como Bachue, Galerías, Quinta Paredes, Nicolás de
Federmann, El Campin, Suba Turingia, San Luis, Cedritos, entre otros, y solo se
recibió respuesta de 15, de los cuales 8 descartaron el estudio sin dar una
explicación coherente del porque no están de acuerdo con el mismo. Quedando 7
edificaciones para realizarle el estudio, sin embargo varias administraciones se
negaban a entregar copia de los planos y memorias estructurales, dejando una
incertidumbre sobre varios aspectos estructurales.
De allí la escogencia de las 5 edificaciones patentes en el estudio las cuales solo se
nombrara la localidad donde se ubican, dado que las administraciones exigieron que
fuera un estudio incognito de x edificaciones.
1. Localidad de Suba. (1996)
2. Localidad de Teusaquillo. (1982)
82
3. Localidad de Teusaquillo. (1995)
4. Localidad de Usaquén. (2011)
5. Localidad de Usaquén. (2013 – 2014) En construcción.
Pese a que la rehabilitación no es el eje fundamental del manual, cabe recalcar que
las edificaciones sometidas al estudio, poseen la iniciativa para la realización de la
misma teniendo en cuenta unos consejos sobre el tratamiento a la estructura, sin
embargo se aclaró que cada una de ellas pueden realizar la consulta a un profesional
especializado en tema de rehabilitación estructural.
A partir del estudio estadístico el 30% de la población no realizaría ningún tipo de
actividad, refiriéndose al 21% de la población vulnerable, en su mayoría
argumentando la falta de recursos económicos. Los cual deja un tema con ciertas
incógnitas y es que a pesar de que el manual es funcional aun existiría un porcentaje
de la población que prefiere desconocer el tema, y no ser responsables ante un
método de prevención como lo es verificar el estado de vulnerabilidad de una
edificación.
El documento, pese a que es una forma nueva de evaluar las estructuras desde un
punto de vista de fácil distinción, en ningún momento remplaza el punto de vista
profesional, dado que para verificar si el manual era funcional, se presentó el
documento a 37 personas del común. Este como un estudio adicional para la
conclusión del documento.
83
Pese a que el documento es legible y entendible en donde el 97% de la población
distribuida en varias edades, oficios, estratos e incentivación por realizar el estudio
lograrían realizar el análisis, se presentó que las personas con mejor conclusión
sobre las características de una patología visualizada y el análisis de vulnerabilidad
son aquellas personas que son afines con el tema. Tal como lo logro maestro de
obra, dado que el determino la patología y enumero las variables que más se
acercaban al estudio, esto evaluando una imagen que se presenta en el manual.
Por otro lado, las otras personas, determinaron la lesión, pero enumeraron menor
número de condiciones sobre el desarrollo de la patología, determinando que la
persona familiarizada con el ámbito, puede tener mejor conceptualización y
ejecución del uso del manual. Sin embargo hay que condicionar estas variables a
que el 97% logro identificar las variables en menor o mayor escala, haciendo que el
manual función de acuerdo a su uso y aprovechamiento.
Para finalizar, se puede decir que el manual funciona, si la persona quien realice el
estudio, toma la autoridad y se informa sobre cada una de las actuaciones y
conceptos que se requieren, como el nombre de los elementos estructurales, es decir
si estamos hablando de pórticos, que la persona se capas de intuir el significado de
pórtico, columna, viga, placa, nodos etc. Si se está hablando de patologías, que sepa
diferenciar entre una fisura y una grieta en un elemento, o así mismo en otro tipo de
patologías. Sin lo anterior, el uso del manual será complejo y no se podrá asumir el
objetivo por el cual se creó, dar una perspectiva sobre la vulnerabilidad en
edificaciones construidas.
84
8. DISCUSIÓN Y RECOMENDACIÓN
Cerca del 70% de las edificaciones de vivienda según estudios del DANE, fueron
construidos antes del uso de la NSR – 98, es decir que el manual puede llegar a manos del
70 % de la población y abrir los ojos sobre las condiciones de vulnerabilidad con las que
cuenta en este momento el país.
La problemática real que se evidencia, es la falta de conciencia por parte de la comunidad
sobre la vulnerabilidad sísmica de sus edificaciones, si analizamos este punto, realmente
estaríamos seguros de que porcentaje de una ciudad como Bogotá sería capaz de resistir un
sismo, sin presentar colapsos. Seriamos igual de testarudos frente a la acción de la
naturaleza.
Aunque el desarrollo del manual, la matriz y el presente documento dio pautas para el
análisis sísmico de edificaciones construidas antes del modelo y aplicación de las NSR
(Normas Sismo Resistentes), su aplicación dependerá únicamente del criterio de quien
genere la evaluación y el estudio de la edificación en particular, pese a que cada edificación
fue construida en base a materiales diseñados y calculados especialmente para el
sostenimiento de la estructura, además del dimensionamiento de las áreas estructurales.
Cada persona tendrá la libertad de hallar y escoger las variables que le apliquen a la
estructura y de paso para la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de la construcción.
Revisar, visualizar, cuestionar, evaluar, dimensionar, indagar, serán objetivos primordiales
de aquellos que den inicio al análisis sísmico de una edificación. Las pautas, variables,
85
matrices, métodos serán persuasibles en el manual, sin embargo la visión de patologías
serán parte del desarrollo lógico y aplicativo de cada ejecutor.
El objetivo como tal del manual, fue ser herramienta que le permitan visualizar a la
sociedad las posibles condiciones futuras en el momento de un sismo, pero si se parte de la
posición de que como sociedad debemos creer que no estamos exentos de nada, su uso
parte de ser un herramienta que posibilite cambios, que pese a que conllevan costos para las
posibles rehabilitaciones, serán pocos comparados con la pérdida de vidas.
86
9. REFERENCIAS
Alcaldia Mayor de Bogota D.C. - Secretaria de Gobierno - DPAE. (2008). Plan Distrital de
Prevención y Atención de Emergencias para Bogotá. Bogotá D.C.: Secretaria
Distrital de Gobierno.
Alcaldia Mayor de Bogotá D.C. (16 de Diciembre de 2010). Microsonificación Sísmica de
Bogotá D.C. Decreto 523. Bogotá D.C., Colombia.
Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica. (2010). Reglamento Colombiano de
Construcción Sismo Resistente. Bogotá D.C.: AIS.
Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica. (2010). Reglamento Colombiano de
Construcción Sismo Resistente - NSR 10. Bogotá D.C.: AIS.
ASOCRETO. (2003). Avances en la Ingenieria Sísmica: vulnerabilidad, prevencion y
rehabilitacion de estructuras. Bogotá D.C., Cundinamarca, Colombia.
Broto, C. (2005). Enciclopedia Broto de Patologias de la Construcción. Barcelona: Links
International.
Delgado Vargas, M. (2012). Interacción Suelo - Estructura. Bogotá D.C.: Editorial Escuela
Colombiana de Ingenieria.
Delgado Vargas, M. (2012). Interacción Suelo - Estructura. Bogotá D.C.: Editorial Escuela
Colombiana de Ingenieria.
87
Gallego Silva, M., & Sarria Molina, A. (2010). El concreto y los terremotos. Bogotá D.C.:
ASOCRETO.
Maldonado Rondon, E., & Chio Cho, G. (2004). Analisis Sismico de Edificaciones.
Bucaramanga: Ediciones Universidad Industrial de Santander.
Pytel, A., & Singer, F. L. (2006). Resistencia de Materiales. Mexico: Editorial Alfaomega.
Sarria, A. (1995). Ingenieria Sismica. Bogotá D.C.: EEdiciones Uniandes.
Tarbuck, E. J., & Lutgens, F. K. (2005). Ciencias de la Tierra. Madrid: Pearson.
Tomlinson, M. J. (2008). Cimentaciones: Diseño y construcción. Mexico: Tomlinson.
88
10. TABLA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. La energía sísmica viaja en todas la direcciones desde el origen del terremoto.
.............................................................................................................................................. 23
Ilustración 2 Tipos de Ondas................................................................................................ 25
Ilustración 3 Ejemplo de cargas que inducen a fisuras. ....................................................... 37
Ilustración 4 Relación fuerza – Desplazamiento para una viga simplemente apoyada. ...... 47
Ilustración 5 Representación gráfica de la rigidez. .............................................................. 48
Ilustración 6 Esquema de la forma como trabajan los elementos para la conformación del
sistema resistente a cargas laterales mediante momento durante un sismo. ........................ 55
Ilustración 7. Grafica porcentual sobre la Pregunta 7. ......................................................... 71
Ilustración 8. Grafica porcentual sobre la Pregunta 1. ......................................................... 71
Ilustración 9. Grafica porcentual sobre la Pregunta 2. ......................................................... 72
Ilustración 10. Grafica porcentual sobre la pregunta 3. ....................................................... 72
Ilustración 11. Grafica porcentual sobre la pregunta 4. ....................................................... 73
Ilustración 12. Grafica porcentual sobre la pregunta 5. ....................................................... 74
Ilustración 13. Grafica porcentual sobre la pregunta 6. ....................................................... 74
Ilustración 14. Grafica porcentual sobre la pregunta 9. ....................................................... 75
89
Ilustración 15. Grafica porcentual sobre la pregunta 8. ....................................................... 76
Ilustración 16. Grafica porcentual sobre la pregunta 10. ..................................................... 77
Ilustración 17 Análisis de la funcionalidad de la Matriz Frente a la Edad de los encuestados
.............................................................................................................................................. 80
11. TABLA DE FUENTES
Fuente. 1 (Tarbuck & Lutgens, 2005, Pág. 343, Figura 12.1) ............................................. 23
Fuente. 2 (Tarbuck & Lutgens, 2005, Pag 316, Figura. 11.8) ............................................ 25
Fuente. 3 (Tarbuck & Lutgens, 2005, Pag 316, Figura. 11.8) ............................................ 25
Fuente. 4 (Gallego Silva & Sarria Molina, 2010, Pág. 123) ............................................... 55
12. TABLA DE IMÁGENES
Imagen 1. 4-6 Grieta producida en la unión de dos muros – Humedad visible –
Fluorescencia visible. ........................................................................................................... 35
PREÁMBULO PARA EL ANÁLISIS
SÍSMICO DE EDIFICACIONES DE
HASTA CINCO PISOS
Bogotá D.C. 2014
PREÁMBULO PARA EL ANÁLISIS SÍSMICO
PARA SISTEMAS APORTICADOS
Este texto no puede reproducirse
total o parcialmente por ningún
método gráfico, electrónico o
mecánico; incluyendo los sistemas
de fotocopia, registro magnetofónico
o de alimentación de datos, sin
autorización del Autor u Editor.
PRESENTACIÓN
El enigma sobre el estado de las estructuras hoy en día, suele ser olvidado
y descartado por la sociedad, por el temor de encontrar algo que perjudique
de alguno u otro modo la estabilidad económica, emocional, social, cultural,
entre otras circunstancias; lo cual es totalmente valido, dado que
lamentablemente la sociedad pretende pasar desapercibidos los problemas
que no son inmediatos o seguros de que ocurran.
Sin embargo, no podemos descartar que las tragedias por culpa de
las acciones de la naturaleza puedan ocurrir en el momento menos
esperado. Si tenemos en cuenta lo anterior, es claro que pese a que
más allá de estas problemáticas, deberíamos ser conscientes de las
condiciones de vulnerabilidad que existen en el lugar donde vivimos
o trabajamos.
Señor lector, el presente documentos sólo pretende ser una
guía que muestra un inicio sobre el estudio de las
problemáticas de vulnerabilidad sísmica que se presentan en
la actualidad en nuestro país y con el mismo fin lo invitamos a
conocer e informarse sobre los planes de manejo de
emergencias. No estamos exentos de que estas catástrofes
ocurran en nuestro entorno y es mejor estar preparados. El
primer paso será el estudio de vulnerabilidad, el segundo la
profundización de un profesional, tercero la rehabilitación y el
cuarto la tranquilidad para usted y su familia.
Daniela Forero Moreno
3
Contenido
PRESENTACIÓN 2
INTRODUCCIÓN 8
1. 10
CONSIDERACIONES BÁSICAS 10
1.1. CONCEPTOS 11
1.1.1. ¿QUÉ ES UN SISMO? 11
1.1.1.1. Origen de los Sismos 12
I. Escalas sísmicas 14
1.1.1.2. Sismos Ocurridos 16
I. Sismos en el Mundo 16
II. Sismos en Colombia 19
1.1.1.3. Ondas Sísmicas 19
I. Ondas internas 20
II. Ondas superficiales y dispersión. 20
III. Características de Ondas Sísmicas 21
IV. Movimiento ondulatorio 22
1.1.2. ¿QUÉ ES INGENIERÍA SÍSMICA? 23
1.1.3. ¿QUÉ ES UN ANÁLISIS SÍSMICO? 23
1.1.4. ¿CUÁLES SON LOS COMPONENTES PARA UN ANÁLISIS SÍSMICO? 24
2. 26
VISUALIZACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE PATOLOGÍAS 26
4
a. Patologías Pre – Sismo 28
I. Insuficiencia estructural 29
II. Degradación estructural 31
III. Estado actual estructural 32
IV. Aumento de las cargas o cambio de los usos de la edificación diseñada. 34
b. Tipos de lesiones 35
c. Efecto de las sobre cargas 36
d. Patologías del concreto reforzado 38
3. ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD 42
I. Metodologías para la estimación de vulnerabilidades 43
Método de Hurtado y Cardona (1990) 43
Método de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica 45
Método de la escala macro sísmica 47
Método del Índice de Vulnerabilidad 48
4. 50
PREÁMBULO PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL 50
• CALIDAD DEL DISEÑO Y LA CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA ORIGINAL 51
•ESTADO DE LA ESTRUCTURA 51
I. VARIABLES DE DISEÑO CONTROLADAS. 52
Masa 54
Rigidez 55
Resistencia 58
Capacidad dúctil 61
II. VARIABLES DE DISEÑO NO CONTROLADAS 62
Amortiguamiento 63
5
Interacción suelo – estructura 64
III. MÉTODOS DE MODELIZACIÓN DINÁMICA 65
I. Método de las masas concentradas 67
Grados de Libertad. 67
Modelo dinámico de un grado de libertad. 69
Modelo dinámico de varios grados de libertad. 70
Método de fuerza horizontal equivalente. 70
IV. ¿QUÉ DICE LA NSR – 2010? 71
SISTEMAS ESTRUCTURALES FUNCIONALES SEGÚN NSR – 2010 72
5. 76
EJEMPLOS Y APLICACIÓN 76
MATRIZ SOBRE PATOLOGÍAS. 77
¿QUÉ DEBE TENER EN CUENTA? 78
MATRIZ DE VULNERABILIDAD Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL PRIMARIO. 84
CÓMO APLICAR LOS MODELOS Y MÉTODOS. 85
BIBLIOGRAFÍA 96
TABLAS 98
FUENTES 99
ILUSTRACIONES 101
IMÁGENES 102
6
7
8
INTRODUCCIÓN
El desarrollo del presente documento pretende dar pautas para el análisis
sísmico de edificaciones construidas antes del modelo y aplicación de las
NSR (Normas Sismo Resistentes), pero su aplicación depende únicamente
del criterio de quien genere la evaluación y el estudio de la edificación en
particular, pese a que cada edificación fue construida con base en
materiales diseñados y calculados especialmente para el sostenimiento de
la estructura, además del dimensionamiento de las áreas estructurales.
Cada persona tiene la libertad de hallar y escoger las variables que le
apliquen a su estructura y de paso para la evaluación de la vulnerabilidad
sísmica de la construcción.
Revisar, visualizar, cuestionar, evaluar, dimensionar e indagar, son
los objetivos primordiales de aquellos que den inicio al análisis
sísmico de una edificación. Las pautas, variables, matrices y
métodos son persuasibles en el presente manual; sin embargo la
visión de las problemáticas serán parte del desarrollo lógico y
aplicativo de cada ejecutor.
Por ello, la realización de este proyecto pretende
convertirse en un generador de juicio en donde el
principal objeto es correlacionar conceptos que
conduzcan al estudio del análisis sísmico con el fin de
lograr cambiar las tendencias actuales de la sociedad y
lograr que la misma comprenda que un estudio de
análisis sísmico más allá de ser una teoría, puede
realmente representar un cambio sobre la exposición de
la vulnerabilidad actual en las edificaciones.
9
10
CONSIDERACIONES BÁSICAS
A continuación se explican los conceptos básicos, que son fundamentales para
la posterior ejecución de las matrices, modelos y variables. Adicional, se pretende
dar una exposición y análisis razonada de los temas, ejemplificando situaciones
reales-objetivas del desarrollo sísmico en Colombia teniendo en cuenta conceptos,
normatividades y ejemplos que deben apreciarse para la solución final de los
análisis sísmicos respectivos.
En consecuencia, a los diferentes desarrollos sobre la construcción que se ven
relacionados debido a las necesidades que convengan en cada sociedad, se
planean construcciones que cumplan con los requerimientos mínimos; en el caso
colombiano, con el desarrollo de las NTC (Normas Técnicas Colombianas) y la
última actualización de la NSR destinada para su ejecución a partir del año 2010,
en donde se reglamente el uso y las características de una obra para el desarrollo
de posibles estrategias donde se puedan prevenir desastres y salvar a grupos de
seres vivos de una catástrofe mayor.
Sin embargo, los avances para el desarrollo de estudio sobre vulnerabilidades en
las edificaciones han sido remontados a la mejora de los procesos constructivos
pero no a encontrar las falencias que se dan actualmente en el país. En el año
2008 para la ciudad de Bogotá, se ejecutó el ´´Plan Distrital de Prevención y
Atención de Emergencias´´; el cual fue ejecutado tras el desarrollo del Decreto 332
de Octubre de 2004, en donde se dió un primer paso para la construcción segura y
que tuvo como objetivo y línea de acción el ´´Reducir el riesgo generado por el
1.
11
inadecuado diseño y construcción de las edificaciones y de la infraestructura, en
relación las exigencias de estabilidad y funcionalidad que impone su localización
en el territorio y los usos a los cuales se destinan´´ (Alcaldia Mayor de Bogotá
D.C. - Secretaría de Gobierno - DPAE, 2008, Pág.23).
1.1. Conceptos
Para la investigación y enfoque del manual se plantea una exposición, análisis y
discusión razonada de los temas, ejemplificando situaciones reales-objetivas
respecto al desarrollo sísmico en Colombia, teniendo en cuenta ejemplos,
antecedentes, conceptos y normatividades entre otros aspectos que se deben
considerar para la solución final del proyecto.
A partir de este momento, se plantean una serie de conceptos, los cuales le
permitirán referir el uso del manual, teniendo en cuenta que su descripción permite
dar una antesala al desarrollo de manual.
1.1.1. ¿Qué es un Sismo?
Lo sismos son considerados como una vibración de la tierra que se da cuando
existe un fenómeno de liberación de energía rápida. Ésta acción produce un
movimiento de ondas que se desplazan desde el interior, hasta la superficie de la
tierra.
Los movimientos telúricos generalmente se presentan junto a un fenómeno
llamado licuefacción de los suelos, este fenómeno en combinación con el
movimiento ondulatorio, son causantes de devastación en edificios y estructuras.
La energía liberada en el momento de un sismo es conocida por el desarrollo de
implosiones en el centro de la tierra, lo cual produce el movimiento. Algunas de
estas implosiones pueden ser por erupciones volcánicas, choque de placas
tectónicas que son simplemente un movimiento que se produce tras la interacción
de las mismas, produciendo movimientos constantes; en el momento que las
placas se despliegan o alteran su recorrido por divergencia o convergencia se
produce la liberación de energía.
12
Partiendo de lo anterior, vale la pena recalcar que las intensas vibraciones
producidas en el momento de un sismo, suelen tener precursores y réplicas, es
decir, que tras la ocurrencia del sismo principal o el de mayor escala,
generalmente ocurren una serie de movimientos telúricos pero de menor magnitud
a los que se le denomina réplicas. Generalmente, estas réplicas suelen afectar de
mayor manera las edificaciones dado que tras la primera implicación sísmica la
estructura presenta los primeros daños, pero dependiendo de la escala del
segundo las patologías post–sísmicas pueden ser tan grandes que el colapso en
las estructuras es inevitable.
Los sismos precursores funcionan de igual manera que las réplicas, con la
variación que estos suelen ocurrir después de varios días, meses o en ocasiones
años, permitiendo que tras una serie de estadísticas y teniendo en cuenta la
interacción entre los suelos, pueda predecirse de cierta manera la ocurrencia de
los sismos; sin embargo, esta teoría no ha dado datos exactos, dejando en
incertidumbre los espacios de tiempo sobre la magnitud y ocurrencia de los
sismos.
A partir de lo anterior, en el momento de movimiento telúrico se producen tres
tipos de esfuerzos que son:
- Esfuerzo a Tensión.
- Esfuerzo a Compresión.
- Esfuerzo Cortante.
1.1.1.1. Origen de los Sismos
Según lo anterior, el sismo es el proceso de liberación súbita de la energía
acumulada en la corteza terrestre por deformación elástica y que puede resultar
en desplazamiento o deformación de partes de la corteza, que al llegar a la
superficie produce caos y devastación.
Sin embargo más allá del análisis, los sismos parten de la historia sobre la
formación continental en donde hace 200 millones de años, cuando se encontraba
un solo continente llamado pangea, que gracias a la tectónica de placas se fue
13
desarrollando hasta que a la fecha, contamos con seis masas continentales con
las partes elidas de la tierra. A partir de estos últimos desplazamientos producidos
aproximadamente hace 40 millones de años se formó la Placa Sudamericana, que
abarca toda Sudamérica y parte del Atlántico Sur; por otro lado, está la Placa
Norteamericana que cubre Norteamérica, Groenlandia, parte del Caribe y partes
del Atlántico, Glaciar Ártico y Siberia. Al otro lado de la tierra se encuentra la placa
Euroasiática que limita con Eurasia menos India, Arabia y Siberia, y están dentro
de la placa Indo australiana que cubre la India, Australia y su océano circundante.
Al occidente de ésta se encuentra la Placa Africana que se define por África en su
totalidad. Por otro lado se encuentra la Placa Antártica cubriendo absolutamente
toda la Antártida y su océano circundante. Por último, la Placa Pacífica, ésta
abarca la mayor parte del Océano Pacífico y es la mayor del planeta.
Sin embargo existen otras placas secundarias, y son aquellas que generalmente
producen un movimiento telúrico tras su interacción con las placas principales.
Fuente. 1 Imagen de la NASA mostrando las placas tectónicas y la actividad
sísmica asociada a ellas.
(Imagen D.P. NASA vía Wikimedia Commons)
14
Entre estas, la que más se recalca dada su afectación en Colombia, es la placa de
Nazca. Debido a su interacción con el borde oriental de la placa se encuentra
dentro de una zona de subducción bajo la placa Sudamericana, lo que ha dado
origen a la Cordillera de los Andes y a la fosa peruano-chilena, provocando que
esta área sea altamente sísmica y volcánica. Así, se destaca el terremoto de
Valdivia de 1960, cuya magnitud superó los 9,5 Magnitud de Momento.
I. Escalas sísmicas
Las escalas sísmicas han tenido una evolución limitada, su función es la de
comparar los movimientos telúricos en todo el mundo, sin embargo, dado lo poco
que se sabe sobre cómo medir un sismo o terremoto, se crearon estimativos
fugaces de acuerdo a los avances en el transcurrir de los últimos 120 años.
Escala de Richter.
Esta escala surgió en el año de 1935 tras estudios en el Instituto de Tecnología
de California. Desarrollada por Charles Richter, está basada en la amplitud de
onda sísmica superficial registrada por los sismógrafos, los cuales fueron creados
en 1880, ahí, el estudio de Richter sobre los sismogramas tuvo viabilidad. Sin
embargo esta escala suele variar puesto que se basa en la disminución de la
amplitud de onda, a través de la distancia. Ahora bien, tras varias investigaciones,
se concluyó que pese a que los sismógrafos suelen manejarse bajo el mismo
modelo, los resultados variaban entre estaciones, muy posiblemente debido a que
los estratos y suelos por los cuales se trasmite la onda suelen variar en grandes
distancias, variando así los resultados.
Pese a lo anterior, la escala de Richter se sigue usando para demostrar la
magnitud de sismos inferiores a 8.0 en la misma escala.
Escala de Mercalli
La escala de Mercalli fue desarrollada en 1884 por el físico Giuseppe Mercalli. Es
una escala que funciona de acuerdo a datos de observación después de ocurrido
un sismo. A pesar de que es considerada una escala básica y limitada, ésta es
15
usada en lugares donde los Sismógrafos suelen tener uso limitado o remoto y fue
usada hasta el surgimiento de la escala de Richter.
A continuación, se muestra una tabla en donde se comparan y se clasifican las
escalas de Mercalli y de Richter, de acuerdo a las características de destrucción y
medición de cada una.
Tabla 1 Tabla de comparación entre la Escala de Mercalli y la Escala de Richter
Escala de Mercalli Clasificación Escala de Richter
I Casi nadie lo ha sentido.
SISMOS
2.50
En general no sentido, pero
registrado en los sismógrafos.
II Muy pocas personas lo han sentido.
III Temblor notado por mucha gente que no suele
darse cuenta de que es un sismo.
3.50 Sentido por
mucha gente. IV
Se ha sentido en el interior de los edificios por mucha gente. Asemejando el movimiento de un
camión que transita por el lugar
V Sentido por casi todos; mucha gente se
despierta. Pueden observarse árboles y postes oscilando.
VI Sentido por todos; mucha gente corre fuera de los edificios. Los muebles se mueven, puede
producirse pequeños daños. 4.50
Pueden producirse
algunos daños locales
pequeños. VII
Todo el mundo corre fuera de los edificios. Las estructuras mal construidas quedan muy dañadas: pequeños daños en el resto.
VIII Las construcciones especialmente diseñadas se
dañan ligeramente; las otras colapsan.
TERREMOTOS
6.00 Terremoto destructivo.
IX Todos los edificios muy dañados,
desplazamientos en muchos cimientos. Grietas apreciables en el suelo.
X Muchas construcciones destruidas. Suelo muy
agrietado. 7.00
Terremoto importante.
XI Derrumbe de casi todas las construcciones.
Puentes destruidos. Grietas muy amplias en el suelo. +
8.00 Grandes
terremotos.
XII Destrucción total. Se ven ondulaciones sobre la
superficie del suelo, los objetos se mueven y voltean
16
1.1.1.2. Sismos Ocurridos
En la historia de la tierra existen cientos de movimientos, que con el transcurso del
tiempo se les llamaban castigos de los dioses o actos de brujería en donde la
humanidad era reprendida; sin embargo, uno de los primeros sismos reportados
ocurrió el 23 de enero de 1556 en donde se estima una pérdida de 830.000 vidas
en China – Shansi. (Sarria Molina, 1990).
Dado lo anterior y con el inicio del uso de las escalas y clasificación de los sismos,
se comenzaron a documentar regularmente los movimientos telúricos, por ello, a
continuación se nombran algunos sismos que representaron una brecha en el
tiempo dada su importancia y lamentablemente la pérdida de vidas.
I. Sismos en el Mundo
1. Chile: registra el terremoto más grande registrado en el planeta, ocurrió un
domingo 22 de mayo en el año de 1960 aproximadamente a las 02:55 PM
en Valdivia. Tuvo una magnitud de 9.5 con 37 epicentros y una duración de
10 minutos. Tras el movimiento se produjeron tres tsunamis.
PRE - SISMO POST – SISMO
Fuente. 2 Valdivia (1960) Antes del Sismo
Recuperado de http://historiadevaldivia-
chile.blogspot.com/2010/06/isla-
tejas.html
Fuente. 3 Valdivia (1960) Después del
Sismo Recuperado de
http://3quellon.blogspot.com/2012/05/22-
de-mayo-de-1960-terremoto-95-
richter.html
17
EN LA ACTUALIDAD
Fuente. 4 Valdivia (2010) En la Actualidad
Recuperado de
https://www.flickr.com/photos/chile-
chile/5078326808/
2. Japón: registra el cuarto terremoto más grande registrado en el planeta,
ocurrió un viernes 11 de marzo en el año de 2011 a una hora aproximada
de 02:46 PM con una magnitud de 9.1. Tras el movimiento se produjeron
tsunamis cuyas olas se registraron 24 horas después en las costas
suramericanas, las muertes ascendieron a 15.836 además de millonarias
pérdidas económicas.
POST - RECONSTRUCCIÓN PRE – RECONSTRUCCIÓN
Fuente. 5 Japón (2011) Reconstrucción
Recuperado de
http://dan777000.blogspot.com/
Fuente. 6 Japón (2011) Después del Sismo
Recuperado de
http://dan777000.blogspot.com/
18
3. Indonesia: registra el segundo terremoto más grande registrado en el
planeta, ocurrido el 26 de marzo del 2014 bajo una magnitud de 9.3. Tras el
movimiento se produjeron tsunamis que hicieron desaparecer varias islas
costeras. Las víctimas fatales ascendieron a 230.273, además de
millonarias pérdidas económicas.
PRE - SISMO
Fuente. 7 Indonesia (2004) Antes del Tsunami Recuperado de
http://cmcagustinos.wordpress.com/2011/03/02/tsunami-de-indonesia-de-2004/
POST - SISMO
Fuente. 8 Indonesia (2004) Después del sismo Recuperado de
http://cmcagustinos.wordpress.com/2011/03/02/tsunami-de-indonesia-de-2004/
19
II. Sismos en Colombia
En Colombia, el primer sismo del cual existe información data de 1566 cuando los
pueblos donde en la actualidad se ubican Popayán y Cali, fueron estremecidos por
un fuerte temblor que destruyó casas de tapia.
1. Chocó: ocurrió un 31 de enero en el año de 1906, tuvo una magnitud
estimada de 8.8 y provocó un tsunami destructivo, produciendo
inundaciones en donde resultaron 500 muertes.
2. Cúcuta: ocurrió el 18 de mayo de 1875, con una magnitud de 7.3 y que fue
sentido en la ciudad de Bogotá además de algunos estados venezolanos.
En Colombia, los departamentos que más presentan riesgo sísmico son: Nariño,
Chocó, Caldas y Santander; en este último se ubica el pueblo de Los Santos que
es considerado el segundo pueblo más sísmico del mundo, además existen
numerosas zonas con riesgo medio por su ubicación cercana a las fallas
geológicas activas producidas en la cordillera.
3. Eje Cafetero: el sismo ocurrido el lunes 25 de enero de 1999 a las 01:19
PM con una magnitud de 6.4 grados.
4. Popayán: ocurre el 31 de marzo de 1983, con una magnitud de 5.5,
produciendo la muerte a casi 350 personas y pérdidas millonarias.
Tras la tragedia de Popayán, se creó el Código Colombiano de Construcciones
Sismo Resistentes, Decreto 1400 de 1984, el cual fue el primer gran paso hacia la
educación para la construcción de edificaciones Sismo Resistentes.
1.1.1.3. Ondas Sísmicas
Las ondas sísmicas son aquellas que transmiten los esfuerzos descritos
anteriormente tras la ocurrencia del sismo, de tal manera que la propagación de
energía se hace por medio de estas ondas, las cuales se trasmiten gracias a la
presencia de un sismo.
Dado lo anterior, las ondas sísmicas se dividen en dos tipos: las ondas internas,
que son aquellas que se propagan gracias a la existencia de un medio y ondas
superficiales, a causa del cambio de rigidez de los estratos en el suelo.
20
Por otro lado existen las ondas superficiales y de dispersión las cuales como su
nombre lo indica, tienen un movimiento superficial retrasmitiendo las ondas
internas de acuerdo a su magnitud, medio y distancia.
I. Ondas internas
Son ondas libres que se trasmiten por la parte interna de medio de trasmisión, en
este caso la tierra. Existen dos tipos de ondas, aquellas que se llaman ondas
longitudinales, que tienen una acción de compresión y/o tensión y por otro lado
están las ondas transversales, las cuales tienen una acción cortante.
Las ondas que actúan bajo compresión son llamadas ondas P. ´´Las ondas P son
ondas compresionales que alternan la compresión y la expansión del material que
atraviesan. El movimiento hacia delante y hacia atrás producido cuando las ondas
compresionales recorren la superficie puede hacer que el terreno se doble y se
fracture y pueden provocar la rotura de las líneas eléctricas.´´ (Tarbuck & Lutgens,
2005)
Las ondas que actuan bajo efectos cortantes, es decir; como latigazos, dada su
forma son llamadas ondas S. ´´Las ondas S hacen que el material oscile en ángulo
recto con la dirección del movimiento de la onda. Dado que las ondas S pueden
desplazarse en cualquier plano, producen un temblor de tierra vertical y lateral.´´
(Tarbuck & Lutgens, 2005)
II. Ondas superficiales y dispersión.
Las superficiales se caracterizan por representar dos tipos de movimiento: ´´Un
tipo de onda superficial mueve el terreno de un lado a otro y puede ser
particularmente dañino para los cimientos de los edificios.´´ (Tarbuck & Lutgens,
2005) a estas ondas se le conoce como Ondas Love L. “Otro tipo de onda
superficial recorre la superficie terrestre de una manera muy parecida a las olas
oceánicas fuertes´´. (Tarbuck & Lutgens, 2005). A esta onda se le reconoce como
Onda Rayleigh R.
21
A continuación se muestra la ilustración 1 donde se indican las formas en que se
presenta y se trasmite la onda por los medios.
III. Características de Ondas Sísmicas
1. La velocidad de las ondas sísmicas depende de la densidad y la elasticidad de
los materiales que atraviesan. Estas viajan más deprisa en los materiales rígidos
que retornan elásticamente a sus formas originales cuando cesa el esfuerzo
causado por una onda sísmica. Por ejemplo, una roca cristalina transmite las
ondas sísmicas más deprisa que una capa de lodo no consolidada.
Fuente. 9 (Tipos de Ondas, Tarbuck & Lutgens, 2005, Pag 316,
Figura. 11.8)
Ilustración 1 Tipos de Ondas
22
2. Dentro de una capa determinada, la velocidad de las ondas sísmicas
aumenta generalmente con la profundidad porque la presión aumenta y comprime
la roca transformándola en un material elástico más compacto.
3. Las ondas compresivas (Ondas P) que vibran hacia atrás y hacia adelante
en el mismo plano que su dirección de movimiento, son capaces de propagarse a
través de líquidos, así como de sólidos, porque cuando están comprimidos esos
materiales se comportan elásticamente, es decir, se oponen a un cambio de
volumen y como una tira de goma, vuelven a su forma original cuando pasa la
onda.
4. Las ondas de cizalla (Ondas S) que vibran en ángulo recto con respecto a
su dirección de desplazamiento, no pueden propagarse a través de los líquidos
porque a diferencia de los sólidos, los líquidos no se oponen a la cizalla. Entonces,
cuando los líquidos son sometidos a fuerzas que actúan para cambiar sus formas,
simplemente fluyen.
5. En todos los materiales las ondas P viajan más deprisa que las ondas S.
6. Cuando las ondas sísmicas pasan de un material a otro, la trayectoria de la
onda se refracta. Además, la discontinuidad refleja algo de la energía, esto es
similar a lo que ocurre con la luz cuando pasa del aire al agua.
Por tanto dependiendo de la naturaleza de las capas a través de las cuales pasen,
las ondas sísmicas van más rápidas o más lentas y pueden refractarse o
reflejarse. Estos cambios medibles en los movimientos de las ondas sísmicas
permiten a los sismólogos sondear el interior de la Tierra.
IV. Movimiento ondulatorio
Partiendo de lo anterior y teniendo en cuenta que una onda sísmica transporta
esfuerzos que con el desarrollo de amplitudes, frecuencias y velocidades
dependen de las características de la fuente sísmica y del medio transmisor; los
eventos ondulatorios en realidad son la transmisión de energía de un lugar a otro
dentro de los cuales se analizan los elementos como:
23
- Período (T), el cual describe el tiempo que gasta en efectuar una oscilación
completa.
- Frecuencia (F), la cual define el número de oscilaciones completas en una
unidad de tiempo.
Estas variables se analizarán más adelante en el ítem de análisis estructural.
1.1.2. ¿Qué es Ingeniería Sísmica?
Si combinamos las teorías sobre ingeniería sísmica y sobre lo que significa,
básicamente se definiría como aquella disciplina que combina conceptos en pro de
entender a fondo cómo funcionan los sismos en una estructura. Si partimos de lo
anterior, la ingeniería sísmica abarca aquel campo que une la dinámica de
estructuras, el análisis sísmico de la estructura, la resistencia de materiales, la
interacción suelo–estructura, características geotécnicas, comportamientos de la
estructura, patologías y dinámica de suelos entre otros conceptos, todo en pro de
dar una solución respecto a los daños materiales, las millones de vidas que se han
perdido a partir de los sismos y de la mala capacidad de las estructuras de
aguantar estos eventos.
De allí parte la importancia de evaluar las estructuras y evitar casos como el
terremoto de Haití en el 2010, en donde el uso de procesos constructivos
obsoletos en lo que refiere a estructuras sismo resistentes, permitió que murieran
más de 250.000 personas. Por lo anterior, si realizáramos un examen a conciencia
de las estructuras existentes en nuestro país, y fuéremos conscientes de que
tenemos fallas, podríamos prevenir de alguna manera las catástrofes, no diciendo
que las estructuras soportarían los sismos, si no reforzando el concepto de
vulnerabilidad de las estructuras.
1.1.3. ¿Qué es un Análisis Sísmico?
Un análisis sísmico consiste en evaluar características en donde se involucre el
estudio sobre circunstancias que le ocurrirían a una edificación en el momento de
un movimiento telúrico.
24
En consecuencia, a los diferentes desarrollos sobre la construcción que se ven
relacionados debido a las necesidades que convengan en cada sociedad, se
planean construcciones que cumplan con los requerimientos mínimos. En el caso
de Colombia, el desarrollo de las NTC (Normas Técnicas Colombianas) y la última
actualización de la NSR destinada para la ejecución a partir del año 2010, en
donde se reglamenta el uso y las características de una obra para el desarrollo de
posibles estrategias para la prevención de desastres y salvar a una población de
una catástrofe mayor.
Pero tal vez, si por medio de entidades estatales se lograra cierto número de
evaluaciones permitiendo que las edificaciones tengan un antecedente de cómo
van actuar en el momento de un sismo, se lograría crear conciencia sobre la
probabilidad inminente de ocurrencia de un sismo y que si no se controla y se
toman medidas frente a aquellas estructuras que no cumplen con los requisitos, se
podría repetir la historia de Haití en el 2010 o Armenia en 1999.
1.1.4. ¿Cuáles son los componentes para un Análisis
Sísmico?
Resulta difícil inferir que realizando el correcto análisis de patologías, estudio de
vulnerabilidad y análisis primario estructural se lograría de alguna manera dar un
paso para prevenir tragedias y que con un correcto asesoramiento de un ingeniero
especializado se corregirían estructuralmente aquellas edificaciones que no
cumplen con el código sismo resistente actual. Tal vez sería suficiente para una
comunidad tomar medidas en el asunto y realizar lo correcto frente a este
panorama de riesgo.
En conclusión a lo anterior, Bogotá está preparada para que el 60% de las
edificaciones que existen en la actualidad y que fueron construidas antes de la
aplicación de la NSR – 98, mantengan su estabilidad ante un sismo pero en
realidad se analiza que este 60% no es sólo a nivel de ciudad, sino que también
se presenta en todo el pais.
25
En pro de perseguir el objetivo sobre un análisis sísmico primario, el presente
manual desarrolla una investigación con base en la evaluación de los siguientes
ítems:
1. Visualización e identificación de patologías de la estructura.
2. Análisis de Vulnerabilidad Sísmica.
3. Análisis Sísmico Estructural.
26
VISUALIZACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE
PATOLOGÍAS
Si partimos de que la importancia del presente documento es la evaluación de la
patología preventiva, aquella que podemos visualizar y que identificándola nos da
un punto de partida para realizar actos correctivos sobre las lesiones producidas
por problemas constructivos que surgen con posteridad a la ejecución de un
proyecto, en conformidad, se puede encontrar que el concepto de patología
preventiva según la Enciclopedia Broto de Patologías de la Construcción ‘’consiste
en considerar la funcionalidad constructiva de los elementos y unidades que
componen un edificio su durabilidad e integralidad.’’ (Broto, 2005) Dado lo anterior, con el presente numeral lo que se pretende es dar un punto de
vista en el cual se verifique la importancia de realizar un simple examen visual
sobre el estado actual de la estructura; de allí patentar y evaluar la patología de la
estructura como una ciencia que lo que realmente pretende es definir y
comprender los fallos y lesiones en la construcción, dando como punto de partida
para el análisis la estipulación de correcciones y soluciones a la estructura.
Dentro de la evaluación de patología para definir y profundizar, generalmente se
conceptualizan distinciones sobre el estudio de las patologías, las cuales son:
I. El origen, que define qué produjo y cuál fue la causa por la cual la lesión se
desarrolló.
II. La evolución es el seguimiento que se le hace a la patología, por cuanto es
consiguiente a que no es una reacción habitual a la esperada, es decir, que
ya no se presenta una fisura si no que por el contrario su tamaño varió
hasta el punto de volverse una grieta que afecta el desarrollo estructural
monolítico.
2.
27
Por otro lado, la evolución de la patología también se define desde el punto en que
la misma es reparada y maquillada. Reaparece en iguales o mayores proporciones
a las predeterminadas, esta evaluación es de gran importancia dado que esta
consagración de la patología y dependiendo de la ubicación dentro de la
edificación puede dar un índice de condiciones no propicias o que estén afectando
a la edificación, es decir, en este aspecto es necesario que se evalúen
asentamientos, resistencia de materiales, construcciones vecinas nuevas entre
otras condiciones que se describirán más adelante.
III. La causa, por otro lado, es como ya se había nombrado la consagración de la
patología, aunque realmente suena tedioso, el desarrollo de la patología
funciona como un ciclo de vida: nace, necesariamente evoluciona y al final
debe ‘’morir’’ para evitar una complicación en el desarrollo de la estructura, sin
embargo la causa es aquella reacción por la cual nació.
Por ejemplo, un concreto que se presenta hormigonado en la pata de una
columna, nace tras la fundida del elemento. La causa necesariamente fue la
mala aplicación del material o la baja consistencia del mismo en el momento de
la aplicación. Resultados tan básicos como el asentamiento pueden
verídicamente afectar el movimiento del material por todo el elemento
estructural; la patología más allá del hormigonado son generalmente las
reacciones químicas que pueden afectar el acero dado que la condición de
hormigonado hace que la porosidad y la mala consolidación del material
permita la penetración de sustancias o agentes que afecten al concreto y del
acero, permitiendo reacciones químicas que en la evolución del mismo pueden
producir corrosión del acero, mala resistencia del elemento total, sulfatación del
concreto, vencimiento y fisuras del material en el elemento post maquillaje del
mismo.
Por ello, la verificación de la causa se distingue en última instancia tras la
observación y la evolución de la lesión.
IV. Por último, la rehabilitación (aunque no hace parte del objetivo del presente
documento) es importante, dado que toda lesión debe tener una solución y
corrección para que no afecte y evolucione de manera incontrolada. Pese a
que las rehabilitaciones suelen tener todo tipo de parámetros para la solución
de las mismas y que hoy en día se cuenta con tecnologías y productos que
permiten la corrección de las lesiones, una mala práctica puede repercutir en
un resultado final que afecte físicamente el elemento, de allí la importancia de
reparar la reacción para no caer en el ciclo de acción nuevamente.
28
a. Patologías Pre – Sismo
Las edificaciones de concreto reforzado son aquellas que documentan el mayor
número de daños durante eventos telúricos, sin embargo también son las mismas
que generalmente logran sostenerse ya sea en condición de vulnerabilidad
después de los sismos, permitiendo que su estabilidad primara en tiempos de
evacuación.
Sin embargo, de cierta manera es verdad que su estabilidad se ve afectada dada
la construcción desmedida, el uso de materiales sin control de calidad y el diseño
estructural sin el uso de las normatividades existentes. Variables como estas son
las que afectaban desmedidamente las edificaciones construidas antes de la
aplicación de la NSR–1998; pese a que existía un precedente tras el terremoto de
Popayán ocurrido en 1983 de donde surgió el Código Colombiano de
Construcciones Sismo Resistentes, Decreto 1400 de 1984.
Por lo anterior, se discutirán las causas por las cuales la identificación de una
patología es el punto de partida para el análisis sísmico. En general, la ocurrencia
de los sismos es imposible de predecir, sin embargo en cuanto estamos hablando
de patologías podemos concluir qué tipo de reacción de una lesión en un elemento
estructural puede afectar a largo plazo, sin embargo un sismo tiene cualidades por
las cuales aquellas lesiones son vulnerables.
En general, pese a que los daños que se analizarán son aquellos que se
distinguen dentro de la unión de los pórticos, fisuras o grietas a 45° en vigas en
concretos reforzados y muros construidos en mampostería, suelen deducirse de
problemas con esfuerzos cortantes y torsionales; sin embargo, hoy en día otras
causas están basadas en asentamientos, movimientos inusuales dadas las
proximidades de cimentaciones vecinas, movimiento vehicular de vías aledañas,
redes de acueducto o alcantarillado en donde se producen saturaciones del suelo
los cuales producen expansiones que afectan la verticalidad de las edificaciones.
Entonces, las razones que conducen a generar una investigación y análisis sobre
las patologías pre–sísmicas, suelen tener un objetivo primordial. Por ello, a
continuación se explican las principales variables con las cuales se debe manejar
29
el objetivo final del proyecto en concordancia con el análisis patológico de una
estructura.
I. Insuficiencia estructural
Los conceptos sobre la composición del concreto y que cuya homogeneidad en
cierta manera hace del concreto reforzado uno
de los mejores materiales para la construcción
de edificaciones, las lesiones visualizadas en
forma de fisuras como ya se nombraba antes,
están directamente relacionadas al desarrollo
de reacciones a cortante y tensión en general
relacionadas no con el diseño, sino con las
fases de construcción de los elementos,
puestas del material en obra en condiciones
no favorables, falsos fraguados y
endurecimiento prematuro del hormigón.
Además de lo anterior, una de las causas de
las fisuras son atribuidas a los contenidos de
humedad del material, en donde la acción de la lesión es producida por la pérdida
de la misma generando un choque térmico producido por calentamiento,
evaporación o congelamiento dentro del elemento; a esto se le llama refracción
térmica.
En general existen varios tipos de fisuras que pueden dignificar las patologías pre–
sísmicas dado que están relacionadas con el estado estructural de una edificación.
Existen fisuras marcadas por los aceros de refuerzo, implicadas por el mal
recubrimiento lateral e inferior en algunos elementos estructurales; fisuras
horizontales en elementos verticales como columnas producidas en cuanto flejes
limitan la expansión homogénea en el elemento. En este estado también son
comunes los casos de hormigoneo, fisuras representadas en la mala adecuación y
geometría de la estructura refiriéndose a la unión en los nodos porticales, además
de cambios exabruptos en la sección.
Imagen 1. 0-1 Fisuración de placa.
30
Por otro lado, según la Enciclopedia Broto de patologías, existen factores que dan
parte al análisis refiriéndose a las lesiones que se produjeron en una estructura
tras la ejecución de elemento en obra.
-Dosificaciones mal realizadas.
-Transporte y vertimiento del material en el elemento.
-Compactación Deficiente.
-Disposición y separación de armaduras.
Pero en contraposición, se encuentra que pese a que la mayoría de patologías
pueden verse ligadas a la realización de un mal proceso constructivo, no es
objetivo pensar que todo tipo de lesión está ligada a la misma conclusión, pues
también existe la particularidad de evaluar como causa un mal diseño estructural o
el asentamiento mal dimensionado; por ello aunque hasta el momento sólo se ha
hablado de patologías visualizadas gracias a la interpretación de fisuras, estas son
precisamente las que dan el punto de partida de lo que está sucediendo en una
estructura y permite ese análisis visual inicial que percata lo que está ocurriendo
en la edificación. Generalmente en el análisis patológico los indicios parten de la
discontinuidad de un elemento estructural y este hecho es indicado en el momento
que se presenta una fisura.
Existe una particularidad en las edificaciones construidas antes del 98, y es que
lamentablemente en Colombia existió un remesón en la construcción en este
mismo año lo que llevó a varias constructoras a concluir ciclos constructivos o
simplemente rematar los proyecto con una construcción a medias y esto llevo a
que las garantías constructivas que se manejan y se manejaban en ese entonces
se perdieran y no se evaluaran las lesiones post–construcción. Pero ¿Por qué es
concerniente el anterior comentario?, hoy en día las garantías que se manejan a
las constructoras están ligadas al código del consumo, donde se indica que cada
edificación debe tener una garantía de 10 años con la copropiedad a partir de la
entrega, si analizamos las cosas desde el punto de vista de una copropiedad de
un edificio construido hace 15 años cuya construcción pudo no haber estado
ligada a los estándares de calidad y que adicional fuera intervenida o no terminada
31
dada las quiebras de las empresas constructoras en dicho año, esto podría
repercutir en que una edificación no pudo haber logrado el correcto seguimiento
post – construcción en lo que refiere a los asentamientos, control de fisuras post–
ventas.
Dado lo anterior, en general el tiempo es un factor determinante que puede inducir
si las lesiones están ligadas al proceso constructivo, es decir, si se analiza el
ejemplo anterior, se puede decir que si en aquella construcción se hubiese
perseguido el análisis post construcción, se podrían determinar las causas de las
lesiones relacionándolas con el tiempo de aparición y teniendo en cuenta
reparaciones locativas, ubicación de las lesiones y cantidades de intervenciones al
mismo punto de lesión; por otro lado, las lesiones relacionadas a la post–
construcción también están ligadas a degradación de la estructura.
II. Degradación estructural
Es común que una edificación pare su proceso constructivo por condiciones
económicas u otro tipo de características que dificultan la culminación de un
proyecto, dejando deteriorar la estructura. Otra causa se podría relacionar a la
falta de protección contra las condiciones del entorno, lo que indica problemáticas
que son precisas como posibles
corrosiones o deterioro de los elementos
estructurales.
Partiendo de lo anterior y pese a que
existen varias condiciones para que una
estructura se degrade, no precisamente ligadas con el paso del tiempo, sino
también a factores como incendios, explosiones, sobre cargas no calculadas, o
Imagen 1. 0-2 Degradación por humedad,
mala acomodación estructural, corrosión
de un elemento estructural primario.
32
sismos ocurridos con anterioridad, pueden ser importantes en el momento de
evaluar una estructura.
Es así como en el momento de la revisión de una estructura es importante percibir
cada uno de los factores en los cuales se abordará la evaluación sobre el estado
de la misma; pese a que una simple inspección locativa que vigile el desarrollo de
una edificación sustenta el resultado final, generalmente lo que abarca el problema
es poder ser imparcial en el momento de revisión de una lesión, es decir, ir a
fondo en cada uno de los detalles porque puede ser vital en el estudio final sobre
el desarrollo patológico pre–sísmico.
Como ejemplo de lo anterior, se encuentra la Imagen 1. 4-3, la cual presenta una
degradación de un sistema estructural en donde interviene materiales como placa
colaborante en acero galvanizado perfiles en C, soldados formando una pacha y
rigidizando el sistema.
Si evaluamos este simple caso, existen varias fallas que incitan a varios
desarrollos de patologías en la estructura. Pese a que la teoría habla de lesiones
directas donde se abarcan las mecánicas, físicas, químicas y lesiones previas y
además de las lesiones indirectas las cuales incluyen las desarrolladas por el
diseño, la ejecución en obra, el material y el mantenimiento de una edificación.
Pero si se profundiza existen patologías repetitivas y complejas que
desencadenan una serie de problemáticas combinando lesiones, generando
lesiones mixtas, que en ocasiones no serán catastróficas pero que se deben tener
en cuenta en el momento de la inspección de elementos e identificación de
patologías como la mostrada en la figura 1. 4-3. Donde la generación de la
rehabilitación permitió la regeneración de un modelo estructural mal construido.
III. Estado actual estructural
En este numeral, la evolución parte de las deficiencias que puedan existir en una
estructura y que no necesariamente están ligadas al diseño estructural o a la
construcción de la edificación; normalmente este factor se le atribuye al desarrollo
de circunstancias en las estructuras que afectaron su consistencia inicial como es
33
el caso de un incendio, actos terroristas, sismos, entre otras condiciones extremas
que pudieron haber afectado la estructura.
Si se tiene en cuenta lo anterior, los estados actuales pueden estar ocultos, es
decir, los factores visuales que pueden indicar la condición de una estructura
pudieron haber sido ocultados tras las condiciones ocurridas, dejando en
entredicho este numeral. Sin embargo, aunque una lesión sea ocultada, si incide
en el desarrollo dentro de la afectación a un elemento estructural, será posible de
percatar dado que la particularidad sobre las patologías estructurales en sistemas
aporticados, se verá referido en el momento que el elemento presente una falla y
esta se puede volver reincidente, puesto que por la catástrofe se generan fuerzas
y esfuerzos que someten a una estructura.
Con base en lo anterior y teniendo en cuenta que las problemáticas que pueden
llegar a ocurrir en una edificación parten de que la identificación de peculiaridades
en una construcción suelen percatarse por sentido común. Es decir, en esta
observación lo que se quiere dar a conocer, es que si una persona llega a su lugar
de residencia, parquea su vehículo en el sótano y observa una y otra vez una
lesión y que en esa una y otra vez han pasado varios meses y la lesión ha
incrementado su tamaño por milímetros, la acusación por sentido común sería
informarle al administrador y que este tome cartas en el asunto; sin embargo en la
realización de este proyecto, se visualizó que a las personas les gusta el
desconocimiento; es increíble que pese a que se den cuenta de las problemáticas
que tiene el lugar donde residen o laboran, es común que se pasen por alto alertas
que detecten una posible afectación de la estabilidad de la edificación ante un
movimiento telúrico.
Por ello, para el sentido de este ítem, es necesario que las administraciones de las
edificaciones, tomen su papel de forma serie, y se percaten de los estados
actuales de las edificaciones con un simple paseo rutinario en donde se
identifiquen patologías, con esto sería más que suficiente para la evaluación del
estado actual de una edificación.
34
IV. Aumento de las cargas o cambio de los usos de la edificación
diseñada.
En este último caso la evaluación parte del conocimiento sobre las dimensiones, el
conocimiento sobre las variaciones de materiales y el recalculo estructural, en
donde la ubicación y aclaración de éstas, serán básicas para el desarrollo del
estudio en donde el seguir un riguroso proceso de reconocimiento será
conveniente para la conclusión final.
Por ello para el desarrollo de este ítem será primordial tener un sentido de
observación sobre lo realmente construido, adicional se debe contar con los
estudios con los cuales fueron construidas dichas edificaciones, para que al final el
diagnostico de patologías y análisis de vulnerabilidad sea concreto y acerque a la
veracidad de las consecuencias de modificar una edificación sin previo
conocimiento y causa. Esto
relacionado con aquellas
edificaciones que culminan una
construcción hasta cierta altura y
de allí a medida que el factor
económico mejora, agregan un
nuevo piso a la edificación, es
decir, de ser una casa de 2 pisos,
con un sistema aporticado simple
usando vigas, columnas y
sistema en mampostería
tradicional, pasa a ser una casa de 5 pisos en donde en ocasiones no se les da
continuidad a los elementos estructurales, dejando una estructura suelta y
vulnerable.
Como ejemplo, en la Imagen 1. 4-3. Podemos observar que la culata posee
variaciones de mamposterías e incertidumbre en la continuación de elementos
estructurales como vigas y columnas, además de tener en cuenta la variación que
pudieron existir en las cargas definidas en un principio. Este panorama lo
Imagen 1. 0-3. Edificio Ubicado en la Localidad
de Tunjuelito.
35
podemos apreciar en los estratos 1, 2 y 3 de la Ciudad de Bogotá, dejando en
entredicho el cómo se comportaría la ciudad ante la inminencia de un sismo y así
comprobar si muchas de estas estructuras cumplen con la normatividad.
b. Tipos de lesiones
A partir de lo anterior se puede evaluar que la clasificación de las lesiones existen
de tipo:
- Físicas, en donde se identifican aquellas de las
cuales cuentan con la modificación del color, la
forma, la dimensión, la humedad y la menos
controlable en un elemento estructural, el peso.
Dentro de las más comunes para su identificación
están aquellas que presentan humedades, suciedad
o falta de mantenimiento y las que presentan erosión
por intemperismo.
- Químicas, son aquellas que se ven muy
afectadas tras la intrusión de elementos como sales o
ácidos y al ambiente de la estructura, produciendo tal
reacción. Dentro de las más comunes se identifican
aquellas que presentan eflorescencias, oxidación,
corrosión, organismos y erosión por contacto químico.
- Mecánicas, las cuales se identifican con movimiento, separación o
segregación de materiales y desgaste. Dentro de las más comunes para su
identificación están aquellas que presentan grietas, fisuras,
desprendimientos y erosión por contacto repetitivo.
Dado que las lesiones se pueden presentar en varias circunstancias, las que
generalmente se relacionan y se vigilan en un elemento aporticado son las
mecánicas, la cuales se presentan en grietas que abarcan una presencia por
Imagen 1. 0-4 Grieta
producida en la unión de
dos muros – Humedad
visible – Fluorescencia
visible.
36
carga, dilatación o contracción del elemento. Las fisuras se presentan por soporte,
acabado y por cambio del material. Los desprendimientos se presentan cuando no
existe un acabado continuo, es decir, que el soporte o adherencia del material no
es regular para la unión con la otra superficie.
Este último caso es muy común cuando los agregados con los cuales se fabrica el
concreto no cuentan con las características físicas ideales en el momento de la
fundición de un elemento, por ejemplo, se planea fundir una columna y el
agregado grueso del concreto posee varios cantos redondeados, produciendo que
la masilla que forma el cemento no tenga la adherencia adecuada; esta
circunstancia influye en que en el momento del vibrado esta masilla se pierda y el
elemento quede con poros o con presencia de segregación llevando a otra
patología que abarca la erosión del elemento ya que permite el ingreso de agentes
patológicos y afectando el interior del elemento. Pero, ¿por qué es importante
nombrar este último caso?, dentro de la realización del proyecto, fue una de las
lesiones que más se pudo observar y pese a que no necesariamente están ligadas
a factores por desgaste, si no por el proceso constructivo, es una patología que se
debe corregir dado que por este punto el desgaste a través de los años se puede
volver en una lesión física o química que en ocasiones su corrección es
engorrosa, además de que el elemento estructural no posee la resistencia ideal
para el cual fue diseñado.
c. Efecto de las sobre cargas
Para la definición de este ítem, se puede decir que está ligado a la solidez del
elemento estructural, respecto a la evaluación sobre los efectos de cargas, efectos
independientes de cargas, en donde relacionan cambios de humedad,
temperatura, fluencia del elemento y asentamientos que se presentan en los
pórticos.
37
Ilustración 2 Ejemplo de cargas que inducen a fisuras.
En cuanto hablamos del desarrollo de patologías dependientes de las cargas de
una edificación, se puede definir la aparición de fisuras de acuerdo al desarrollo de
esfuerzos y deformaciones primarias definido por post–carga que se aplica en una
edificación, pese a que la misma haya sido calculada.
Con lo anterior se culmina el preámbulo, con el cual se dió enfoque al desarrollo
para el análisis patológico dentro de la construcción e investigación del manual. En
el mismo se hará énfasis sobre planes de rehabilitación y se enfocará más hacia la
indicación de las lesiones, dado que el uso del manual se enfoca en aquellas
personas que no poseen conocimientos sobre condiciones estructurales, en tal
caso, el manual será desarrollado conceptualmente para que con la conformación
de una serie de variables, la persona tenga la posibilidad de dar un veredicto
previo de la estructura, dentro de esto, cabe resaltar que el hecho de que la
información suministrada en el manual y en el presente documento sea verás y
halla captado varios centros de información, no remplaza el punto de vista de un
profesional especializado en riesgos sísmicos. Por ello, si la persona identifica que
su edificación posee y está dentro de las variables de riesgo debe consultar a un
profesional para su veredicto y solución de la problemática que esté presentado la
edificación.
38
d. Patologías del concreto reforzado
En los edificios que cuentan con elementos
estructurales de concreto reforzado, es común
encontrar direcciones y características que una
edificación puede tomar dado los procesos de
fundición, peso a que esto conceptualmente no tiene
nada que ver con el desarrollo de las patologías, hoy en
día se le atribuyen a las causas por las cuales aparecen
las lesiones en una estructura. Según la nueva
aplicación de la NSR–2010, el correcto fraguado y
curado del concreto son recomendaciones vitales para
la persecución de las correctas resistencias, estos
controles se deben realizar con un correcto control de
asentamiento, además de análisis a los cilindros que
generalmente salen para el control de resistencias
del concreto. Sin embargo, es común que en varios
proyectos no se realice el correcto curado del
concreto dentro de los tiempos que corresponde
después del vertimiento del material.
Por lo anterior, es correcto afirmar que las
principales patologías en los edificios cuyo sistema
constructivo parte del sistema de aporticado, el cual
se caracteriza por el uso de concretos reforzado,
son aquellas que se vuelven vulnerables tras la
mala aplicación y evolución constructiva pues es
común encontrar vigas con porosidades en las
columnas donde se forma el nodo que distingue el
pórtico, pero en una edificación recién construida es una patología reciente y por
tanto con ciertos tratamientos curables dada la relación con el sistema constructivo
inmediato. Pero hagamos la misma pregunta de ¿Qué sucede con edificaciones
Imagen 1. 0-5 Fundida
del Elemento, Vibrado
Constante.
Imagen 1. 0-6 Fisuración en
placa a eje de Columna.
Edificación Culminada 2013.
39
de más de 14 años construida, y que presenta este inconveniente patológico?
¿Realmente es tan fácil de asimilar?
Pese a que aquellas alteraciones inician con malos vibrados, las malas
condiciones climáticas en el momento de la fundida, además de otros factores y
que existen casos en donde no podemos tener información veraz sobre el estado
de la estructura tras años de haberse construido y que por ende los elementos
estructurales presentan inconsistencias. Por ello, el conocimiento de estos
factores parte de criterios en donde se evalué, qué alteraciones que hoy en día se
mejoran en los procesos constructivos no se tuvieron en cuenta en edificaciones
pasadas.
Si bien es cierto que aquellas construcciones existentes suponen deterioros, en
general para que una edificación (Molina, 2010), (Mauricio Gallego Silva y Alberto
Sarria Molina, 2010. Pág. 304) y en contraposición para muchos, la teoría podría
representar un castillo de naipes, dado que los autores plantean que para que se
presente un daño estructural en cuanto a la ocurrencia de un sismo, es necesaria
la combinación de varias circunstancias. Pero la mala práctica de la ingeniería,
generará siempre incertidumbres sobre lo construido en edificaciones;
lamentablemente en Colombia la supervisión no es un fuerte, el cual sería de gran
ayuda para aquellas edificaciones nuevas y que pueden repetir los errores del
pasado.
Dentro de las malas prácticas, se incurren en defectos de ejecución, a los cuales
se les atribuye las siguientes lesiones:
- Curado del concreto insuficiente.
- Apuntalado defectuoso.
- Colapso de la formaleta por concentración del vaciado de concreto.
- Desencofrado prematuro o incorrecto.
- Falta de longitud de anclaje del acero.
- Colocación de menos hierro al indicado en los planos o menores secciones.
- Colocación de aceros oxidados.
40
- Cambio de ejes en los centros de las columnas.
- Luces distintas a las calculadas.
Por eso, dentro de la estabilidad de las estructuras de concreto reforzado, se
deben evaluar los factores sobre lesiones de cualquier tipo que afecte el desarrollo
adecuado de la estructura, pese a que esta peculiaridad no afecte directamente en
el momento de un sismo, sin embargo; siempre se debe verificar la cuestión sobre
el origen, la evolución, la causa y la rehabilitación para una patología.
41
42
3. ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD
El análisis de vulnerabilidad sísmica, parte de la evaluación e intervención de
edificaciones construidas antes de la vigencia de la NSR-2010, descrito en el
capítulo A. 10 de la misma. En este contexto, la vulnerabilidad puede definirse
como la capacidad disminuida de una persona o un grupo de personas para
anticiparse, hacer frente y resistir a los efectos de un peligro natural, en este caso,
de un movimiento sísmico. En general, este capítulo pretende establecer criterios
y procedimientos siguiendo una serie de requisitos para la evaluación de
vulnerabilidad sísmica, para posteriormente adicionar, modificar o remodelar el
sistema estructural.
Normalmente, una edificación se considera vulnerable si su construcción se
realizó previa al desarrollo de la normatividad en el año 1998, sin embargo, los
márgenes de vulnerabilidad se salen de este parámetro dada la construcción
desmedida en algunos sectores del país y dejando incógnitas sobre qué
construcciones fueron responsables en el correcto desarrollo de procesos
constructivos, construcciones ilegales, construcciones en zonas de riesgo, entre
otras variables que se irán determinando en el Capítulo 3 del presente manual.
Partiendo de lo anterior, la NSR en la actualidad tiene un alcance respecto al tema
de vulnerabilidad recalcando que existen ciertas intervenciones, que pueden llevar
a mitigar el impacto ante un sismo, y de igual manera, disminuir la condición de
vulnerabilidad. En pro de lo anterior, en el capítulo 5, se nombran los aspectos que
según la normatividad se deben tener en cuenta para el análisis sísmico
43
Sin embargo, este procedimiento está ligado a la relación y determinación sobre el
análisis estructural. En la actualidad, en el mundo existen metodologías para la
evaluación de vulnerabilidad sísmica de estructuras existentes, por ello y dado que
el manual está direccionado a sistemas aporticados, a continuación se explican
algunos de estos métodos los cuales servirán como objetivo para el análisis de
vulnerabilidades ya que el fin del manual es facilitar esta estrategia para el análisis
sísmico. Estos métodos consisten básicamente en observaciones de campo, de
allí la importancia de tener claro el desarrollo de patologías y lesiones previstas en
el capítulo 2. En estos métodos, también se caracteriza la evaluación geométrica
de las estructuras en las cuales se relacionan la altura, área en planta, número de
pisos y aspectos relacionados con el uso de la edificación.
I. Metodologías para la estimación de
vulnerabilidades
Básicamente se constituyen dos tipos entre los modelos de análisis de
vulnerabilidad sísmica: métodos analíticos y métodos observacionales. Partiendo
de lo anterior, a continuación se muestran los métodos que se usan para
edificaciones construidas en sistema aporticado.
Método de Hurtado y Cardona (1990)
Este método fue desarrollado por los Ingenieros Hurtado y Cardona tras la
aplicación del Código Colombiano para Construcciones Sismo Resistentes en el
año de 1984. Fue estudiado para que actuara en la evaluación de edificaciones de
primeros o segundos pisos y actúa de la siguiente manera:
Se debe determinar la longitud de los muros resistentes a cargas laterales en las
dos direcciones principales al terreno.
Calcular la resistencia cortante a partir de la menor longitud de muros
utilizando.
44
Donde:
VR: Cortante Resistente
L: Longitud de los muros
e: Espesor de los muros
v: Valor de la resistencia a cortante de los muros.
Calcular el peso de la edificación que es resistido por la estructura. W.
Calcular el CSR, es decir el coeficiente sísmico resistente (CSR), el cual
implica la relación entre la resistencia a cortante menos favorable y el peso
total de la estructura.
Selección del coeficiente sísmico exigido a la estructura, CSE. Esto según
el espectro de respuesta el cual se explicará más adelante en el análisis
estructural.
Calcular la demanda de ductilidad DD, como se muestra a continuación.
Establecer la capacidad de ductilidad CD según la tipología estructural,
tomando como base el valor Ro. En términos generales se recomienda con
valor de 1.5 para aquellas edificaciones que cuenten con confinamiento en
los muros y 1.0 para aquellas donde el muro se encuentre amarrado
únicamente por el pórtico existente.
En este mismo método se deben clasificar los daños existentes de la
estructura de manera cualitativa de acuerdo a la siguiente tabla.
45
Categoría y estado de daños Criterio de relación al valor de la demanda deducibilidad (DD)
1. Ninguno DD < 0.50 CD
2.Menores 0.50 CD < DD < 0.75 CD
3. Moderados 0.75 < CD < DD < 1.00 CD
4. Mayores 1.00 CD < DD < 1.50 CD
5. Totales 1.50 CD < DD < 2.00 CD
6. Colapso 2.00 CD < DD
Tabla 2 Clasificación de daños en función de la demanda de ductilidad
1. Ninguno: sin daños.
2. Menores: daños menores en elementos arquitectónicos.
3. Moderados: daños generalizados en los elementos arquitectónicos y daños
menores en los elementos estructurales.
4. Mayores: daños generalizados en los elementos estructurales y arquitectónicos.
5. Totales: daños en la estructura no reparables, por lo tanto la edificación debe
ser demolida y reemplazada.
6. Colapso: edificación parcial o totalmente colapsada por inestabilidad.
.
Método de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica
El método de la AIS consiste en una adecuación para edificaciones en
mampostería, sin embargo, es importante traer a colación este método dado que
maneja una plataforma sencilla en el análisis de vulnerabilidad. Adicional, evalúa
las edificaciones bajo tres criterios bien resumidos y coherentes con un análisis de
vulnerabilidad sencillo y eficaz.
Una de las ventajas es que es un modelo sencillo y que con ciertas variables se
puede condicionar al modelo matricial que se está buscando para la evaluación de
vulnerabilidad de edificaciones aporticadas.
46
Tabla 3 Esquema de vulnerabilidad de acuerdo al método de la AIS
(Maldonado Rondon & Chio Cho, Vulnerabilidad Sismica en Centros Urbanos,
2008)
Dado lo anterior, la clasificación de vulnerabilidad se determina en:
Vulnerabilidad Baja = 1
Vulnerabilidad Media = 2
Vulnerabilidad Alta = 3
COMPONENTE CLASIFICACIÓN DE
COMPONENTES
CLASIFICACIÓN DE LA
VULNERABILIDAD DE CADA
ASPECTO
FACTORES DE
PONDERACIÓN
RELATIVOS
VULNERABILIDAD
PONDERADA
a) Irregularidad en planta
de la edificación (IP)1,2 o 3 20% 0.2*A1
b) Cantidad de muros en
las dos direcciones (CM) 1,2 o 3
c) Irregularidades en
altura (AI) 1,2 o 3
a) Calidad de las juntas de
pega de morteros (CJ)1,2 o 3 20% 0.2*A2
b) Tipo y disposición de
las unidades de 1,2 o 3
c) Calidad de los
materiales (CMa)1,2 0 3
a) Muros confinados y
reforzados (MCR)1,2 o 3 30% 0.3*A3
b) Detalle de columnas y
vigas de confinamiento
(DVC)
1,2 o 3
c) Vigas de amarre o
corona (VA)1,2 o 3
d) Características de las
aberturas (CA)1,2 o 3
e) Entrepiso "E" 1,2 o 3
f) Amarre de cubierta (AC) 1,2 o 3
CIMENTACIÓN "C" 1,2 o 3 A4= C 10% 0.1*A4
SUELO (S) 1,2 o 3 A5= S 10% 0.1*A5
ENTORNO (En) 1,2 o 3 A6= En 10% 0.1*A6
ASPECTOS GEOMÉTRICOS
ASPECTOS CONSTRUCTIVOS
ASPECTOS ESTRUCTURALES
A1=
A2=
A3=
47
Método de la escala macro sísmica
Este método consiste básicamente en la clasificación de las estructuras en seis
clases de vulnerabilidad.
Ilustración 3 Escala de Vulnerabilidad de la EMS - 98
Desde el punto A se representa la afectación que posee mayor vulnerabilidad
hasta la descripción de F, la cual representa menor vulnerabilidad; todo con base
en los materiales usados para el proceso constructivo además del diseño sísmico.
Este método fue una propuesta realizada por EMS – 98, (Comisión Europea
Sismológica).
(Maldonado Rondon & Chio Cho, Analisis Sismico de Edificaciones., 2004)
A B C D E F
Marco con alto nivel de DSR
Muros sin DSR
Muros con moderato nivel DSR
Muros con alto nivel de DSR
AC
ERO
MA
DER
A
TIPO DE ESTRUCTURA
sin refuerzo, con unidades de roca
manufacturadas
CLASE DE VULNERABILIDAD
Cantos rodados, rocas
Adobe (ladrillo de la tierra)
Rocas simple
Rocas massiva
ESCALA DE VULNERABILIDAD DE LA EMS-98M
AM
PO
STER
ÍAH
OR
MIG
ÓN
REF
OR
ZAD
O
Estructuras de acero
Marco sin diseño sismorresistente (DRS)
Marco con nivel moderato de DSR
Estructuras de madera
reforzada o confinada
sin refuerzo, con pisos de hormigón
reforzado
Clase mas típica de Vulnerabilidad
Rango de casos menos probables, casos excepcionales.
Rango Probable
48
Método del Índice de Vulnerabilidad
El método fue desarrollado por los italianos Benedetti y Petrini en 1984 y consiste
básicamente en estimar la vulnerabilidad en función de parámetros que se
presentan en la edificación, en ellos se estiman unos valores que indican la
predisposición de la edificación a sufrir daño en el momento de un movimiento
sísmico.
Tabla 4 Calificación y peso de ponderación de ítems de vulnerabilidad para
edificación de mampostería (Benedetti y Petrini, 1984) (Maldonado Rondon & Chio
Cho, Analisis Sismico de Edificaciones., 2004)
N° PARÁMETRO K¡ (A)
K¡ (B)
K¡ (C) K¡ (D)
PESO W
1 Organización del sistema resistente 0 5 20 45 1.00
2 Calidad de sistema resistente 0 5 25 45 0.25
3 Resistencia convencional 0 5 25 45 1.50
4 Posición del edificio y cimentación 0 5 25 45 0.75
5 Diafragma horizontal 0 5 15 45 1.00
6 Configuración en planta 0 5 25 45 0.50
7 Configuración en elevación 0 5 25 45 1.00
8 Distancia máxima entre los muros 0 5 25 45 0.25
9 Tipo de cubierta 0 15 25 45 1.00
10 Elementos no estructurales 0 0 25 45 0.25
11 Estado de conservación 0 5 25 45 1.00
Tabla 5 Calificación y peso de ponderación de ítems de vulnerabilidad para
edificaciones de concreto reforzado (CNR, 1993) (Maldonado Rondon & Chio Cho,
Analisis Sismico de Edificaciones., 2004)
49
N° PARÁMETRO K¡ (A)
K¡ (B)
K¡ (C)
PESO W
1 Organización del sistema resistente 0 1 2 4
2 Calidad de sistema resistente 0 1 2 1
3 Resistencia convencional -1 0 1 1
4 Posición del edificio y cimentación 0 1 2 1
5 Diafragma horizontal 0 1 2 1
6 Configuración en planta 0 1 2 1
7 Configuración en elevación 0 1 3 2
8 Conexión entre elementos críticos 0 1 2 1
9 Elementos de baja ductilidad 0 1 2 1
10 Elementos no estructurales 0 1 2 1
11 Estado de conservación 0 1 2 2
En este método se evalúan parámetros que varían desde A, la cual representa la
afectación que posee menor vulnerabilidad, hasta la descripción de D, la cual
representa mayor vulnerabilidad. Dependiendo del valor escogido para K, este se
multiplica por el peso de implicación W. Al final la sumatoria de esta multiplicación
indicará el índice de vulnerabilidad.
50
PREÁMBULO PARA EL ANÁLISIS
ESTRUCTURAL
El análisis sísmico parte de la evaluación de cargas diferentes a la aplicación de
cargas vivas o muertas, dando como estudio la dinámica de cargas determinadas
por variables de tiempo las cuales cambian de sentido horizontal y vertical,
indicadas por un movimiento telúrico y desarrollado a partir de momentos
inducidos por ondas sísmicas.
Para el desarrollo de cada uno de los puntos a analizar en el momento de un
evento sísmico o del hecho de diseñar edificaciones que puedan resistir
adecuadamente a este fenómeno, ya sea que fueren construidas antes de la
aplicación de la norma sismo resistente que cobija en la actualidad a las
construcciones en el país, es necesario conocer el origen de las problemáticas;
aunque el análisis sísmico está confinado al desarrollo estructural definiendo las
fuerzas y momentos que actúan sobre la estructura en el momento de un sismo
para luego proceder al diseño de la edificación o verificación de un estado actual
de una construcción realizada antes del 98, parte del objeto final de investigación
del presente documento.
Según la NSR-2010 para el análisis sísmico en el Articulo A.10.1.4 –
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN DE LA INTERVENCIÓN, aplicado para
aquellas estructuras existentes, se debe realizar un análisis minucioso sobre el
estado del sistema estructural para el caso, aquellas estructuras construidas
mediante sistema aporticado teniendo en cuenta clasificaciones sobre estado
actual de la estructura teniendo en cuenta cualificaciones con base en la calidad
del diseño y construcción de la estructura original, además de una evaluación
4.
51
sobre la vulnerabilidad y patologías de su estado actual. Esta calificación según la
NSR–2010 se debe realizar dela siguiente manera. Siguiendo los artículos
A.10.2.2.1 y A.10.2.2.2. los cuales se muestran respectivamente a continuación:
• Calidad del diseño y la construcción de la estructura original
‘’Esta calificación se define en términos de la mejor tecnología existente en la
época en que se construyó la edificación. Al respecto se puede utilizar información
tal como: registros de interventoría de la construcción y ensayos realizados
especialmente para ello. Dentro de la calificación debe tenerse en cuenta el
potencial de mal comportamiento de la edificación debido a distribución irregular
de la masa o la rigidez, ausencia de diafragmas, anclajes, amarres y otros
elementos necesarios para garantizar el buen comportamiento de ella ante las
distintas solicitaciones. La calidad del diseño y la construcción de la estructura
original deben calificarse como buena, regular o mala’’. (Asociación Colombiana
de Ingeniería Sísmica, 2010)
•Estado de la estructura
‘’Debe hacerse una calificación del estado actual de la estructura de la edificación,
basada en aspectos tales como: sismos que la puedan haber afectado, fisuración
por cambios de temperatura, corrosión de las armaduras, asentamientos
diferenciales, reformas, deflexiones excesivas, estado de elementos de unión y
otros aspectos que permitan determinar su estado actual. El estado de la
estructura existente debe calificarse como bueno, regular o malo’’. (Asociación
Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010)
Aunque la aplicación del análisis sísmico está ligado a cuantificar y determinar
variables respecto a la secuencia de un sismo y sobre la evaluación de cómo va a
soportar la estructura un movimiento telúrico, en el caso de edificaciones ya
construidas, estas variables son válidas si se reconstruye en su totalidad el
modelo estructural con base al ejecutado realmente, lo cual es un estudio válido
que soportaría la información sobre la vulnerabilidad sísmica de la estructura en
cuestión. No obstante, el análisis sísmico debería tener como uno de sus
52
principales objetivos, evaluar los efectos que tienen los sismos en las
construcciones, aunque el análisis está ligado a la revisión de los materiales y de
su mecánica, es necesario evaluar los aspectos fundamentales de los sismos, los
cuales se nombrarán a continuación y darán inicio al desarrollo lógico para el
correcto análisis sísmico de una estructura ya construida.
Pese a que las variables pueden desarrollar diferentes características a evaluar,
estas deben ser revisadas rigurosamente dado que, aunque sean edificaciones ya
construidas, hay que recordar que hay vidas que dependen del desarrollo de la
estructura en el momento de un sismo, por ello para rediseñar y reconstruir unas
edificaciones hay que evaluar su estado actual.
Basados en lo anterior, se da paso a la conceptualización para el estudio de la
dinámica estructural y de suelos partiendo del concepto inicial sobre el análisis
sísmico dando como referencia la acción de fuerzas y momentos producidos por la
afectación de un sismo. En la actualidad, la literatura nombra la existencia de
cuatro variables que únicamente tratan el diseño estructural las cuales dan parte
del sistema con el cual se diseña a partir del desarrollo ingenieril moderno
facilitado por la aplicación de la ingeniería civil y sísmica.
I. Variables de diseño controladas.
Las variables para el diseño de una estructura, parten de la capacidad de una
edificación para resistir eventos sísmicos. Para ellos es necesario controlar las
variables de masa, rigidez, resistencia y capacidad dúctil, índices fundamentales
que parten del desarrollo y aplicación para el correcto diseño estructural y pese a
que estas variables son tenidas en cuenta para el primer diseño, son válidas para
la revisión del mismo; esto dentro de la aplicación de estructuras ya desarrolladas
antes de la entrada en vigencia de las NSR. Así como se nombra “EVALUACIÓN
DE LA ESTRUCTURA EXISTENTE. ETAPA 3 – El estado del sistema estructural
debe calificarse con respecto a:
(A) La calidad del diseño de la estructura original y su sistema de cimentación y de
la construcción de la misma.
53
(B) “El estado de mantenimiento y conservación” (Asociación Colombiana de
Ingenieria Sísmica, 2010).
- Masa
- Rigidez
- Resistencia
- Capacidad Dúctil
Como la característica de un sismo es de reacción a las cargas horizontales donde
resultan en la gran afectación de las edificaciones, adicional de la acción de
masas en movimiento que resultan en movimientos dinámicos dando una acción
que implica la evaluación de la frecuencia y período, partiendo de la teoría:
Donde
Pero si tenemos en cuenta el cambio que produce el desarrollo y reacción de una
masa la cual posee cierta rigidez, esta tendría una frecuencia propia, es decir, que
estaría actuando en un período propio de oscilación. Cuando se calcula el período
de una edificación en el momento del diseño se llama Período estructural y si
tenemos en cuenta lo anterior este se resumiría en el tiempo que le toma a una
estructura desplazarse para llevar a cabo un ciclo completo de oscilación; por otro
lado la frecuencia seria el número de ciclos que puede llevar el movimiento de una
edificación en una fracción de tiempo.
Es correcto afirmar que cada elemento de la estructura posee una rigidez y masas
que contienen períodos propios y si tenemos en cuenta esta sumatoria de
reacciones, estas aplican al desarrollo del período estructural total. Según los
ingenieros Mauricio Gallego y Alberto Sarria, creadores de la publicación “EL
CONCRETO Y LOS TERREMOTOS” para una edificación de no mayor a cinco
54
pisos de altura el período oscila entre 1/3 y ¾ de segundo, esto teniendo en
cuenta la relación entre la masa, rigidez y período estructural. Sin embargo,
conociendo la masa de una edificación de cinco pisos hay que tener en cuenta
que los períodos de las estructuras son bajos en relación al sistema estructural
aporticado y el manejo de derivas para columnas de dimensiones promedio. Esto
llevado al caso de que entre mayor sea la rigidez menores serán los períodos
estructurales, es decir, todo el período y frecuencia dependerá de la esbeltez,
rigidez y masa de la estructura. (Gallego Silva & Sarria Molina, 2010).
Ahora bien, otra de las teorías para aquellas edificaciones ya construidas, parte de
que la oscilación de una estructura también depende de las características del
suelo, es decir, que independientemente de la reacción de una estructura
dependerá del estrato en el cual este apoyado la cimentación de la edificación.
De tal manera, si tenemos un suelo blando tenemos una reacción sísmica, la cual
llaman Interacción suelo–estructura y por ello es necesario en el momento de
evaluar una edificación ya construida tener en cuenta el tipo de enganche entre
una edificación y el suelo constituido, por ello entre más esbelta sea la edificación
y entre más blando sea el suelo, los efectos de interacción inercial en la estructura
serán mayores.
Masa
La relación para el desarrollo y determinación de ’’ los efectos dinámicos de las
construcciones requieren tener en cuenta las propiedades o variables dinámicas
nombradas anteriormente. Estas son determinadas por las dimensiones, el peso,
la rigidez relativa, el periodo fundamental, los tipos de apoyo y el grado de
elasticidad de los materiales de la estructura’’ (Maldonado Rondon & Chio Cho,
2004)
Por ello, si relacionamos las características y para qué función cumpliría respecto
al presente estudio; la definición que más convendría es la plasmada en la NSR
2010 que define la masa como la sumatoria de masas total de la edificación la cual
en la expresión de medidas SI se expresa en kg y debe ser igual a la masa total
55
de la estructura más la masa de aquellos elementos tales como muros divisorios y
particiones, equipos permanentes, tanques y sus contenidos, etc. Sin embargo
esta definición no varía mucho en las explicaciones teóricas de la literatura actual.
Rigidez
Si verificamos la relación respeto al comportamiento dinámico construido en un
sistema estructural aporticado, esta estará condicionada como una propiedad que
está definida por el producto entre el módulo elástico y el momento inercial de una
edificación, esto directamente ligado a la rigidez respecto a la cimentación de la
estructura. Por otro lado, la rigidez permite que las masas que actúan en una
estructura desde el inicio de su cimentación tengan un grado de movimiento, esto
permitiendo del hecho de que exista una capacidad de amortiguamiento de las
fuerzas existentes y que actúan en una edificación, de esta forma logrando disipar
la energía absorbida, es decir ´´una estructura puede tener masa pero si no tiene
rigidez que arrastre las masas particulares de la construcción, no existirán fuerzas
de inercia´´ (Sarria, 1995)
Para el caso de un sismo, la estructura estará sometida a una acción externa,
tendrá una condición de deformación ligado a su esbeltez y rigidez. Si se realiza
un análisis sobre estas acciones y las deformaciones que se presentarán en las
condiciones para asimilar la rigidez de la estructura.
Ilustración 4 Relación fuerza – Desplazamiento para una viga
simplemente apoyada.
56
Donde:
u: Deflexión
P: La fuerza, la cual resulta del producto de la masa por la gravedad.
L: Longitud de la Viga.
E: Módulo de elasticidad del material de la viga.
I: Momento de Inercia de la sección de la viga.
Donde:
K= Rigidez
u: Deflexión
P: La fuerza, la cual resulta del producto de la masa por la gravedad.
La relación entre la fuerza y la deflexión no es lineal, sin embargo, teniendo en
cuenta que las deflexiones tienden a tener valores bajos respecto al desarrollo
total del elemento, claro está, partiendo del módulo elástico del material, ésta se
asume como si su desarrollo fuese lineal, es decir; que para la relación entre las
fuerzas y el desplazamiento por deformación, el modelo tendría un desarrollo en
Ilustración 5 Representación gráfica de la rigidez.
57
donde la rigidez es la pendiente de la recta resultante de la división entre las
fuerzas P y el desplazamiento producido por dicha fuerza.
Dentro del movimiento de una edificación, se pueden presentar movimientos de
tipo traslacional, axial y rotacional; estos a su vez inducirán tres esfuerzos
fundamentales sobre los elementos que constituyen una edificación. El primero
genera esfuerzos de corte, dado el desplazamiento horizontal en la estructura,
presentando desprendimientos en el límite cortante y produciendo un efecto de
desplazamiento y fisuración a 45 grados en el nodo de unión entre columnas y
vigas. En varios casos se presenta un ángulo de giro en el desarrollo del nodo
produciendo un movimiento torsional y generando una acción cortante.
El segundo esfuerzo estará determinado por las cargas axiales que se presentan
en la estructura respecto a la evaluación y conducción de la masa al sistema
aporticado construido, por ello, si para una edificación evaluada es necesario una
rehabilitación para buscar rigidizar el sistema, se debe garantizar una nueva carga
axial que garantice la trasmisión de fuerzas por medio de la sección hacia la
cimentación.
Para este caso, se presentarán dos patologías que de acuerdo al desarrollo de la
estructura se dice que en el momento que una construcción sea afectada por un
evento sísmico, ese esfuerzo axial representará una problemática partiendo de un
desplazamiento horizontal sobre el elemento estructural, produciendo un
sobredimensionamiento sobre la aplicación de los grados de libertad de la
estructura; esta reacción, generará en los nodos una serie de efectos de
compresión produciendo un volcamiento de la estructura.
El tercer esfuerzo está determinado por la rigidez respecto a la evaluación de los
materiales con los cuales se fabrican los elementos estructurales y se define como
el módulo de elasticidad que para el caso del sistema aporticado, se hará relación
a EY, conocido como el módulo de elasticidad del Acero y EC, como el módulo de
elasticidad del concreto. Para los casos en donde se presentan desplazamientos o
58
rotaciones, se dice que si el EC presenta un valor mayor, la rigidez será mayor; es
decir, que no se presentarían desplazamientos, deformación axial, o compresión.
Sin Embargo ´´al tener en cuenta simultáneamente el módulo de elasticidad, las
dimensiones de los elementos estructurales y las cargas aplicadas, se pueden
estimar los desplazamientos horizontales de entrepiso, con los que, a su vez, se
calculan las distorsiones máximas de entrepiso y se estiman las deflexiones
debidas a las cargas gravitaciones´´. (Gallego Silva & Sarria Molina, 2010, Pág.
65)
Resistencia
Para la evaluación de vulnerabilidad y análisis sísmico de una estructura, uno de
las principales variables parte de la resistencia de la misma, sin embargo, este
está ligado al desarrollo que poseen los materiales con los cuales fue construida la
estructura de la edificación. Si bien, es cierto que la resistencia del concreto es la
más representativa en caso a los esfuerzos de compresión y el acero al desarrollo
dúctil representando la resistencia a tensión de la estructura, estos dos elementos
para el caso del sistema aporticado son las bases para el análisis y determinación
de las incertidumbres en el momento del diseño.
Así, el análisis sobre la resistencia de los materiales indica cierta incertidumbre
sobre su realización y modo de uso en el momento de la construcción de la
edificación dentro de los marcos respecto a los procesos constructivos. En la
actualidad, existen ciertos parámetros que permiten el control sobre la resistencia
del concreto como la capacidad de tensión del acero y pruebas de asentamiento
para el caso de evaluación de la cimentación, pero en los procesos constructivos
se suelen pasar por alto varias consignas sobre el desarrollo de la estructura y
más si el debido control que entró en vigencia después de la aplicación de la
primera NSR en el año de 1998, pero entrando en el tema de por qué la
resistencia se presenta como una variable de gran importancia para el análisis
sísmico.
Según Singer y Pydel ´´la resistencia de los materiales establece las cargas
exteriores aplicadas y sus efectos en el interior de los sólido´´ (Pytel & Singer,
59
2006). Sin embargo aunque se estudia la estabilidad del material, siempre se debe
tener en cuenta que los materiales en su mayoría son destructibles y de allí parte
la importancia del análisis de la resistencia de los materiales puesto que si en el
momento del análisis sísmico no tenemos en cuenta las deformaciones que
presentan los materiales, estas afectarán el desarrollo total de la resistencia de la
construcción.
En el sistema aporticado, el concreto es un material cuyo uso pasó de ser
experimental en la antigua Roma a ser un material que se vierte a diario en las
construcciones de todo el mundo, esto y su combinación con el acero hace un
material de larga duración que permite la conservación de las estructuras con el
pasar de los años, sin embargo, uno de los problemas radica en seleccionar el
material cuya característica que con un correcto dimensionamiento trabaje con
mayor eficacia.
Gracias a las nuevas tecnologías, hoy en día podemos hablar de hormigones
modificados que alcanzan resistencias que complacen los requerimientos de
cualquier estructura, aún así, es realmente suficiente la resistencia del material
para satisfacer los requerimientos de una estructura.
Según la NSR – 2010, el correcto uso de materiales y la correcta implementación
de los modelos de diseño como el de Fuerza Horizontal Equivalente genera
prácticas que sobre estiman el desarrollo de un sismo, pero son prácticas que
deben ser usadas dados los factores de incertidumbre que se sufren gracias a los
fenómenos naturales. Jamás podremos determinar de una onda sísmica su
duración ni mucho menos su intensidad, pero sí, que si se hace correcto uso de
los materiales y correcta aplicación del diseño, se salvarán vidas pues la tarea
jamás es salvar una edificación, porque después de un sismo la vulnerabilidad de
la estructura será máxima y más si se presentan réplicas de gran intensidad, la
tarea siempre será mantener la edificación el mayor tiempo posible, para lograr la
evacuación de personas.
Pero ¿qué sucede con aquellas edificaciones que fueron construidas y que tal vez
no fueron diseñadas bajo los modelos de análisis sísmico con lo que se
60
desarrollan los modelos estructurales en la actualidad?, pues bien; para estas
edificaciones en la actualidad según la NSR – 2010 reformada después de la NSR
- 98, se deben seguir los siguientes pasos tras una inspección visual, la cual
ayudará a determinar procesos constructivos desarrollados. Estos pasos son
susceptibles a mayores requerimientos o mejoras que sean determinadas tras la
evaluación de la vulnerabilidad sísmica de la edificación. (Asociación Colombiana
de Ingeniería Sísmica, 2010. Pág. 242)
Pasos para la evaluación de la resistencia en una estructura existente:
- Deben determinarse unas solicitaciones equivalentes de acuerdo con los
requisitos descritos en el manual.
- Debe llevarse a cabo un análisis elástico de la estructura y de su sistema
de cimentación para las solicitaciones equivalentes actuales y la resistencia
existente de la estructura debe determinarse utilizando los requisitos
actuales.
- Se debe obtener una resistencia efectiva de la estructura a partir de la
resistencia existente afectándola por dos coeficientes de reducción de
resistencia obtenidos de los resultados de la calificación llevada a cabo tras
ensayos de patologías de los materiales en la estructura a evaluar, el
estado del sistema estructural debe calificarse con respecto a:
(A) la calidad del diseño que la estructura origina y su sistema de
cimentación y de la construcción de la misma.
(B) el estado de mantenimiento y conservación de la estructura.
- Además, se debe determinar un índice de sobreesfuerzo como el máximo
cociente obtenido para cualquier elemento o sección de este entre las
fuerzas internas solicitadas obtenidas del análisis estructural.
- Utilizando los desplazamientos horizontales obtenidos en el análisis, deben
obtenerse las derivas de la estructura.
- Debe determinarse un índice de flexibilidad por efectos horizontales como
el máximo cociente entre las derivas obtenidas.
- Debe determinarse un índice de flexibilidad por efectos verticales como el
máximo cociente entre las deflexiones verticales medidas en la edificación y
las deflexiones permitidas.
61
Capacidad dúctil
Para la definición de Capacidad Dúctil, es necesario desglosar el concepto. Se
entiende por ductilidad la capacidad de deformación de los materiales dentro de
cierto rango, se podría decir por ejemplo que el acero es dúctil, y por ello la
relación da mucha más tenacidad y capacidad de resistir a tensión en el caso de
las estructuras.
Sin embargo, si dentro de esta característica analizamos al concreto, la capacidad
dúctil es mínima en relación a la del acero, de allí aparece la relación de que el
concreto posee mucha más resistencia a compresión. Generalmente, cuando se
presenta un sismo, el desarrollo de la estructura posee ciertos enigmas sobre
cómo va reaccionar. Si se analiza el punto de vista para un sistema aporticado con
relación al amortiguamiento, el concreto y el acero presentarán diferencias en
relación a la magnitud y el tiempo de oscilación total de la estructura; si se evalúa
esta patología, lo más posible es que la estructura sufra un primer des
quebramiento superficial del concreto produciendo fisuras. En ese momento se
diría que el concreto cumplió su ciclo y entró en un punto en donde el acero entra
a trabajar en función de su ductilidad permitiendo que la estructura no se comporte
de forma rígida, si no que por el contrario presente su faceta de flexibilidad
aguantando algunos momentos de oscilación más y permitiendo una deformación
pronunciada; Es decir, ´´en el instante en que se agrieta la sección por el sector
del concreto en tensión, el acero de refuerzo empieza a trabajar en su régimen
elástico a tensión con la parte del concreto en compresión´´ (Gallego Silva &
Sarria Molina, 2010, Pág. 122)
Si hablamos de capacidad dúctil, se debe tener en cuenta que la definición parte
de la relación que existe entre el punto de falla en donde está una rotura total de
concreto y el punto en donde actúa el acero, sin embargo no todos los elementos
de la estructura actuarán de forma similar lo cual permitiría que la estructura de
acuerdo al desarrollo y origen de las ondas sísmicas, reaccione de acuerdo a la
62
ubicación y derivas de las columnas, es decir, la capacidad de reacción de la
estructura partiendo de la sumatoria de cada elemento sobre su capacidad dúctil.
En muchas ocasiones es participativo el hecho que la capacidad dúctil de la
estructura dará el parámetro para que sufra el desplazamiento y/o rotación, un
elemento individual del sistema, poniendo en prueba la calidad y resistencia de los
materiales, sin embargo; no es tan cierto que esta capacidad valla tan ligada a los
materiales, es decir, si ponemos a prueba una estructura, la ductilidad estaría
aplicada al conjunto como elemento estructural refiriéndose a su interacción en un
nodo y está ligado a la ductilidad en una viga o una columna. De tal manera que si
se analiza el sistema por nodos y según la relación entre rigideces desde modelos
de grados de libertad, la viga tendrá cierta ductilidad permitiendo un
desplazamiento horizontal y una deformación en los puntos de partida y llegada
del elemento, produciendo grietas o fisuras en donde el concreto no se encuentre
cobijado por el desarrollo a cortante producido por los flejes. Pero si se
analiza la columna además de presentar el desplazamiento en la parte del nodo,
esta sufrirá la pérdida y agrietamiento en su pie, produciendo pérdida de rigidez en
el total del sistema, lo cual si el desarrollo dúctil no es lo suficientemente efectivo
produciría el volcamiento de la estructura o colapso total dependiendo de las
columnas que se afecten.
II. Variables de diseño no controladas
Pese a que las variables de diseño no controladas suelen ser viabilizadas por
cada profesional de acuerdo a ámbitos de experiencia, en el momento de un
sismo, existen constantes que son imposibles de predecir y por tanto son
analizadas como especulaciones dado que son variables que difieren de la
reacción de la estructura. Sin embargo, en la búsqueda teórica y de dar pautas
para la realización del manual, a continuación se conceptualizarán algunas de
estas variables que aún hoy en día no son comprendidas en su totalidad, sin
embargo, hacen parte para el correcto análisis sísmico y de vulnerabilidad de
edificaciones construidas.
63
Amortiguamiento
Se dice que una estructura que es sometida a efectos sísmicos, tiende a oscilar
con cierta amplitud relativamente constante durante cierto lapso de tiempo; este
movimiento tiende a disminuir gracias a la capacidad de disipación de energía que
se presenta gracias al amortiguamiento que existe entre la interacción suelo –
estructura, explicado anteriormente, es decir; si toda estructura que posea una
cimentación, lograra desarrollar cierta restricción las cuales permiten la reducción
de movimientos sísmicos, pero si se revisa el tema desde la dinámica de la
estructura, la interacción de cierta manera es un fenómeno que logra la
modificación del sistema permitiendo una restricción que logra el amortiguamiento
de la estructura, es decir, previniendo que la fuerza de fricción y los momentos de
la estructura se logren disipar hacia la cimentación y de esta al suelo.
Si vamos al desarrollo sísmico, la trasmisión de las ondas y energía sísmica se
radica a partir de un medio (el suelo), pero cada suelo posee infinitas
características que aunque son evaluables a partir de estudios de suelos y
estratificaciones, la cimentación siempre será sometida a ondas que la afectarán
de diferentes maneras, de allí parte el hecho que la capacidad de amortiguamiento
sea algo incontrolable. Es decir, que de acuerdo al medio, ya sea una arcilla o limo
y que el estrato se encuentre perpendicular o paralelo a la onda sísmica es algo
imposible de visualizar dado que un sismo es inverosímil de pronosticar.
Por ello, si las ondas que se generan a partir de un sismo y que son direccionadas
a través del suelo, posiblemente fuera del estrato donde está apoyada la
cimentación, estas generarán un sistema de amortiguamiento primario, el cual es
una variable incontrolada pero esta sumada al amortiguamiento producido por la
cimentación y al amortiguamiento estructural y que generarán una alteración del
período de vibración, de allí la importancia de estimar un valor para esta
capacidad de disipamiento de energía. Dado lo anterior, si no se tienen en cuenta
esta variable se puede presentar deformaciones máximas las cuales generan
afectaciones en la parte superior de la estructura, muy posiblemente por el
64
incremento de la oscilación en un periodo menor, afectando de forma ipso facta en
los nodos de los pórticos.
Interacción suelo – estructura
Dentro del diseño de un elemento estructural, ‘’las deflexiones y rigidez de un
elemento estructural de fundación la distribución de presiones en el contacto
fundación suelo, y las deformaciones del suelo de soporte, están vinculadas en
una condición de interdependencia de efectos que se acostumbra a denominar
interacción suelo-estructura. Su análisis es fundamental para el diseño y revisión
porque para determinar los momentos flectores y fuerzas de corte se requiere
conocer la distribución de presiones de contacto fundación suelo. ’’ (Delgado
Vargas, 2012)
Sin embargo para los fines de la presente investigación, se realizará un enfoque
hacia el desarrollo de la interacción suelo estructura, partiendo de la aplicación del
debido concepto según el tipo de suelo.
En ese orden de ideas, los tipos de suelo se suelen delimitar como ’’los suelos
Cohesivos: Limos y arcillas saturados, los cuales exhiben muchas veces un
módulo elástico constante relativamente independiente del régimen de esfuerzos
en la masa del suelo’’ (Delgado Vargas, Interacción Suelo - Estructura, 2012) ‘’Las
cimentaciones en estos suelos varían de acuerdo con la formación geológica, el
contenido de humedad y la composición mineral de los mismos’’ (Tomlinson,
2008) Por otra parte, existen los suelos no cohesivos: gravas y arenas tanto secas
como sumergidas que al soportar una fundición sobre ellos, exhiben una
respuesta no modelable dado que el módulo elástico depende en cierta forma del
régimen de sometimiento de esfuerzos.
Por ello, el concepto de rigidez está directamente ligado al desarrollo sobre la Ley
de Hooke para el tema de la variable elástica la cual implica e indica que bajo el
parámetro de una reacción elástica de un elemento que bajo la aplicación de una
carga exhibe una deflexión, cuyo desarrollo dependerá de la distribución de las
fuerzas existentes en una edificación, es decir, que en el momento de un
desarrollo sísmico, si logramos evaluar correctamente el modulo elástico desde el
65
punto de la interacción suelo estructura, esto nos permitirá evaluar los correctos
grados de libertad para la liberación de energía de la edificación, desde la
cimentación hasta el punto de oscilación más alto.
Por ello la importancia de la aplicación de un período estructural que contenga
estas variables sobre la rigidez y esbeltez de la edificación desde su cimentación;
‘’Si el período estructural, está íntimamente relacionado a los desplazamientos del
sistema; los periodos bajos están relacionados a movimientos de pequeña
amplitud, alta frecuencia y alta aceleración’’ (Gallego Silva & Sarria Molina, 2010).
Como pauta de la presente investigación, se puede concluir que al realizar la
verificación del estado de rigidez de una edificación previo o posterior a un evento
sísmico por medio del periodo estructural, es decir, que si se identifica que el
período estructural varió o se modificó respecto al calculado, este logrará dar un
punto de evaluación sobre la degradación de la rigidez y esbeltez de la edificación
y los puntos de variación donde se debe realizar un refuerzo o reparación
estructural a la edificación.
III. Métodos de modelización dinámica
La modelización dinámica consiste en el análisis sísmico de una estructura por
medio de la discretización de cada uno de los elementos a evaluar en una
estructura, sin embargo, para la evaluación dinámica hay que tener en cuenta que
el proceso es complejo y existen diferentes métodos que son de aplicación parcial,
es decir, que se debe tener en cuenta que pese a que una estructura posee un
conducto regular sobre su diseño, en la revisión de un edificio ya construido, este
paso juega con variables inexactas y que deben ser comparadas con un estudio
visual, esto debido al hecho de incertidumbre respecto a lo ejecutado y las
variaciones que pudo haber tenido la edificación con el paso de los años.
Teniendo en cuenta lo anterior, para la realización de un modelo dinámico donde
se pueda evaluar las características diseñadas, debe discernir cada parte de la
estructura, de tal manera que el análisis sea completo y logre abarcar en su
totalidad cada concepto estructural, de forma que permita generar la correcta
modelización dinámica.
66
Según Maldonado y Cho en el libro Análisis Sísmico de Edificaciones, existen tres
métodos para la correcta discretización para la modelización dinámica de una
estructura.
- Método de las masas concentradas. El cual presume que las masas
desarrolladas alrededor o dentro del elemento estructural son evaluadas y según
su análisis puede determinar los puntos de despliegue para la reacciones que
puede llegar a tener una estructura en caso de un evento sísmico.
- Método de los desplazamientos. Por otro lado este método presume que la masa
de una estructura esta uniformemente distribuida.
- Método de los elementos finitos. Este se define gracias a que para modelización
se desarrolla una discretización de cada uno de los elementos, lo cual abarca un
número permisible de puntos conectados, lo cuales coloquialmente son
nombrados como nodos, es decir, para la modelización de este sistema
únicamente nos podemos dirigir a los sistemas interconectados de una estructura,
diferido por medio de los nodos de la misma, lo cual permite que la reacción y
desplazamiento sean finitos y únicamente proporcionados en los nodos de
conexión de la estructura.
Sin embargo, por criterio y en pro del desarrollo del estudio del presente proyecto,
el método de masas concentradas es el más efectivo por el tipo de análisis que se
le debe realizar a una estructura ya construida dado lo siguiente:
- Aunque el método de elementos finitos es efectivo también en el punto de
partida para el análisis de edificaciones, este se limita a un correcto desarrollo y
construcción del elemento, asumiendo que los puntos nodales están ubicados y se
despliegan uniformemente en toda la estructura, no tolerando elementos externos
o elementos que no hagan parte del sistema estructural, afectando al final la
solución del sistema.
- El método de los desplazamientos, es un método que presume que la masa
de una edificación ya sea respecto a carga viva o carga muerta, está totalmente
distribuida alrededor de la estructura, cuando se sabe que por ello generalmente el
factor de seguridad de 1.6 y 1.2 respectivamente delegan ese ‘equilibrio’ a un
67
factor de incertidumbre, adicional es un método que se basa en reacciones priori,
lo cual da un punto de desconfianza al presente estudio. Sin embargo, es un
método válido en caso de que se esté buscando reacciones e investigaciones
sobre los fenómenos de desplazamientos definidos sobre algún tipo de reacción
sísmica, es un método que necesita mayor instrumental debido a las funciones
que se deben desarrollar para la determinación de desplazamientos dinámicos y
estos sólo se logran creando una acción para la respectiva reacción.
- El método de las masas concentradas presume un esquema que aunque se
hace ver mucho más complejo, logra limitar la incertidumbre que puede existir por
las masas actuantes en una estructura, además existen sistemas que concentran
su solución gracias a su uso pues determina sistemas nodales, espaciales y por
elementos de la estructura, lo cual permite que su modelización sea más efectiva
respecto a inspecciones visuales in situ para el caso de edificaciones ya
construidas.
I. Método de las masas concentradas
El método básicamente constituye una suposición sobre la concentración de las
masas de acuerdo al desarrollo de los nodos estructurales determinados en los
puntos de apoyo y distribución de cargas desarrolladas en el sistema aporticado.
Si tenemos en cuenta lo anterior, cada nodo aporta un coeficiente de influencia el
cual representa una relación entre un desplazamiento y una aceleración producida
por una vibración en un instante de tiempo en el nodo, a esto se le conoce como
grado de libertad, generalmente estos presentan en los pórticos, giros y
desplazamientos, producidos por la aceleración y la acción inercial resultante en el
momento de un sismo sobre la estructura.
Grados de Libertad.
Los grados de libertad son descritos como los giros y desplazamientos que se
deben conocer para definir las deformaciones producidas en cada nodo en caso
de manejar sistemas estructurales aporticados. Los desplazamientos se
dictaminan como coordenadas naturales de cada nodo del sistema aporticado, es
68
decir, que si se está hablando de un sistema cartesiano aplicado sobre la
diagramación y/o modelación de una estructura, ésta coordenada existirá en cada
nodo, lo cual nos indica que el mismo tendrá tres traslaciones de los ejes y tres
rotaciones en el espacio cartesiano.
Al ir a la práctica, cada elemento estructural, haciendo referencia a los nodos,
presentarán un desplazamiento y giro independiente; a este análisis se le conoce
como modelo dinámico de varios grados de libertad, lo que implica la aplicación
matricial para encontrar las variables para la revisión sísmica de la estructura. Es
decir, si cada elemento se desplaza dentro del espacio por separado, esto
indirectamente afectará al resto de elementos de la estructura, representando el
desplazamiento a cada nodo de la misma y directamente ligado a la rigidez, lo que
implica una variación en el período de la estructura y así perjudicando el
movimiento de la edificación en caso de un evento sísmico, es decir que ´´el
número de grados de libertad puede ser descrito como el número mínimo de
desplazamientos y giros que deben conocerse para definir completamente la
deformada del modelo en cada instante de tiempo durante la vibración.´´
(Maldonado Rondon & Chio Cho, 2004, Pág. 14).
Teniendo en cuenta la información sobre grados de libertad y el desarrollo del
método de las masas concentradas, existen básicamente dos tipos de modelos
que permiten la diagramación para la solución de sistemas dinámicos de las
estructuras a partir de la excitación producida por un evento sísmico en las
edificaciones.
- Modelos dinámicos determinados por la evaluación de un grado de libertad.
- Modelos dinámicos determinados por la evaluación de múltiples grados de
libertad.
Al plantear lo anterior, el significado primordial es que nos basamos en modelos
matemáticos para determinar una única respuesta dinámica en el momento de un
evento sísmico, es decir en la percepción de desplazamiento de una estructura
producida por la oscilación.
69
Modelo dinámico de un grado de libertad.
Cuando se habla sobre este modelo se debe tener en cuenta que si bien la
evaluación de una estructura puede ser más sencilla por este método, el mismo
puede crear incertidumbre en muchos aspectos nodales de la estructura, para este
modelo se debe tener en cuenta que se asume que los nodos de la estructura
actúan como una especie de oscilador simple.
Pero para definir el término más simple, el desarrollo parte de la diagramación en
donde se logre verificar y modelar el desarrollo de todos los desplazamientos que
actúan en una estructura, con el fin de crear incógnitas que se logren solucionar
por medio de sistemas en donde se consiga la evaluación de los giros y
desplazamientos que va a tener en cada uno de los nodos; sin embargo, si
logramos una adecuada modelación permitiremos una respuesta simplificada ante
el análisis de una acción dinámica exigida por un sismo.
Si se tienen en cuenta los modelos dinámicos de un grado de libertad pueden
generar ciertas incertidumbres en la idealización para le ejecución de un sistema
de grado de libertad, en el caso de una estructura estas se evaluarán como si sólo
se representara un desplazamiento.
Fuente. 10 (Maldonado Rondon & Chio Cho, 2004, Pág. 19. Figura 1-17.)
Ilustración 6. Modelos de un solo grado de libertad.
70
Modelo dinámico de varios grados de libertad.
Partiendo de la explicación sobre el modelo dinámico de un solo grado de libertad,
este segundo modelo implica el desarrollo y aplicación del mismo concepto pero
representado en una generalización que abarca mayores deformaciones y
desplazamientos en un mismo sistema, intuyendo que su uso implica el análisis de
más nodos, es decir, que si el modelo de un solo grado de libertad implica el
análisis para el modelo de un solo punto nodal y este puede ser conservador en
cuanto el análisis implique la aplicación a un sistema completo, el cual podría ser
un sistema de pórticos como se puede observar en la Ilustración 8.
Por ello, para su aplicación es necesaria una evaluación sobre el modelo del cual
se representa por medio de un gráfico. Identificado lo anterior, el modelo de varios
grados implica una constitución básica sobre el desarrollo nodal de una estructura,
identificando momentos, desplazamientos y deformaciones.
Método de fuerza horizontal equivalente.
Teniendo en cuenta que los anteriores métodos hacen una solicitud obligatoria de
un análisis dinámico espectral o cronológico ante la acción de un sismo y dado
Ilustración 7. Modelo con varios grados de libertad.
Fuente. 11 (Maldonado Rondon & Chio Cho, Analisis Sismico de Edificaciones., 2004)
71
que el análisis del presente documento pretende ser una guia fácil y eficaz para
cualquier tipo de población, se presenta el método de fuerza horizontal
equivalente. El cual básicamente es definido para edificaciones que poseen
sencillez estructural y que tienen una característica para la cual su formulación es
propicia para zonas de bajo nivel de amenaza, lo que significa que si la estructura
falla en este punto da el primer paréntesis para tomar decisiones sobre una
posible rehabilitación estructural. (Maldonado Rondon & Chio Cho, 2004).
En este punto, el método consiste en la definición de una fuerza horizontal estática
que representa la acción sísmica en el momento de un movimiento telúrico,
convirtiendo el índice dinámico a uno estático, este método comprueba que para
realizar un análisis símico y así mismo para determinar las fuerzas sísmicas
horizontales de diseño no se requiere realizar un análisis dinámico rígido y
complejo como lo evalúan los métodos dinámicos por grados de libertad. Sin
embargo este método posee ciertas incertidumbres en donde el método desarrolla
aproximaciones en cuanto a la limitación de la respuesta sísmica, el primer modo
de vibración. (Maldonado Rondon & Chio Cho, 2004)
IV. ¿Qué dice la NSR – 2010?
Con base en lo anterior, hoy en día existen varios entes de control que manejan
información sobre los estados de vulnerabilidad en algunos sectores de la ciudad.
Sin embargo, esto no es suficiente recalcando que cerca del 70% de la ciudad fue
construida antes de las aplicaciones de la NSR-98 la cual se creó tras la aplicación
de la Ley 400 de 1997 y que tras 12 años se le realizó una actualización bajo el
decreto 926 del 19 de marzo de 2010, el cual reglamenta el uso de la NSR – 10,
para todas las obras nuevas. Sin embargo, en este documento existe una relación
con aquellas edificaciones construidas antes de la aplicación de la normatividad, lo
cual implica, que cada una de ellas se debe someter a los siguientes parámetros:
72
♦Reparaciones y cambios menores.
♦ Cambio de uso.
♦ Vulnerabilidad sísmica.
♦ Modificaciones.
♦Reforzamiento estructural.
♦Reparación de edificaciones dañadas por sismos.
Lo anterior descrito en la NSR 2010 en el Capítulo A – 10 (Asociación Colombiana
de Ingenieria Sismica, 2010). Si tenemos en cuenta lo preliminar, la prevención
debería ser el factor más importante a la hora de salvar vidas en el proceso de
creación de planes de desarrollo para emergencias. Por ello, hoy en día se puede
decir que generar despliegues y maniobras es una parte importante para la
evaluación de planes de contingencia en caso de un sismo u otro tipo de
emergencia, pero más allá de ese desarrollo, se debería preguntar a la
comunidad, si realmente está preparada ante un inminente sismo, si la totalidad de
la población ha visto la implicación de los planes de desarrollo de emergencia, si
han tenido la posibilidad de visualizar a fondo estos planes por medio de los entes
de control, si cree que la estructura donde habita está preparada ante los actos de
la naturaleza y sobre todo, si alguna vez han tenido la oportunidad de hacer por su
propia cuenta un análisis sísmico en donde implique la vulnerabilidad, las
patologías y análisis estructural del lugar donde habita con su familia.
A continuación y con base en toda la información recolectada y explicada
previamente, se planteó crear una serie de matrices, por las cuales se puedan
determinar los riesgos sísmicos en una estructura.
Sistemas estructurales funcionales según NSR – 2010
En la actualidad los sistemas estructurales que poseen resistencia sísmica y que
son veraces según la NSR – 2010 son los siguientes:
73
1Sistema de muros de carga.
´´Es un sistema estructural que no dispone de un pórtico esencialmente
completo y en el cual las cargas verticales son resistidas por los muros de
carga y las fuerzas horizontales son resistidas por muros estructurales o
pórticos con diagonales.´´ (Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica,
2010, Pág. A – 41.)
2Sistema combinado
Es un sistema estructural en el cual:
´´Las cargas verticales son resistidas por un pórtico no resistente a
momentos, esencialmente completo, y las fuerzas horizontales son
resistidas por muros estructurales o pórticos con diagonales.´´
(Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010, Pág. A – 41 )
´´Las cargas verticales y horizontales son resistidas por un pórtico
resistente a momentos, esencialmente completo, combinado con
muros estructurales o pórticos con diagonales, y que no cumple los
requisitos de un sistema dual.´´ (Asociación Colombiana de
Ingenieria Sismica, 2010, Pág. A – 41)
3Sistema de pórtico
´´Es un sistema estructural compuesto por un pórtico espacial, resistente a
momentos, esencialmente completo, sin diagonales, que resiste todas las
cargas verticales y fuerzas horizontales. ´´ (Asociación Colombiana de
Ingenieria Sismica, 2010, Pág. A - 41)
Sistema dual
4 ´´Es un sistema estructural que tiene un pórtico espacial resistente a
momentos y sin diagonales, combinado con muros estructurales o pórticos con
1 Se cita directo de la NSR -2010, dado que para los fines del presente documento actúa como reglamentación irrefutable
de la normatividad existente en el país.
2 Se cita directo de la NSR -2010, dado que para los fines del presente documento actúa como reglamentación irrefutable
de la normatividad existente en el país.
3 Se cita directo de la NSR -2010, dado que para los fines del presente documento actúa como reglamentación irrefutable
de la normatividad existente en el país.
74
diagonales. Para que el sistema estructural se pueda clasificar como sistema
dual se deben cumplir los siguientes requisitos:
El pórtico espacial resistente a momentos, sin diagonales,
esencialmente completo, debe ser capaz de soportar las cargas
verticales.
Las fuerzas horizontales son resistidas por la combinación de muros
estructurales o pórticos con diagonales, con el pórtico resistente a
momentos.
Los dos sistemas deben diseñarse de tal manera que en conjunto
sean capaces de resistir la totalidad del cortante sísmico en la base,
en proporción a sus rigideces relativas, considerando la interacción
del sistema dual en todos los niveles de la edificación.´´ (Asociación
Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010, Pág A – 41 )
Cada uno de ellos se subdivide según los tipos de elementos verticales utilizados
para resistir las fuerzas sísmicas y el grado de capacidad de disipación de energía
del material estructural empleado.
4 Se cita directo de la NSR -2010, dado que para los fines del presente documento actúa como reglamentación irrefutable
de la normatividad existente en el país.
75
76
EJEMPLOS Y APLICACIÓN
Según el FOPAE, En Bogotá D.C. se configuran distintos tipos de riesgos
asociados a eventos o acontecimientos de origen natural o social, tales como
sismos, deslizamientos, inundaciones e incendios forestales, así como otros
riesgos, de tipo tecnológico, biosanitario o social. La mayoría de estos riesgos
pueden aumentar su intensidad, frecuencia o magnitud por efectos de la
variabilidad y cambio climático.
Estos, configurados a la vulnerabilidad incrementan la probabilidad de ocurrencia
de pérdidas o daños en las personas, los bienes, la infraestructura, los medios de
subsistencia, la prestación de servicios o los recursos ambientales- asociados a
eventos o acontecimientos de origen natural o social en un espacio y en un tiempo
dados tales como sismos.
De acuerdo con la Norma Colombiana Sismo Resistente del año 2010 articulada
con el Estudio de Microzonificación Sísmica de Bogotá, ésta se encuentra en una
zona de amenaza intermedia y cuenta con una alta vulnerabilidad sísmica,
(Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010) principalmente en las
localidades de La Candelaria, Tunjuelito y Santa Fe. (FOPAE, 2011) Ante un
evento sísmico, los daños se pueden presentar ante todo en las edificaciones de
desarrollo informal de los estratos socio económicos 1, 2 y 3. Se calcula que para
el escenario de un sismo de magnitud 7, que se origine en la falla frontal de la
Cordillera Oriental (FOPAE 2011).
Además pueden ocurrir daños fuertes en cerca de 4.441 manzanas y daños
severos en otras 1.124 con pérdidas directas en edificaciones que podrían
ascender a más de USD $12.000 millones, (Alcaldia Mayor de Bogota D.C. -
5.
77
Secretaria de Gobierno - DPAE, 2008), con alrededor de 55.000 heridos y 11.000
muertos siguiendo estadísticas. Además, pueden presentarse múltiples roturas en
las tuberías de acueducto y alcantarillado, daños en redes de cableados y en
general en infraestructura vial y de servicios. (Alcaldia Mayor de Bogota D.C. -
Secretaria de Gobierno - DPAE, 2008)
Si somos conscientes de lo anterior y del estado de vulnerabilidad en el cual nos
encontramos en este momento. Realmente, ¿cuántas estructuras sería, capaces
de soportar un sismo sin colapsar?
Por ello y en pro de dar ejemplo y además de realizar una aplicación de los
conceptos previamente relacionados, se generaron una serie de matrices, las
cuales fueron valoradas en el desarrollo y ejecución de variables en lo que
respecta a las patologías, análisis de vulnerabilidad y un primer vistazo al análisis
estructural.
Estas mismas fueron aplicadas a las edificaciones estudio las cuales están
ubicadas en:
Bogotá D.C. Localidad de Tunjuelito. (1976)
Bogotá D.C. Localidad de Suba. (1996)
Bogotá D.C. Localidad de Teusaquillo. (1980)
Bogotá D.C. Localidad de Usaquén. (2012)
Bogotá D.C. Localidad de Usaquén. (2013-2014)
Estas edificaciones dadas las exigencias de las copropiedades y administraciones,
se mantendrán incógnitas, dado que en el estudio se pueden emitir conceptos
previos sobre el estado de vulnerabilidad de la edificación, este será
exclusivamente para fines académicos. Por lo tanto, el estudio y sus resultados no
comprometen a la edificación en modo alguno ante cualquier autoridad nacional y
distrital.
Matriz sobre patologías.
Partiendo de la previa información, además del estudio para la visualización e
identificación de patologías explicada en el segundo capítulo, a continuación se
78
unen estos conceptos y me crea una matriz sobre la visualización de patologías,
teniendo en cuenta que el desarrollo está enfocado en los elementos estructurales
que existan en una edificación, es decir, que para el desarrollo se deben observar
detenidamente aquellas conexiones entre elementos estructurales que forman el
nodo estructural o bien, la unión entre las vigas y columnas, las cuales son puntos
críticos en el análisis. Otros puntos en los que se deben basar la visualización de
las lesiones será los muros de mampostería, identificar si existen confinados, ver
figuraciones en placa e identificar todas aquellas lesiones que se puedan dar a
conocer si una edificación se encuentra vulnerable.
Como previamente se desarrolló el concepto, el objetivo será únicamente
visualizar las lesiones pre–sismo, por ello a continuación se numeran algunas
recomendaciones sobre los pasos que debe seguir para la visualización de
patologías.
¿Qué debe tener en cuenta?
- Tenga a la mano una Cámara Digital, pues con ella podrá documentar la
patología e identificar la lesión con más detalle.
- Los primeros puntos a identificar serán las culatas de su edificación,
aunque suena ilógico identificar y analizar las caras laterales exteriores de
las edificaciones, estas nos darán un punto de partida sobre cómo fue
construida la edificación.
Para ello identifique:
o Las dilataciones que dividen los muros, las vigas y las columnas. Si
no existen, no se preocupe, la implementación de dilataciones se
empezó a desarrollar tras la NSR 98 y por ello algunas edificaciones
no las poseen, de igual manera, hoy en día no es obligatorio que se
construyan, sin embargo, son estas las que posibilitan el obligar a
una fisura que se presenta por diferencia de materiales a reaccionar
por el ranurado de la dilatación. Obteniendo que la fisura se presente
a 90° y no a 45°.
79
o Debe observar el plomo de las culatas, es decir, la verticalidad de la
sección. En algunas ocasiones, estas pueden poseer deformaciones
por el desarrollo del proceso constructivo, lo cual es totalmente
normal; sin embargo, también existen unos desplazamientos, que
pudieron haber ocurrido post-construcción de estos y que son los
que preocupan. Estos, aunque son difíciles de identificar,
generalmente se presentan por el desplazamiento de columnas, que
se presentan con fisuración en diagonal, sin embargo la lesión se
presentará de acuerdo al movimiento que haya existido en el edificio.
Imagen 1. 0-1 Edificio en Construcción, se pueden visualizar la verticalidad y
dilataciones en culata, tras la aplicación de pañete que recubre la mampostería,
vigas y columnas.
80
-
Imagen 1. 0-2 Edificio Construido, se puede visualizar las deformación en fachada,
además la verticalidad del mismo no existe, siendo una edificación vulnerable dado
que no se encuentran en equilibrio las cargas. Fuente. 12 Google Maps (2014)
Recuperado de https://www.google.es/maps/@4.702462,-
74.032399,3a,43.2y,240.19h,119.88t/data=!3m4!1e1!3m2!1souMgBOAy3X8qHjw9w6TD7g!2e0
o Se debe observar la conservación de los materiales.
o Si es posible verificar las alturas entre pisos.
o Visualizar debidamente en las columnas si existe segregación con
mal vibrado del elemento.
- El siguiente punto que se debe revisar, son las ubicaciones bajas, como el
sótano de la edificación. En una ciudad como Bogotá, existen suelos que
dificultan el proceso de excavación o fundición de elementos estructurales,
dejando puntos débiles. Revise las patas de las columnas, la placa de
supresión, ubicación de los tanques de agua potable o eyector. Estos
puntos son los que muestran la historia de la edificación.
- Revise al detalle los puntos fijos, dado que son la única vía de evacuación
en una edificación, es el punto que debe tener mejor estabilidad dada la
81
responsabilidad que tiene en el momento de un sismo o cualquier otra
emergencia.
- Revise los hall, generalmente de acuerdo a la geometría se ven afectados,
dados los desplazamientos horizontales de la edificación.
- Si tiene la posibilidad revise cada uno de los lugares de la edificación, sin
embargo es entendible que en algunos edificios no todos los propietarios
este de acuerdo con un análisis sísmico, ya que es comprensible que
genere pánico, además de gastos por conceptos de rehabilitación, sin
embargo es importante que se analicen los puntos críticos o los nodos tanto
en pisos superiores, como en inferiores.
- Revise los confinamientos de los muros, generalmente construidos en
mampostería ya que los sistemas industrializados se empezaron a aplicar
con rigor en el año de 2001. Estos confinamientos se encuentran según la
NSR – 2010, a aproximadamente cada 2.50 m, sin embargo existen muros
que no tienen esas dimensiones pero es posible que se exista, es decir que
el confinamiento lo puede encontrar a mitad de longitud.
En construcciones antes del 98 ocurrió algo particular y que no es bien
valorado hoy por hoy en la NSR, ya que existían combinaciones de
sistemas estructurales. Es común encontrar edificaciones que nacían con
un sistema de pórticos y a partir del nivel 0.00 o segundo piso, combinaban
el sistema con un muro en mampostería estructural tipo diafragma.
Continuando lo aceros desde la cimentación como columnas y después en
refuerzos para las dovelas de los muros, lo cual influye en que el elemento
estructural no tiene continuación.
Lamentablemente este modelo es muy común en construcciones antes del
98, dado que era un sistema rápido y eficaz, pero estructuralmente deja
mucho que pensar puesto que el concepto de dovela jamás reemplaza el
modelo de rigidización de una columna.
Partiendo de lo anterior la matriz de patologías se basa en una condición sencilla
sobre el estado de un elemento. Recordemos que existen dos causas de lesiones:
82
- Lesiones Directas
o Mecánicas.
Movimientos.
Dilatación por materiales.
Desgaste.
o Físicas.
Color.
Forma.
Dimensión.
Peso.
Humedad.
o Químicas.
Sales
Ácidos.
o Combinación de reacciones.
- Lesiones Indirectas
o Producidas por el proyecto, es decir por el proceso constructivo.
o Por la ejecución. Materiales o mala mano de obra.
o Falta de mantenimiento
83
Tabla 6. Matriz de visualización e identificación de Patologías (Ver
Ejemplos en CD)
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84
Matriz de vulnerabilidad y análisis estructural
primario.
Entendiendo que el concepto de vulnerabilidad implica la identificación del riesgo
en las estructuras que puedan presentar patologías graves post–sísmicas, o
colapsos, el presente documento, pretendió generar unas variables que se
condicionaran a partir de una sola matriz, la cual estuviera determinada con una
serie de ítems para el análisis estructural y de vulnerabilidad. De esta manera
facilitar la evaluación de variables, generando un concepto claro y veraz sobre la
vulnerabilidad de la estructura y adicional dejando un preámbulo para el estudio
final sobre el análisis de estructuras.
Dado lo anterior, la NSR 2010, indica que para un análisis de vulnerabilidad se
deben tener en cuenta los siguientes ítems. Las masas existentes, y otras
condiciones estructurales como:
Determinación de los índices de sobre esfuerzo individual de todos los
elementos estructurales de la edificación, considerando las relaciones entre
la demanda sísmica de esfuerzos y capacidad de resistirlos. (Asociación
Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010)
Formulación de una hipótesis de secuencia de falla de la edificación con
base en la línea de menor resistencia, identificando la incidencia de la falla
progresiva de los elementos, indicando con aquellos de mayor índice de
esfuerzo. (Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010)
Definición del índice de sobreesfuerzo general de la edificación, definido
con base en los resultados de la hipótesis, el inverso del índice de sobre
esfuerzo general expresa la vulnerabilidad de la edificación como una
fracción de la resistencia que tendría un edificación nueva construida de
acuerdo con los requisitos de la NSR 2010. (Asociación Colombiana de
Ingenieria Sismica, 2010)
85
Obtención de un índice de flexibilidad general de la edificación. De este se
dispondrá un inverso el cual expresara la vulnerabilidad sísmica de la
edificación como una fracción de rigidez. (Asociación Colombiana de
Ingenieria Sismica, 2010)
Partiendo de lo anterior, para la obtención de los datos para el análisis de
vulnerabilidad, a continuación se representa cómo se deben aplicar los modelos y
métodos explicados en el capítulo 4. Además de la relación con la evaluación
estructural previa al cálculo de derivas. Es de recordar que este cálculo se hace a
partir de los desplazamientos en el eje x y y de la estructura. Por ello la finalización
del análisis sísmico para este manual, culminará con el análisis de los datos que
arroje las matrices.
Pese a que se generará un análisis estructural limitado, dado que este llegará al
fundamento sobre el cálculo de fuerzas sísmicas. Este funcionaría como análisis
inicial para la culminación del análisis estructural.
El cálculo de desplazamientos y el cálculo de derivas serán conceptos que
proviene de una síntesis profesional y es recomendable que este cálculo sólo lo
realice una persona especializada en la profundización de análisis sísmico. Esto
debido a que los cálculos de estas últimas variables son complejos y
generalmente abarca el uso de programas para el análisis estructural tal como
SAP, ANSYS o ETABS, entre otros.
Cómo aplicar los modelos y métodos.
Los modelos de identificación, implican la definición de masas y el cálculo de
rigidez se definirá a partir de la distribución de las cargas y nodos de una
edificación, es decir, el modelo dinámico se define y se utiliza a partir de que tan
equilibrado y definido está el sistema estructural con el cual se construyó la
edificación.
Con base en lo anterior, es importante recalcar que un método básicamente es el
procedimiento para llegar a un fin. Este método de discretización implica un
proceso matemático mediante el cual se calculan las cargas aproximadas de una
86
edificación en uso, esto definido para el caso del presente proyecto, es decir que
al identificar las cargas, se procede a usar los modelos dinámicos, en donde
gracias a la identificación de nodos podemos distribuir de forma coherente las
cargas de acuerdo a las necesidades y el comportamiento estructural.
Al definir el método de discretización y al aplicarlo al modelo dinámico,
procedemos a identificar las rigidez (Ver Variables de diseño controladas), en
realidad la escogencia del modelo dinámico es imparcial, es decir, que cada quien
que realice el estudio tiene derecho a aplicarlo como mejor y más fácil le parezca,
así que perfectamente puede definir una estructura para el análisis en cada nodo,
volviendo la identificación de masas más equilibrada, otro pensará en definirlo por
piso, lo cual identificaría un grado de libertad por piso. Sin embargo en la
identificación del proceso más fácil para la realización de este paso, se
recomienda lo siguiente:
Identificar la geometría de la edificación, es decir uniformidad y una previa
simulación sobre la distribución de cargas.
Realizar el modelo dinámico de forma gráfica, de esta manera identificar
cómo es más fácil la distribución de cargas.
Nota: Cuando se realiza un modelo, este se puede definir en varios
sistemas de coordenadas, por ejemplo:
o Direcciones X y Y. Modelo Bidimensional.
o Direcciones en X o Y. Modelo Unidimensional.
o Direcciones en X, Y y Z. Modelo Tridimensional.
De lo anterior, se debe tener en cuenta que no necesariamente la
aplicación en cada nodo significa que el modelo dinámico implica
varios grados de libertad, simplemente significa que la identificación
de masas posee mayor discretización.
Identificar los nodos en donde se presentan las rigideces determinadas
según el sistema estructural. Para facilitar este ítem, se identificó que
modelo más completo es el tridimensional dado que los sismos dentro del
desarrollo de la onda sísmica actúan en direcciones ortogonales o en X y Y,
87
en donde dependiendo de la circunstancia de la edificación se asumirá X,
como el Este y Y como el Norte. Z se identificará como la altura de la
edificación, pero el sismo no actúa afectando desplazamientos o giros en Z,
por tanto, no se tiene en cuenta para el estudio de análisis sísmico. Sin
embargo el modelo tridimensional es el más complejo dado que se debe
tener especial cuidado para la identificación de masas.
Se desarrollará una evaluación de la masa y la rigidez de la estructura.
Se debe definir la acción sísmica. Esto por medio del desarrollo de
espectros de respuesta definidos ya sea por medio de la NSR 2010 o para
el caso de ciudades como Bogotá, los cuales cuenta con categorización
gracias al desarrollo de microzonificación.
C
Ilustración 8 Curva de diseño para un coeficiente de amortiguamiento de
5% del crítico. Fuente. 13 Microsonificacion Sismica de la Ciudade de
Bogotá(Alcaldia Mayor de Bogotá D.C., 2010, Pág 12)
88
Donde los parámetros se pueden calcular siguiendo la tabla A.4.2-1 de la NSR –
2010, en donde se muestran lo valores de acuerdo al tipo de sistema estructural
de resistencia sísmica.
Se debe determinar el cortante Basal Vs.
Donde Vs= Sa x Wi, es decir, que el cortante Basal, es igual a la
multiplicación del espectro de aceleración calculado por la sumatoria total
de peso, sin la influencia de factores de seguridad. La definición del
cortante basal, es básicamente la interacción entre el suelo y la estructura
en la base de la edificación, esta interacción crea un esfuerzo cortante.
Fuente. 14 (Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010 )
Tabla 7 Valor de los parámetros Ct y α para el cálculo del periodo aproximado Ta.
89
Posterior se debe calcular las fuerzas sísmicas.
Fs= Cv x Vs
Donde
Donde:
- Wi= Peso total
- /h= Altura del piso
Tabla 8 Tabla de formulación para el cálculo y definición de espectro de
respuesta de acuerdo a la NSR – 2010 y la Microzonificación para la Ciudad de
Bogotá.
90
- K= Exponente relacionado con el periodo fundamental aproximado de la
estructura.
• 5Dado lo anterior, se procede a distribuir las fuerzas sísmicas encontradas
por medio de idealizaciones gráficas sobre los pórticos que posee la estructura.
Dependiendo de las características, se puede realizar el modelo de forma
tridimensional, de tal manera que quede más clara la sustentación sobre las
cargas sísmicas. Con base a esto, se procede a calcular las fuerzas y
desplazamientos.
• 6Con base en los desplazamientos horizontales, se pueden calcular las
derivas de cada uno de los niveles de la edificación; dado que el desplazamiento
es progresivo, este se acumula hasta el último de los pisos convirtiendo una
tangente al eje z de la edificación. Cuando se identifique el delta de los
desplazamientos entre los niveles o las derivas, se procede a dividir este valor
entre la altura del nivel, si este valor es mayor a 1% tal como se muestra en la
Tabla 9.
5 Nota: Dadas la condiciones del manual y que su perspectiva es para que
cualquier tipo de persona logre percatar la vulnerabilidad de su edificación este
ítem se identificara y se desarrollara como ejemplo, sin embargo no estará
dentro de las variables para la determinación inicial sobre la estabilidad de una
edificación.
91
La estructuras poseen problemas en la parte estructural respecto al análisis
estructura, en dado caso, se deben cambiar las secciones de las columnas, es
decir entrar en un modelo de rigidización de la estructura. Para que los
movimientos los soporte tanto en el eje X y Y de la edificación.
Partiendo de lo anterior, lo invitamos a revisar el CD, que se encuentra anexo al
presente manual, allí se encuentran:
1. Las edificaciones ejemplo, a las cuales se les realizó el estudio de
vulnerabilidad.
2. La matriz de vulnerabilidad y análisis estructural, dado que las dimensiones no
le permite ser parte del presente manual.
3. La matriz para el análisis de patologías.
Tabla 7 Detalle de valores máximos permitidos respecto a las derivas.
Fuente. 15 (Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010, Pág. A 76 )
92
Tabla 9 Matriz de Vulnerabilidad. Análisis de variables sísmicas (Ver Ejemplos en
CD)
GRUPO DE USO:GRUPO I ESTRUCTURAS DE
OCUPACION NORMALCOEFICIENTE DE IMPORTANCIA: 1.00
Fv COEFICIENTE DE
AMPLIFICACIÓN PERIODOS
INTERMEDIOS:
2.1A0 ACELERACIÓN HORIZONTAL
PICO EFECTIVA:0.18
CAPACIDAD DE DISIPACIÓN: MODERADA DMO COEFICIENTE DE DISIPACIÓN Ro: 5.00 TC PERIODO CORTO NORMA: 1.12Aa ACELERACIÓN HORIZONTAL
PICO EFECTIVA0.15
ZONAS DE MICRO ZONIFICACION ALUVIAL - 100Fa COEFICIENTE DE AMPLIFICACIÓN
PERIODOS CORTOS:1.2 TL PERIODO LARGO: 3.5
Av. ACELERACIÓN QUE
REPRESENTA LA VELOCIDAD
HORIZONTAL PICO EFECTIVA:
0.2
Sa ESPECTRO DE ACELERACIÓN 0.45 TC PERIODO CORTO CALCULADO: 1.12 TL PERIODO LARGO CALCULADO: 5.04 ALTURA DE LA EDIFICACIÓN: 0
Ct COEFICIENTE UTILIZADO PARA
CALCULAR EL PERIODO DE LA
ESTRUCTURA
0.047 ALFA 0.9 Ta PERIODO APROXIMADO: 0
T0 PERIODO DE VIBRACIÓN EN EL
QUE INICIA LAS ZONAS DE
ACELERACIÓN CONSTANTE
0.23
PERIODO Sa
0 0.45
-0.04 0.45
-0.01 0.45
0.02 0.45
0.05 0.45
0.08 0.45
0.11 0.45
0.14 0.45
0.17 0.45
0.2 0.45
0.23 0.45 T0
0.26 0.45
0.29 0.45
0.32 0.45
0.35 0.45
0.38 0.45
0.41 0.45
0.44 0.45
0.47 0.45
0 0.45 Ta
0.05 0.45
0.1 0.45
0.15 0.45
0.2 0.45
0.25 0.45
0.3 0.45
0.35 0.45
0.4 0.45
0.45 0.45
0.5 0.45
0.55 0.45
0.6 0.45
0.65 0.45
0.7 0.45
0.75 0.45
0.8 0.45
0.85 0.45
1.12 0.45 Tc
1.62 0.311111111
2.12 0.237735849
2.62 0.192366412
3.12 0.161538462
3.62 0.139226519
4.12 0.122330097
4.62 0.109090909
5.04 0.10000 TL
5.54 0.09097
6.04 0.08344
6.54 0.07706
7.04 0.07159
ANÁLISIS DE VARIABLES PRIMARIAS
MATRIZ DE VULNERABILIDAD Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL PRIMARIO
T0, 0.23, 0.45
Ta, 0, 0.45
tl, 5.04, 0.10000
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ace
lera
ció
n S
a (g
)
Periodo (s)
CURVA DE DISEÑO PARA UN COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO DE 5% DEL CRÍTICO
93
Tabla 10 Matriz de Vulnerabilidad. (Ver Ejemplos en CD)
Fachada y
particiones
(kN/m2)
m2 de área
en planta
Afinado de
piso y
cubierta
(kN/m2)
m2 de área
en planta
Carga Uniforme
(kN/m2)
m2 de área
en planta cubierta
Carga Uniforme
(kN/m2)
m2 de área
en planta
ResidencialFachada y particiones de
mampostería3.0 1.6 Residencial Cubiertas 5.0 1.8
PESO ESPECIFICO DEL CONCRETO
REFORZADO24 kN/m3 PESO ESPECIFICO DEL CONCRETO
REFORZADO24 kN/m3
COLUMNAS
VIGAS Y VIGUETAS
PLACA
AFINADO
F SEGURIDAD 2.5%
CIELO RASO
MUROS EN MAMPOSTERIA
ESCALERAS
ESTIMATIVO DE ACABADOS
ÁREA PISO: 358.2 m2 FACTOR DE SEGURIDAD CV 1.6 CARGA VIVA TOTAL 511.19 TON
ÁREA CUBIERTA: 358.2 m2 FACTOR DE SEGURIDAD CM 1.2 CARGA MUERTA TOTAL 1938.5784 TON
ÁREA TOTAL: 2149.2 m2 CARGA TOTAL 2449.77 TON
Niveles (m) Wi (Ton) Wi (kN) Hi (m) Wi x Hi (Wi x Hi)^k CvX Fi Fuerza Sísmica Horizontal
De 16.3 a 19.5 269.3664 2642.51 19.5 5252.64 5252.64 0.24 210.4
De 13.1 a 16.3 333.8424 3275.02 16.3 5441.63 5441.63 0.25 218.0
De 9.90 a 13.1 333.8424 3275.02 13.1 4373.34 4373.34 0.20 175.2
De 6.70 a 9.90 333.8424 3275.02 9.90 3305.04 3305.04 0.15 132.4
De 3.50 a 6.70 333.8424 3275.02 6.70 2236.74 2236.74 0.10 89.6
De 0.00 a 3.50 333.8424 3275.02 3.50 1168.45 1168.45 0.05 46.8
TOTALES 1938.58 19017.60 69.00 21777.84 21777.84 1.00 872.36
VALORES PARA K
Para un Ta menor o Igual a 0.5 segundos
Para un Ta entre 0.5 y 2.5 segundos
Para un Ta mayor que 2.5 segundos
k= 1
Vs= Sa x Wi 872.36028 TON
1
3.75 A.10.4.2.4 — Coeficiente de capacidad de disipación de energía c NSR 2010
0.45
0.120
3.5
1.14 Ton/m2
0.13
232.63 Edificación existente antes de 2010
Buena SI Regular Mala
COMPONENTE CLASIFICACIÓN DE
COMPONENTES
CLASIFICACIÓN DE LA VULNERABILIDAD
DE CADA ASPECTO
FACTORES DE PONDERACIÓN
RELATIVOSVULNERABILIDAD PONDERADA
a) Irregularidad en planta de la
edificación (IP)2 20% 0.333
b) Cantidad de muros en las dos
direcciones (CM) 1
c) Irregularidades en altura (AI) 2
VULNERABILIDAD 3.000 VULNERABILIDAD ALTA
a) Calidad de las juntas de pega de
morteros (CJ)2 20% 1.2
b) Tipo y disposición de las unidades
de mampostería "TM"1
c) Calidad de los materiales (CMa) 3
a) Muros confinados y reforzados
(MCR)1 30% 0.45
b) Detalle de columnas y vigas en los
nodos (DVC)1
c) Vigas de amarre o corona (VA) 2
d) Características de las aberturas (CA) 1
e) Entrepiso "E" 1
f) Amarre de cubierta (AC) 3
CIMENTACIÓN "C" 3 3 10% 0.3
SUELO (S) 3 3 10% 0.3
ENTORNO (En) 3 3 10% 0.3
2.883
DATOS GENERALES
ANÁLISIS DE CARGAS SIN DETALLE
Valores mínimos alternativos de carga muerta de elementos no estructurales cuando no se efectúe un análisis más detallado
CARGA MUERTA CM CARGA VIVA CV
Valores mínimos alternativos de carga viva de elementos no estructurales cuando no se efectúe un análisis más detallado
kN/m3
kN/m3
kN/m3
kN/m3
kN/m3
EN ESTE ÍTEM, SI USTED POSEE UNA MEMORIA DE CÁLCULOS, Y ADICIONAL PUEDE REALIZAR UN ESTUDIO AL DETALLE SOBRE LAS CARGA DE LA EDIFICACIÓN. A CONTINUACIÓN SE NOMBRAN LOS PESOS QUE DEBE TENER EN CUENTA PARA ESTE ANÁLISIS
24
ANÁLISIS DE CARGAS CON DETALLE
ESTE ÍTEM TIENE DOS POSIBILIDADES PARA SU ANÁLISIS, UNO DE ELLOS ES EL ANÁLISIS DE CARGAS SIN DETALLE EL CUAL ES QUE GENERALMENTE SE USA CUANDO NO SE POSEE INFORMACIÓN O MEMORIAS DE CALCULO ESTRUCTURALES
3.15
24
0.15 kN/m2
ANÁLISIS DE CARGAS
24
24
22
0.55
0.15 kN/m2
kN/m2
kN/m3
ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD
CLARIFICACIÓN POR AÑO DE CONSTRUCCIÓN
EDIFICACIONES CONSTRUIDAS ANTES DE 1984
EDIFICACIONES CONSTRUIDAS ANTES DE 1984 y 1998
ANÁLISIS SÍSMICO ESTRUCTURAL
K es un exponente relacionado con el periodo fundamental de la estructura. Ta.
k=1
K=0.75 + 0.5 Ta
k=2.0
CAPACIDAD DE SOPORTE SÍSMICO
COEFICIENTE DE SEGURIDAD α
COEFICIENTE DE CAPACIDAD DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA R'
ACELERACIÓN ESPECTRAL Sa
EDIFICACIONES CONSTRUIDAS ANTES DE 1998 y 2010
EDIFICACIONES CONSTRUIDAS DESPUÉS DE 2010
N/A
N/A
REVISAR PATOLOGIAS - REALIZAR ESTUDIO ESTRUCTURAL - INCLUIR CALCULO DE DERIVAS - NIVEL MEDIO VULNERABILIDAD
N/A
Coeficiente que se emplea para ajustar el cálculo de la sobrecarga sísmica horizontal en la base del edificio.
Фc o Фe Calidad del diseño y Construcción o estado de la edificación
Seleccione SI o NO en solo una de las opciones
CONCEPTO VULNERABILIDADDESCRIPCIÓN GENERAL DEL ESTADO DE LA EDIFICACIÓN - VARIABLES DE OBSERVACION
DETERMINACION POR EL AÑO DE CONTRUCCION
ACELERACIÓN PICO EFECTIVA REDUCIDA Ae
EFECTOS SÍSMICOS REDUCIDOS DE REVISIÓN E
COEFICIENTE SÍSMICO
ALTURA DESDE CIMENTACIÓN HASTA CUBIERTA
PESO POR UNIDAD
Referencias. Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica. (2010). Reglamento Colombiano de
Construcción Sismo Resistente - NSR 10. Bogotá D.C.: AIS.
Maldonado Rondon, E., & Chio Cho, G. (2004). Analisis Sismico de Edificaciones. Bucaramanga: Ediciones
Universidad Industrial de Santander.
Maldonado Rondon, E., & Chio Cho, G. (2008). Vulnerabilidad Sismica en Centros Urbanos.
Bucaramanga: Ediciones Universidad Industrial de Santander.
Alcaldia Mayor de Bogotá D.C. (16 de Diciembre de 2010). Microsonificación Sísmica de Bogotá D.C.
Decreto 523. Bogotá D.C., Colombia.
VULNERABILIDAD POR METODOLOGIA DE LA AIS
N/A
N/A
REVISAR PATOLOGIAS - REALIZAR ESTUDIO ESTRUCTURAL - INCLUIR CALCULO DE DERIVAS - NIVEL MEDIO
VULNERABILIDAD
N/A
ASPECTOS GEOMÉTRICOS
1.666666667
ASPECTOS CONSTRUCTIVOS
6
ASPECTOS ESTRUCTURALES
1.5
SUMATORIA VULNERABILIDAD PONDERADA
A1=
A2=
A3=
94
95
96
BIBLIOGRAFÍA
Alcaldia Mayor de Bogota D.C. - Secretaria de Gobierno - DPAE. (2008). Plan
Distrital de Prevención y Atención de Emergencias para Bogotá. Bogotá
D.C.: Secretaria Distrital de Gobierno.
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Tomlinson, M. J. (2008). Cimentaciones: Diseño y construcción. Mexico:
Tomlinson.
98
TABLAS
Tabla 1 Tabla de comparación entre la Escala de Mercalli y la Escala de Richter 15
Tabla 2 Clasificación de daños en función de la demanda de ductilidad .............. 45
Tabla 3 Esquema de vulnerabilidad de acuerdo al método de la AIS ................... 46
Tabla 4 Calificación y peso de ponderación de ítems de vulnerabilidad para
edificación de mampostería (Benedetti y Petrini, 1984) (Maldonado Rondon & Chio
Cho, Analisis Sismico de Edificaciones., 2004) ..................................................... 48
Tabla 5 Calificación y peso de ponderación de ítems de vulnerabilidad para
edificaciones de concreto reforzado (CNR, 1993) (Maldonado Rondon & Chio Cho,
Analisis Sismico de Edificaciones., 2004) ............................................................. 48
Tabla 6 Valor de los parámetros Ct y α para el cálculo del periodo aproximado Ta.
.............................................................................................................................. 88
Tabla 7 Tabla de formulación para el cálculo y definición de espectro de respuesta
de acuerdo a la NSR – 2010 y la Microzonificación para la Ciudad de Bogotá. .... 89
Tabla 8 Detalle de valores máximos permitidos respecto a las derivas. ............... 91
99
FUENTES
Fuente. 1 Imagen de la NASA mostrando las placas tectónicas y la actividad
sísmica asociada a ellas........................................................................................ 13
Fuente. 2 Valdivia (1960) Antes del Sismo Recuperado de http://historiadevaldivia-
chile.blogspot.com/2010/06/isla-tejas.html ............................................................ 16
Fuente. 3 Valdivia (1960) Después del Sismo Recuperado de
http://3quellon.blogspot.com/2012/05/22-de-mayo-de-1960-terremoto-95-
richter.html............................................................................................................. 16
Fuente. 4 Valdivia (2010) En la Actualidad Recuperado de
https://www.flickr.com/photos/chile-chile/5078326808/ ......................................... 17
Fuente. 5 Japón (2011) Reconstrucción Recuperado de
http://dan777000.blogspot.com/ ............................................................................ 17
Fuente. 6 Japón (2011) Después del Sismo Recuperado de
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Fuente. 7 Indonesia (2004) Antes del Tsunami Recuperado de
http://cmcagustinos.wordpress.com/2011/03/02/tsunami-de-indonesia-de-2004/ . 18
Fuente. 8 Indonesia (2004) Después del sismo Recuperado de
http://cmcagustinos.wordpress.com/2011/03/02/tsunami-de-indonesia-de-2004/ . 18
Fuente. 9 (Tipos de Ondas, Tarbuck & Lutgens, 2005, Pag 316, Figura. 11.8) ... 21
Fuente. 10 (Gallego Silva & Sarria Molina, 2010, Pág. 123)¡Error! Marcador no
definido.
Fuente. 11 (Maldonado Rondon & Chio Cho, 2004, Pág. 19. Figura 1-17.) ......... 69
Fuente. 12 (Maldonado Rondon & Chio Cho, Analisis Sismico de Edificaciones.,
2004) ..................................................................................................................... 70
Fuente. 13 Google Maps (2014) Recuperado de
https://www.google.es/maps/@4.702462,-
100
74.032399,3a,43.2y,240.19h,119.88t/data=!3m4!1e1!3m2!1souMgBOAy3X8qHjw9
w6TD7g!2e0 .......................................................................................................... 80
Fuente. 14 Microsonificacion Sismica de la Ciudade de Bogotá(Alcaldia Mayor de
Bogotá D.C., 2010, Pág 12) .................................................................................. 87
Fuente. 15 (Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010 ) ..................... 88
Fuente. 16 (Asociación Colombiana de Ingenieria Sismica, 2010, Pág. A 76 ) ..... 91
101
ILUSTRACIONES
Ilustración 1 Tipos de Ondas ................................................................................. 21
Ilustración 2 Ejemplo de cargas que inducen a fisuras. ........................................ 37
Ilustración 3 Eacala de Vulnerabilidad de la EMS - 98 .......................................... 47
Ilustración 4 Relación fuerza – Desplazamiento para una viga simplemente
apoyada. ............................................................................................................... 55
Ilustración 5 Representación gráfica de la rigidez. ................................................ 56
Ilustración 6 Esquema de la forma como trabajan los elementos para la
conformación del sistema resistente a cargas laterales mediante momento durante
un sismo. .................................................................. ¡Error! Marcador no definido.
Ilustración 7. Modelos de un solo grado de libertad. ............................................. 69
Ilustración 8. Modelo con varios grados de libertad. ............................................ 70
Ilustración 9 Curva de diseño para un coeficiente de amortiguamiento de 5% del
crítico. .................................................................................................................... 87
102
IMÁGENES
Imagen 1. 0-1 Fisuración de placa. ....................................................................... 29
Imagen 1. 0-2 Degradación por humedad, mala acomodación estructural,
corrosión de un elemento estructural primario. ..................................................... 31
Imagen 1. 0-3. Edificio Ubicado en la Localidad de Tunjuelito. ............................ 34
Imagen 1. 0-4 Grieta producida en la unión de dos muros – Humedad visible –
Fluorescencia visible. ............................................................................................ 35
Imagen 1. 0-5 Fundida del Elemento, Vibrado Constante. .................................... 38
Imagen 1. 0-6 Fisuración en placa a eje de Columna. Edificación Culminada 2013.
.............................................................................................................................. 38
103
