TALLER SOBRE SEGURIDAD Y EVALUACIÓN POST-SÍSMICA EN EDIFICACIONES

MÓDULO 1: RIESGO SÍSMICO Y ESCENARIO La sismicidad en el Perú y en la Ciudad de Lima Tipos de edificaciones Vulnerabilidad de los edificios Casuística de daños y Principales fallas Estudio de casos

Sandra Santa Cruz / Alejandro Muñoz Pontificia Universidad Católica del Perú

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La Sismicidad en el Perú y en la Ciudad de Lima

SISMICIDAD La Interacción entre placas tectónicas almacena energía que puede ser liberada en pocos segundos en forma de calor y de ondas sísmicas. Estas ondas pueden producir en algunos casos grandes daños en las construcciones e incluso en el paisaje.

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CLASIFICACIÓN DE SISMO DE ACUERDO A LA PROFUNDIDAD: Superficiales 0-60 km

Intermedios 60-300 Km

Profundos 300-700 km

MAGNITUD DEL SISMO Medida indirecta de la cantidad total de energía liberada por una falla durante un sismo. Para medirlo se puede usar sismogramas y métodos matemáticos. Las escalas más usadas son las de Richter (Ms) y Kanamori (Mw). La primera mide las ondas superficiales y la segunda mide la energía liberada.

UBICACIÓN Y MAGNITUD PRINCIPALES TERREMOTOS EN EL PERÚ

INTENSIDAD DEL SISMO Severidad de la sacudida y está relacionada con la ubicación y magnitud del sismo en la superficie. Se puede medir a partir de la impresión humana, y efectos sobre las construcciones y la naturaleza (Mercalli, MSK, MMA) o por el movimiento máximo del terreno (Aceleración PGA, Aceleración AT, Velocidad ). MMA-2001 (Julio Kuroiwa) I

No sentido, sólo registro instrumental

II-V

Percepción humana

VI-IX Daños en construcciones X-XII Efectos sobre la naturaleza

MAPAS DE ISOSISTAS Estos mapas sirven para ver la escala de intensidades y su afectación en las ciudades aledañas o cercanas al sismo.

SISMO PISCO 2007 Población expuesta al sismo Intensidad MMI

Población Hab.

VIII

583 000

VII

846 000

VI

8 410 000

0.5

Ms = 7.9 ???

Fuente: USGS

Aceleración (g)

Pisco Ica

???

Callao

0.25

Ca saverd

e-Vargas

Lima Saragoni

0 50

75

100

125

150

175

200

225

250

Distancia (Km)

FUENTE: USGS

ESCALA DE MERCALLI Escala cualitativa que describe la percepción subjetiva de las personas ante un sismo en un lugar específico. Consta de 12 grados medidos en romanos desde l I hasta el XII. Está relacionada con el daño en el lugar.

I

No es sentido, excepto por algunas personas bajo circunstancias especialmente favorables.

II

Sentido sólo por muy pocas personas en posición de descanso, especialmente en los pisos altos de los edificios. Objetos delicadamente suspendidos pueden oscilar.

III

Sentido muy claramente en interiores, especialmente en pisos altos de los edificios, aunque mucha gente no lo reconoce como un terremoto. Automóviles parados pueden balancearse ligeramente. Vibraciones como al paso de un camión. Duración apreciable

IV

Durante el día sentido en interiores por muchos, al aire libre por algunos. Por la noche algunos despiertan. Platos, ventanas y puertas agitados; las paredes crujen. Automóviles parados se balancean apreciablemente.

V

Sentido por casi todos, muchos se despiertan. Algunos platos, ventanas y similares rotos; grietas en el revestimiento en algunos sitios. Objetos inestables volcados. Algunas veces se aprecia balanceo de árboles, postes y otros objetos altos. Sentido por todos, muchos se asustan y salen al exterior. Algún mueble pesado se

VI mueve; algunos casos de caída de revestimientos y chimeneas dañadas. Daño leve.

…ESCALA DE MERCALLI VII

Todo el mundo corre al exterior. Daño insignificante en edificios de buen diseño y construcción; leve a moderado en estructuras comunes bien construidas; considerable en estructuras pobremente construidas o mal diseñadas; se rompen algunas chimeneas.

Daño leve en estructuras diseñadas especialmente para resistir sismos; considerable, en edificios comunes bien construidos, llegando hasta colapso parcial; grande, en VIII estructuras de construcción pobre. Los muros de relleno se separan de la estructura. Caída de chimeneas, objetos apilados, postes, monumentos y paredes. Muebles pesados volcados.

IX

Daño considerable en estructuras de diseño especial; estructuras bien diseñadas pierden la vertical; daño mayor en edificios sólidos, colapso parcial. Edificios desplazados de los cimientos. Grietas visibles en el suelo. Tuberías subterráneas rotas.

X

Algunos estructuras bien construidas en madera, destruidas; la mayoría de estructuras de mampostería y marcos destruidas incluyendo sus cimientos; suelo muy agrietado. Rieles torcidos.

XI

Pocas o ninguna obra de albañilería quedan en pie. Puentes destruidos. Anchas grietas en el suelo. Tuberías subterráneas completamente fuera de servicio. La tierra se hunde y el suelo se desliza en terrenos blandos. Rieles muy retorcidos.

XII

Destrucción total. Se ven ondas sobre la superficie del suelo. Líneas de mira (visuales) y de nivel deformadas. Objetos lanzados al aire.

Medida de los sismos Magnitud Mide el tamaño del sismo

Intensidad

Mide el impacto del sismo en un punto de interés La magnitud no depende de la La intensidad varía con la distancia a la ubicación de ubicación interés La relación entre la magnitud La intensidad está relacionada con el daño que ocurre en un y el daño no es necesariamente directa lugar La variación espacial de la La ubicación de los fenómenos y sus magnitudes intensidad puede reflejarse en un mapa de peligro puede reflejarse en un mapa de sismicidad Es una medida cuantitativa Puede expresarse en términos cuantitativos o cualitativos 12

PELIGRO SÍSMICO A partir del análisis de las fuentes sísmicas e intensidades probables se obtienen mapas que se pueden simplificar en zonas con fines normativos.

Zonificación sísmica

EFECTOS INDUCIDOS POR EL SISMO • • • •

Tsunami Licuación de suelos Derrumbes Incendios, radiación, químicos, tóxicos, explosiones, etc.

Tsunami

Licuación de suelos

Derrumbes, deslizamientos

Incendios, radiación, químicos, tóxicos, explosiones

Fukushima (Japón 2011)

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Tipos de Edificaciones

Transmisión de Cargas de gravedad Pórticos

DIAFRAGMA VIGAS

TABIQUERÍA

COLUMNAS

ZAPATAS

Transmisión de Cargas de gravedad Muros de corte

TABIQUERÍA MUROS

VIGAS

COLUMNAS DE C° A°

NUDOS COLUMNA-VIGA DE C°A°

Vista desde el interior de edificios

Tabiquería

Parapetos

Las fuerzas sísmicas se pueden imaginar como fuerzas aplicadas a nivel de los techos

DIAFRAGMA = VIGA

TRANSMISIÓN DE CARGAS SÍSMICAS

EDIFICIOS DE ALBAÑILERÍA Albañilería confinada o armada, con diafragma (techo) rígido. Normalmente edificios de 1 a 4 pisos. Las cargas de gravedad y las cargas sísmicas son resistidas por los muros.

EDIFICIOS DE PÓRTICOS DE CONCRETO ARMADO Posee columnas y vigas de concreto armado. Las cargas de gravedad son resistidas por las columnas y las cargas sísmicas por los pórticos.

EDIFICIOS DE MUROS DE CONCRETO ARMADO Las cargas de sísmicas y de gravedad son resistidas por los muros o “placas” de concreto armado.

EDIFICIOS DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA Edificios de concreto armado con muros delgados (10-12cm de espesor) y con un máximo de 7 pisos. Las cargas de sísmicas y de gravedad son resistidas por los muros.

EDIFICIOS DUALES Estructura de pórticos y muros de concreto armado. Las cargas de gravedad son resistidas por los muros y las columnas y las cargas sísmicas son resistidas principalmente por los muros.

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Vulnerabilidad de los edificios

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VULNERABILIDAD • Antigüedad en relación a los códigos de diseño. • Deficiente supervisión técnica durante la construcción. • Configuraciones estructurales deficientes: En planta o verticales. • Modificaciones en estructura y en el uso.

la

Antigüedad en lo Códigos de diseño.

Edificio Pre 70’s

Edificio actual

Deficiente supervisión técnica durante la construcción

Configuración estructural en planta Edificios en forma de “L”

Configuración estructural en planta Edificios con problemas en diafragmas

Configuración estructural en planta Edificios con problemas de torsión

Configuración estructural en elevación Discontinuidad en altura

Piso blando

Discontinuidad en altura

Edificios con problema de piso blando

Edificios con problema de piso blando

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Casuística de Daños Daños estructurales Daños No estructurales

FALLAS EN VIGAS

FALLAS EN VIGAS

FALLAS EN COLUMNAS

FALLAS EN COLUMNAS

FALLAS EN COLUMNAS

FALLAS EN COLUMNAS – COLUMNA CORTA

Esquema de columna cautiva

Columna corta

FALLAS EN COLUMNAS – COLUMNA CORTA

COLUMNA CORTA EN ESQUINA DE EDIFICIO

/ PUCP/ Ingeniería Antisísmica 1/ A. Muñoz/ 2009

GRIETAS DE CORTE EN COLUMNAS

/ PUCP/ Ingeniería Antisísmica 1/ A. Muñoz/ 2009

FALLAS EN COLUMNAS – COLUMNA CORTA

FALLAS EN COLUMNAS – APLASTAMIENTO

FALLAS EN COLUMNAS

FALLAS EN NUDOS

FALLAS EN NUDOS

FALLAS EN NUDOS

FALLA EN MUROS DE ALBAÑILERÍA

FALLA EN MUROS DE ALBAÑILERÍA

Foto y Esquema de falla en muros largos de albañilería

FALLA EN MURO DE CONCRETO ARMADO

FALLA EN MURO DE CONCRETO ARMADO

FALLA EN MURO DE CONCRETO ARMADO

FALLA EN MURO DE CONCRETO ARMADO

FALLA EN TABIQUERÍA

Esquema y foto de falla de grieta en diagonal por efecto puntal en muro de albañilería confinada

FALLA EN TABIQUERÍA

Esquema y foto de falla de volteo por desprendimiento de tabiquería interior

FALLA EN TABIQUERÍA

Esquema y foto de falla de volteo por desprendimiento de tabiquería exterior

FALLA EN PARAPETOS

EDIFICIO CON DAÑOS NO ESTRUCTURALES

TABIQUE VOLCADO POR ANCLAJE DEFECTUOSO

DAÑOS EN ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES. CIELO RASO.

DAÑOS EN VENTANAS

DAÑO EN TABIQUES EXTERIORES.

/ PUCP/ Ingeniería Antisísmica 1/ A. Muñoz/ 2009

DAÑO EN TABIQUES EXTERIORES.

DAÑO EN TABIQUES INTERIORES

DAÑO EN MOBILIARIO

MURO DE CERCO VOLTEADO

/ PUCP/ Ingeniería Antisísmica 1/ A. Muñoz/ 2009

MURO DE CERCO VOLTEADO

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Estudios colapsados en terremotos recientes

Colapso de edificios en Perú. Pisco 2007

Colapso de edificios en Chile. Concepción 2010