Download EFECTOS EN LAS ESTRUCTURAS DAÑOS EN EDIFICIOS DE LA

Septiembre 9, 2011
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Gerardo Aguilar Ramos
Jorge Aguirre González
Jorge Arturo Ávila Rodríguez
Eduardo Botero Jaramillo
David Murià Vila
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1
 
Septiembre 9, 2011
Antecedentes
Macrosismo de Japón* del 11 de marzo de 2011, con:
Magnitud, Mw= 9.0
-Daños extraordinariamente importantes debido a los
efectos del tsunami subsecuente
-Daños relativamente escasos debido a los efectos
mismos del sismo
* En la costa Este de la Península Oshika, Tohoku, a 130 km de la ciudad de
Sendai, a unos 500 km al norte de Tokio
Principales observaciones
• 
• 
• 
Dominan los daños, por mucho, de los efectos del tsunami.
Los edificios con mayores daños (principalmente en columnas y, en varias ocasiones, en
vigas de acoplamiento) por efectos del sismo, fueron construcciones NO recientes, a
base de marcos de concreto reforzado rigidizados con muros y/o contraventeos metálicos.
Dominan los edificios de acero estructural.
DAÑOS IMPORTANTES EN COLUMNAS
(muchos por problemas de columna corta y sin
confinamiento suficiente en los extremos)
• 
Varios daños por:
- irregularidades en planta y elevación
- mala unión de elementos no-estructurales (muros divisorios de mampostería,
plafones, libreros, etc)
• 
Pocos daños estructurales inducidos por
- problemas recurrentes de licuación de arenas, debido a la modificación favorable del
criterio de diseño de las cimentaciones de los nuevos edificios, a raíz de las experiencias
de sismos intensos anteriores.
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No problemas aparentes de torsiones excesivas en planta
No daños por golpeteo entre edificios (siempre holguras suficientes)
No daños en volados
No daños en escaleras de servicio !! Muchas bardas caídas
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Refuerzo de una viga diafragma que une muros sujetos a
fuerzas horizontales en su plano (NTC-Concreto, RDF-04)
Confinamiento
adecuado en los
extremos y dentro
del nudo
Detallado de elementos a flexocompresión de marcos dúctiles
(NTC-Concreto del RDF-04)
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Problemas típicos de
columna corta
Falla frágil de cortante
Referencia: Murty, 2005
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Septiembre 9, 2011
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SISMO
MOMENTO
VOLTEO
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Referencia: Professor Masato Motosaka, Tohoku University,
March 2011
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Referencia: Professor Masato Motosaka, Tohoku University,
March 2011
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COLUMNAS REFORZADAS
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Vigas de acoplamiento
perforadas por ductos y
sin refuerzo longitudinal
en forma diagonal
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EDIFICIO CON
AISLADORES
SÍSMICOS
EDIFICIO
CONVENCIONAL
(SIN AISLADORES
SÍSMICOS)
EDIFICIO CON
AISLADORES
SÍSMICOS
EDIFICIO
CONVENCIONAL
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Referencia: Dr Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
Fallas tipo
observadas en
los extremos de
contaventeos
metálicos, a raíz
de sismos
Referencia:Abolhassan Astaneh-Asl, 1998
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*Área de Oroshimachi%
N-S
Edificio de 3 niveles
(oficinas)
Fluencia de la placa del nudo
de uno de los marcos de acero
resistentes de flexión en la
dirección EW
Referencia: Dr Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
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Fractura de la placa
que conecta una de
las diagonales en X
con la unión vigacolumna en el primer
entrepiso
Pandeo lateral torsional de las
diagonales de acero en X, a base de
ángulos dobles
Referencia: Dr Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
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Fluencia de la placa de apoyo de la diagonal
Referencia: Dr Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
Edificio para estacionamiento con
diagonales de acero
Pandeo de la placa de apoyo
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29
Septiembre 9, 2011
Referencia: Dr Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
Edificio de
estacionamiento rigidizado
con contraventeos
metálicos
Fractura de las placas de apoyo de
ambos extremos en la dirección EW
Fractura tipo de la placa de apoyo de varias
diagonales
Referencia: Dr Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
30
Septiembre 9, 2011
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Referencia: Dr. Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
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Nota: el Reglamente vigente desde 1971 requería que las columnas (en ambos extremos)
tuvieran estribos @ 10 cm y @15 cm en la parte media, para prevenir fallas frágiles por
cortante, después de lo observado en el sismo Tokachi-oki de 1968.
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$ Suficiente (adecuado) refuerzo transversal, en general,
pero fuerzas del sismo muy grandes
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Septiembre 9, 2011
Vigas de gran peralte en la fachada de
la dirección longitudinal
Falla tipo de cortante por
efectos de columna corta
Referencia: Dr. Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
D
A
Grietas horizontales a lo
largo de la junta de
construcción entre el pretil y
la trabe horizontal
C
B
A
B
Fallas tipo en el eje de
la fachada norte
(columnas A a D)
Pretil
Trabe
!
Referencia: Dr. Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
32
Septiembre 9, 2011
B
Falla por cortante en el
extremo superior de la
columna B, por efectos
de columna corta
Referencia: Dr. Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
C
-Falla de cortante en el extremo
inferior de la columna C por
efectos de columna corta
-Pandeo del acero de refuerzo
longitudinal
-Detalles adecuados (ganchos a
90°) de los estribos con acero
liso
Referencia: Dr. Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
33
Septiembre 9, 2011
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Comportamiento
sismorresistente
• Fachada posterior (lado norte) con
prétiles y vigas de mayor altura
mayores daños por efectos
de olumna corta
• Fachada principal (sur) con vigas sin pretil
daño ligero en columnas
Referencia: Dr. Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
Prétil sin
refuerzo
Tipos de daños en la fachada
posterior por efectos del mal
detallado de las vigas
“spandrel” (sección compuesta
de la viga + prétil) y “trabajo” de
muros no-estructurales
Referencia: Dr. Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
34
Septiembre 9, 2011
Referencia: Dr. Shunsuke Otani, University of Tokyo, March 2011
Tipos de daños en la fachada
posterior por efectos de columna
corta debido a la presencia de
las vigas “spandrel” (sección
compuesta de la viga + prétil)
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'
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Referencia: Dr. Masahiro Inayama, University of Tokyo, March 2011
35
Septiembre 9, 2011
Unión inadecuada
Referencia: Dr. Masahiro Inayama, University of Tokyo, March 2011
Colapso de un garage con columnas de
concreto y vigas de acero
Referencia: Dr. Masahiro Inayama, University of Tokyo, March 2011
36
Septiembre 9, 2011
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Referencia: Dr. Masahiro Inayama, University of Tokyo, March 2011
Falla de cortante por
efectos de columna corta
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Referencia: Dr. Masahiro Inayama, University of Tokyo, March 2011
Falla de cortante por efectos de columna corta
37
Septiembre 9, 2011
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Referencia: Dr. Yoshikazu Takahashi, University of Tokyo, March 2011
Viaducto #1 Shinkansen de Nakasone
(de 103 m de largo, a 456 km de Tokyo )
Antecedentes
Diseño según “Shinkansen Network Structural Design Standards
(specifically for the Tohoku, Joetsu and Narita Lines), 1972” and
“Structural Design Standards for Reinforced Concrete, Unreinforced
Concrete and Prestressed Concrete Structures, 1970.”
Comportamiento sismorresistente
Daños severos en el extremo superior de las pilas con cabezales
(sin daños en la cimentación)
Falta de confinamiento para evitar
la falla del núcleo del concreto
Pérdida de capacidad de carga gravitacional
Modos de falla de cortante y de flexión
38
Septiembre 9, 2011
Falla tipo de
los extremos
superiores de
las pilas
Referencia: Dr. Yoshikazu Takahashi,
University of Tokyo, March 2011
Grietas diagonales tipo
Falla tipo de
los extremos
superiores de
las pilas
Referencia: Dr. Yoshikazu Takahashi, University of Tokyo, March 2011
39
Septiembre 9, 2011
Falla tipo de
los extremos
superiores de
las pilas
Referencia: Dr. Yoshikazu Takahashi, University of
Tokyo, March 2011
Falla tipo de
los extremos
superiores de
las pilas
Referencia: Dr. Yoshikazu
Takahashi, University of Tokyo,
March 2011
Sin daños
en la
cimentación
40
Septiembre 9, 2011
Observaciones
$  Dada la magnitud del sismo (Mw= 9.0), los daños
estructurales observados fueron mucho menores de los
que se podrían haber esperado
$  Sin embargo, entre otros aspectos y según el
comportamiento estructural observado, las columnas de
concreto (en edificios altos y chaparros , y en
viaductos), con diseños antes de 1980, son las que
presentaron la mayor parte de los daños, dominando los
modos de falla de cortante por efectos de columna corta
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