DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 1

Observaciones Relativas al Tipo de Falla en

Muros de C.A. Sismo de Chile Feb.27, 2010

Wilson E. Silva Berríos

Consecuencias del Sismo:

Comportamiento de las

Construcciones Chilenas

Desempeño de los edificios

de concreto armado

Huánuco 11 Noviembre 2011

Observaciones Relativas al

Tipo de falla en Muros de CA

Reflexiones técnicas sobre

el terremoto

I Congreso Internacional de Ingeniería Civil

UDH – 2011. E.A.P. I.C. 10 - 12 Nov. 2011

Chile 27.02.2010: Epicentro y Aceleraciones Fuente USGS

0.4g en Concepción

Mw = 8.8

Foco: 35 Km

Dist. a Concepción: 115 Km

Dist. a Santiago: 325 Km

V : V : ValparaValparaíísoso

RM : RM : RegiRegióónn MetropolitanaMetropolitana

VI : VI : LibertadorLibertador OO’’HigginsHiggins

VII : VII : MauleMaule

VIII : VIII : BiobBiobííoo

IX : IX : AraucanAraucanííaa

Alrededor de 10,000 edificios Alrededor de 10,000 edificios

residenciales construidos desde residenciales construidos desde

1985 al 20091985 al 2009……

Chile, Regiones afectadas Características del Terremoto

• Magnitud 8.8 Fuente USGS NEIC (WDCS-D)

• Fecha Sábado 27 Febrero 2010. a 03:34:14am, zona del

Maule.

• Localización

35.909°S, 72.733°W

Profundidad 35 km (21.7 miles)

• Región

Océano Pacífico frente a la zona del MAULE, CHILE

• Distancias

105 km (65 miles) NNE de Concepcion

115 km (70 miles) WSW de Talca

335 km (210 miles) SW de SANTIAGO, Chile

Aceleraciones Huaraz

1970

Lima

1974

México DF (SCT)

1985

Santiago

Chile 2010

Pisco

2007

a máx.:

0.24g

a máx.:

0.37g

Curico

Chile 2010

a máx.:

0.47g

a máx.:

0.15g

a máx.:

0.20g

a máx.:

0.17g

Lima 1970

a maxa max

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0 10 20 30 40

t(s)

Acele

ració

n (

g)

Lima 1974

a maxa max

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0 10 20 30 40 50 60 70 80

t(s)

Ac

ele

ra

ció

n (

g)

Pisco 2007 (ICA)

a maxa max

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0 20 40 60 80 100 120 140 160

t(s)

Ac

ele

ra

ció

n (

g)

V : V : ValparaValparaíísoso

RM : RM : RegiRegióónn MetropolitanaMetropolitana

VI : VI : LibertadorLibertador OO’’HigginsHiggins

VII : VII : MauleMaule

VIII : VIII : BiobBiobííoo

IX : IX : AraucanAraucanííaa

Alrededor de 10,000 edificios Alrededor de 10,000 edificios

residenciales construidos desde residenciales construidos desde

1985 al 20091985 al 2009……

Chile, Regiones afectadas

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 2

DAÑOS ESTRUCTURALES EN EDIFICIOS ALTOS

M P

V

Solicitaciones sobre muros

CONDOMINIO OLAS - CONCEPCIÓN

Construido entre sept. 2007 y dic. del 2008

Inversión: 32 millones de dólares. Más de un año de

operación, antes del sismo…

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 3

EDIFICIO

FESTIVAL -

VIÑA DEL MAR

Edificio Alto Arauco Av. Los Carrera 1535-1555. Concepción

Torre O’Higgins Concepción

Vista posterior

Sin daño aparente

desde esta vista Daño severo vigas (plano de unión con columnas)

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 4

Daño severo en columnas Perú

Edificio

Geocentro

Obispo Salas Av. Obispo Salas 445

Concepción

Falla en Muro

Falla de muro con ruptura del acero de refuerzo Mayor daño en los extremos de muros

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 5

Muro Interior Ruptura del refuerzo vertical distribuido

Pandeo y falla del acero

de refuerzo

Ruptura del acero

de refuerzo en

extremo de muro

Vigas y losas de

acoplamiento

Losa de techo que trabajó acoplando dos muros

(El dintel no es estructural, y está aislado)

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 6

Losa que trabajó como

viga de acoplamiento

Edificio Central Park Av. Balmaceda 2150, Santiago

Falla en la

zona baja de

muro: Cambio

Brusco de

sección

Falla en columnas

Fallas en columnas cortas

Edificio Sol oriente Calle Los Militares 5277, Santiago, Chile

Fachada publicitaria antes del sismo

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 7

Falla en extremo de placa en forma de “T” en sótano Pandeo y ruptura de refuerzo en extremo de Muro “T”

Falla por

Flexo

compresión

en zona

comprimida

Concreto

dañado por

compresión

Varillas

pandeadas

M

Junta entre placas

Ruptura del acero de refuerzo en extremo de muro

Edificio Emerald. 20 pisos Avenida Irarrázaval 2931, Santiago

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 8

Daño por movimiento en la

dirección menos robusta

Apuntalamiento provisional en sótanos

Pandeo del extremo

del muro producto

de la alta compresión

por flexión

Pandeo global del alma en compresión de muro

… Pandeo del refuerzo vertical distribuido, probablemente debido

a altas solicitaciones de flexo compresión ???

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 9

Falla por

Pandeo de la

zona

comprimida

por flexo-

compresión

Pandeo de la

zona en

compresión

M

Condominio Rodrigo de Triana. 10 pisos Hualpén, Concepción

Muros en “L” con fallas en los extremos ‘libres’

Dirección del sismo

Falla en extremos de muros en “L”. Congestión de refuerzo

(encuentro muro viga) y altas solicitaciones de flexo

compresión.

Fallas en

extremos de

muro

Vista Posterior

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 10

Acercamiento… Acercamiento mayor…

Perú

SIN DAÑOS ESTRUCTURALES

Conjuntos habitacionales Concepción

Edificio sin daños Concepción

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 11

Edificio bajo, de

concreto (5 a 7 pisos)

en Perú

Que sucedería primero:

- ¿El pandeo por

flexión?

- ¿La fluencia del

acero?

- ¿La trituración del

concreto ?

COLAPSO

Edificio Alto Río, en Concepción

Antes …

Luego del 27-02-2010 Edificio adyacente sin daños

Vista lateral

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 12

Observaciones Relativas al Tipo de Falla en los

Muros de Concreto Armado de Edificios

Chilenos en el Sismo del 27-02-2010

Wilson E. Silva Berríos

NCh433.0196:

Zonas Sísmicas de

Chile y Aceleración de

Diseño en Suelo Duro

0.2g

0.3g

0.4g

En Santiago, comparando

0.17g (registrado) con 0.3g

(esperado), el sismo debería

calificar como moderado,

desde el punto de vista

estructural.

0.56g

0.27g

0.24g

0.17g

0.30g

Aceleraciones Máximas en Santiago - Chile

Parte fuerte, t = 60 seg

AMín = 0.17 g AMáx = 0,3 g AProm = 0.24 g

AMaipú = 0.56 g > 2.3 AProm

Edificio Alto Río

- Concepción

Plantas Típicas

de Edificios

dañados

Edificio B -

Concepción

Edificio C –

Viña del Mar

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 13

Edificio D -

Concepción

Sección típica de un muro T en un edificio estructurado con muros,

y armaduras de confinamiento para satisfacer el ACI318-08

Efecto del Confinamiento (extremo de Muro)

Ejemplo de Zonas a

Confinar: 0.25 lw

Relaciones M-Curvatura para el muro T1 para Cargas axiales de 0, 0.29 fc’Agw

(0.12 fc’Ag) y 0.48 fc’Agw (0.20 fc’Ag), calculado con fc’=25 MPa, H30

Relaciones M-Curvatura para muro T1 con borde confinado, y profundidad

de E.N. para cargas axiales de 0, 0.29 fc’Agw (0.12 fc’Ag) y 0.48fc’Agw

(0.20 fc’Ag), calculado con fc’=25 MPa, H30.

Efecto de la Columna de Borde de 40x80 FORMAS DE FALLA EN LOS MUROS

1. Falla por Flexión

Torre Obispo

Salas -

Concepción

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 14

Falla por Flexión

Capacidad Resistente a F.C. > Cap. en Flexión

• Capacidad Resistente a F.C. : Lo proporciona Refuerzo Horizontal, Carga Vertical y Concreto

• Capacidad Resistente a Flexión: Lo proporciona Refuerzo Vertical y Carga Axial

Falla por Flexión

• Experimentalmente se ha observado que una vez formada la grieta por tracción en el borde del muro, el refuerzo vertical al trabajar en T o C trata de expulsar al concreto

• Sólo los bordes libres (sin muros transversales) necesitan ser confinados con estribos a corto espaciamiento, puesto que la zona con muros transversales largos, el área flexocomprimida se incrementa notoriamente

• Se caracteriza por balanceo del muro en torno a sus extremos. P se transmite por el extremo comprimido, lo que podría originar trituración del concreto con el subsiguiente pandeo del refuerzo vertical, en caso no exista confinamiento en extremos (común en edificios Chilenos)

Concreto

dañado por

compresión

Varillas

pandeadas

M

Ausencia de Confinamiento en los extremos del Muro

Rodrigo de Triana

Concepción

Ausencia de Confinamiento en Extremos del Muro

Ausencia de Confinamiento

en los Extremos del Muro

Vista Hipódromo-Santiago Se evita el uso de ganchos a noventa grados en la armadura transversal.

Todo el refuerzo transversal, incluyendo las amarras, deberá terminar en

ganchos estándares a 135 grados o a 180 grados, como se definen en el

artículo 7.1 de ACI 318-05

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 15

Talón flexocomprimido:

trituración del concreto

pandeo del ref. vert.

corto circuito Incendio

Explosión (gas)

momento flector

Lima -

Perú

Cangrejera

Refuerzo grifado

Lima - Perú

Efecto de Muros Transversales

Falla por

Flexocompresión + Cizalle

Los giros por flexión son

pequeños, no han producido

fisuras de tracción por

flexión ni rótula plástica

en la viga coplanar

rótula

Falla concentrada

en borde libre

Edificio Sol Oriente -

Santiago

Efecto del Cambio de Sección

La sección más larga es más resistente.

Se recomienda hacer juntas verticales.

Edificio Central Park -

Santiago

Efecto de Cambio de Sección

alféizar integrado al muro

cochera antes

Don Tristán, Maipú - Santiago Torre O’Higgins - Concepción

2. Falla por Corte

FORMAS DE FALLA EN LOS MUROS

Emerald - Santiago

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 16

Falla por Corte

Capacidad Resistente a F.C. < Cap. en Flexión

• Se caracteriza por presencia de grietas diagonales

• Al igual que en una falla por flexión, los talones del muro también podrían triturarse con el subsiguiente pandeo del refuerzo vertical, si extremo carece de estribos de confinamiento

Edificio Central Park -

Santiago Condominio Presidentes -

Concepción

Edificio Colón -

Concepción

Falla por Corte, con Trituración de Extremos y Pandeo del Refuerzo Vertical no Confinado

Edificio en Viña

del Mar

Muros de poca longitud deberían

reforzarse como columnas

Edificio San José - Santiago

Falla Mixta por Flexión y Corte

flexión

corte

flexión

Edificio Toledo -

Viña del Mar

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 17

Falla mixta con ruptura del refuerzo

Edificio Geocentro

Obispo Salas -

Concepción

3. Falla por Corte-Cizalle (Deslizamiento)

inservible

FORMAS DE FALLA EN LOS MUROS

Falla por Corte-Cizalle (Deslizamiento)

• Es una derivación de la falla por flexión, producida al conectarse las dos grandes grietas formadas por flexión en ambos extremos del muro

• Se produce generalmente en las juntas de construcción del muro, agravada cuando existen vicios constructivos (segregación, cangrejeras, juntas lisas, o traslapes al 100% en la misma sección) y también cuando se diseña refuerzo vertical sólo por flexión, sin considerar que en simultáneo actúa V, adoptando sus valores máx. en el mismo instante. Es peligrosa !!!

Consecuencias de la Falla por Deslizamiento

Cizalle del refuerzo vertical

Pandeo del

refuerzo vertical

por compresión

PLACAS

Northridge, 1994

Fallas por

Deslizamiento

Alaska, 1964

Deslizamiento en Junta de Construcción

Edificio Geocentro

Obispo Salas -

Concepción

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 18

Rotura del de Refuerzo Vertical Distribuido

Edificio Geocentro

Obispo Salas -

Concepción

Segregación

Junta lisa y sucia

Causas de la Falla por Deslizamiento

a) DEFECTOS EN PROCESO CONSTRUCTIVO

f´c = ??

En 1er piso el refuerzo

vertical debería ser

continuo, porque allí se

formará la rótula plástica

cuando ocurran

terremotos

Traslapes

Tubería Continua

Zona de traslape

Edificio Geocentro Obispo Salas - Concepción

Traslape del

Refuerzo Vertical

Edificio Alto Río -

Concepción

M

V

b) DEFECTOS EN EL DISEÑO

DEL REFUERZO VERTICAL

P

El refuerzo vertical debería

diseñarse para que absorba

la acción simultánea de

P, M y V

Causas de la Falla por Deslizamiento

1. Calcular el refuerzo vertical

para soportar Mu, Pu.

2. Trazar el diagrama de

interacción M-P y hallar

el momento nominal Mn.

3. Calcular el cortante

asociado al mecanismo de

falla por flexión:

Vn = Vu (Mn/Mu) Ref. Hor.

4. Diseñar las espigas para

soportar Vn.

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 19

Variación del esfuerzo cortante

en una sección rectangular

deslizamiento

V

4. FALLA HORIZONTAL

CON PANDEO DEL

REF. VERT. INTERNO

Independencia -

Santiago

El Parque - Santiago

FORMAS DE FALLA EN LOS MUROS

Central Park - Santiago

Falla Horizontal con Pandeo

del Refuerzo vertical interno Centro Mayor -

Viña del Mar

Bahía – Viña

del Mar

Pandeo

local

Edificio Sol Oriente -

Santiago

Este edificio fue reparado después del

terremoto de 1985, adosando placas de

10cm en cada cara

Edificio Festival - Viña del Mar Falla Horizontal con Pandeo del Refuerzo vertical interno

San Bernardo, Santiago

Pandeo total

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 20

Falla Horizontal en Extremo

Superior del Muro

Edificio Emerald - Santiago

(20 pisos)

Pandeo del refuerzo vertical distribuido

Pandeo total del muro

producto de la alta

compresión Pandeo local por

compresión

XVII CONIC 2009 Congreso Nacional de Ingeniería Civil

Capítulo de Ingeniería Civil

Consejo Departamental

De Lambayeque

Colegio de Ingenieros del Perú

Análisis de una Columna

restringida de desplazarse

en el nivel del techo del

sótano

V Vh

H.V

h

H V .

h

M .V

51

5151

1

1

V1

M=VxH

R=V+V1

0.5M

Análisis de una Columna

restringida de desplazarse

en el nivel del techo del

sótano

Si: H = 10 h

V1 = 15 V Análisis de un Muro restringido de desplazarse en el nivel del techo del

sótano. DFC, DMF y configuración deformada

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 21

Código Chileno NCh430-Of2008

1961 Normas DIN (Alemania)

1996 NCh433 ACI 1995

2008 NCh430 ACI 2005

CÓDIGOS DE DISEÑO

A.C.I. y Norma Peruana E-060

Bordes Confinados de Muro y Doble Malla conectada con ganchos

CONCLUSIONES

Santiago en la

Zona 2 ???

0.2g

0.3g

0.4g

Las reparaciones y reforzamiento que se hagan a los

edificios dañados en Santiago, deben considerar el

hecho de que estos daños (algunos de gran

consideración), se produjeron para un sismo

“Moderado” (con aceleración horizontal promedio en

suelo duro de 0.24g), mientras que de acuerdo a las

Norma Sísmica Chilena, en suelo duro de la zona

sísmica 3 se espera una aceleración de hasta 0.4g.

La calificación de sismo “Moderado” en Santiago, se

debe a su lejanía (325km) respecto al epicentro del

sismo y a su cercanía a la zona símica 3.

El factor de amplificación “S = 1.3” por efectos

locales del suelo, especificado por la Norma

Sísmica Chilena, debería revisarse, en vista

que en Maipú se registró una aceleración

horizontal máxima 2.3 veces superior a la

alcanzada en suelo duro.

En el caso peruano, también debería revisarse

el factor “S”.

Elevación de un “Muro

Bandera” (típico), con

menor sección en el

Sótano (apuntalado

después del Sismo)

Cambios de Sección

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 22

Ganchos en juntas de

construcción, espaciados

verticalmente a 13 Db

Arriostrar al refuerzo vertical

en el alma del muro

CONFINAMIENTO EN EXTREMO DE MUROS

La Norma Peruana E.060 y el ACI-318 para el

Diseño de Muros, establece 2 criterios para verificar la necesidad de confinar los bordes:

0.85 f´c

c = a / 0.85

a

= 0.003

Lm

hm

m = ¾ R e

1. Criterio de Desplazamientos

No confinar si:

Se aplica sólo sí los Muros fallan por Flexión

Se propone confinar

cuando c < 0.1 Lm

En ciertos Muros debe revisarse la posibilidad

de una Falla por Corte:

El criterio de desplazamientos

pierde validez

2. Criterio de Esfuerzos

u = Pu /A + Mu y / I < 0.2 f´c

y cg

Pu

Mu Estos criterios son

opcionales y a veces,

cuando se aplican en

simultáneo, se

contradicen

Los experimentos indican

que el límite 0.2 f´c puede

cambiarse a 0.3 f´c

Mediante evaluaciones teóricas -utilizando datos

reales de los edificios dañados por flexocompresión

en sus muros de concreto, es necesario revisar los

dos criterios del ACI para determinar la necesidad de

confinar los bordes libres

Esta investigación se justifica, porque desde el año

1996 se aplica en Chile la Norma de Diseño

NCh433.Of1996, basada en la Norma del ACI318 de

1995, que contemplaba a uno de los criterios de

confinamiento, y, aún así, los muros dañados

carecieron de confinamientos en sus extremos.

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 23

Muchos ingenieros analizan sísmicamente a los

edificios suponiendo que el techo de los sótanos se

encuentran restringidos de desplazarse lateralmente

y otros consideran que no existe tal restricción.

La aplicación de ambos criterios en un mismo edificio,

conduce a una variación significativa en la magnitud

de la fuerza cortante actuante en los muros del

sótano.

Como el sismo chileno produjo fallas por corte y

flexión en muchos muros de sótanos, se recomienda

incluir en el modelo estructural la interacción suelo-

muro de sótano mediante apoyos elásticos.

DAÑOS EN TODAS LAS ZONAS

SÍSMICAS

Mw = 7.2, Amáx = 0.83g, t = 20 seg, Foco 16 Km

Sismo de Kobe - Japón, Junio 17 1995 Sismo de Japón,

Marzo 11 2011 Infraestructura Vial

Sismo de Japón,

Marzo 11 2011 Tsunami Sismo de Japón,

Marzo 11 2011

Tsunami

Incendio -

Central

Nuclear

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 24

TAREAS DE LAS INGENIERÍA

Conclusión Final

... Qué hacer inmediatamente

después de un sismo ?

... Tareas de la Ingeniería

Evaluación de la Seguridad de las edificaciones…

…Tareas de la Ingeniería

Atención de las necesidades básicas...

Evacuación de la

población afectada

Rehabilitación de

servicios

Puentes

Aeropuertos etc.…

... Pero, qué hacer antes del sismo ?

• Preparación para el Manejo de Emergencias

• Reforzamiento de Edificios Existentes

• Control en el Diseño y la Construcción de

Edificaciones Nuevas

DAÑOS EDIFICIOS C.A.-CL WESB – Pág 25

…su función no

debería

interrumpirse

inmediatamente

después que ocurra

un sismo…

…Hospitales, …

Centros Educativos

y edificaciones que

puedan servir de

refugio …

…. Muchas Gracias