PATOLOGIA DE UN CONJUNTORESIDENCLAL
PorOtto Carvajal’
YMaría Luisa Díaz’
RESUMEN
Se presenta en este trabajo el resultado del estudio rea-
lizado en un Conjunto Residencial, tendiente a cuantificar y
evaluar los daños presentes en las edificaciones que constitu-
yen dicho Conjunto, las cuales mostraban un estado de agrieta
miento generalizado.
El Conjunto Residencial consta de veinte y tres (23) edi-
ficios de cuatro (4) pisos, cuya estructura es de concreto re-forzado con paneles de cerramiento prefabricados.
El estudio abarcb, el levantamiento y evaluación de los
daños presente,s en los elementos estructurales y no -estructu.-rales mediante encuestas, la ejecucián de mediciones topogrdfi-cas para determinar posibles movimientos de las fundaciones y
los desplazamientos de origen t6rmico. Además se realizb -
un analisis de los esfuerzos en los elementos estructurales -
producidos por los cambios de temperaturas, y un analisis din&
mico con tres grados de libertad por planta, para determinar -
la resistencia de la estructura frente a solicitaciones srsmi-
cas. Tambi6n fu6 evaluada la calidad del concreto de la es
tructura y de los paneles prefabricados, mediante extracción y
ensayo de núcleos de concreto y la ejecucián de numerosas medi-
ciones esclerom6tricas.
Finalmente se presentan los metodos y procedimientos de
reparación. a fin de subsanar los daños y proporcionar a la es
tructura la resistencia y rigidez necesaria para resistir lã
accián sfsmica prevista para la zona donde está ubicada.
1. Profesor. M.Sc. Director del IMME. Facultad de Ingeniería.2. Pmfesor. IMME. Facultad de fngenierfa.
ABSTRACT
The damage leve1 evaluation in a 23 four-storied buil-
dings group, which has shown a generalized cracked condition,
is described in this work.
A wide variety of destructive and non - destructivetests,
as well as some topographic measurements, were performed in
order to determine whether or not foundation settlements did
appear.
A dynamic analysis, including a three-degrees-of-freedom
per story model. necessary to determine the structural respon
se when the building is subjected to earthquake loads, was
also done.
Severa1 core-dril1 strength tests were realized in order
to determine the quality of both structural concrete and prefa-
bricated panels.
Finally, some repairing methods oriented to provide the
structure with the adequate strength for bearing seismic -
actions are oresented and discussed.
PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 7
INTROOUCCION
El Conjunto Residencial localizado en la Regi6n Central
del psis, está formado por veinte y tres (23) edificios agru-
pados en seis (6) sectores identificados con las letras A, B,
C, D, E y F. En el sector A se encuentran los edificios nume
rados del 1 al 6; en el B los edificios 7 al 10; en el C los
edificios ll al 13; en el D los edificios 14 al 16; en el E
los edificios 17 al 19 y en el F los edificios 20 al 23.
La construcción de los edificios data del al[o 1380 y al
cabo de un silo aproximadamente, comenzaron a presentarse los
primeros sfntomas patolbgicos en los mismos, los cuales com_
prometlan la servicialidad de las edificaciones y ponlan e n
duda su seguridad estructural. Ello motivó la realización de
una serie de estudios para evaluar la magnitud de los daiíos
presentes, diagnosticar sus causas y evaluar la resistencia y
capacidad de las edificaciones, ante las acciones slsmicas
previstas para esa zona en la Norma Venezolana (11. Todo g110 con miras a elaborar un conjunto de recomendaciones quegaranticen el buen funcionamiento, bajo condiciones de servi-
cio y que los dote de suficiente resistencia para soportar la
acción del sismo mbs severo previsto para la zona. Las _acti
vidades realizadas fueron las siguientes:
1. Inspecciones oculares y descripción de los daflos 00
servados.
2. Evaluación de la calidad de los materiales.
3. Mediciones topogr6ficas
4 . Análisis de muestras del suelo.
5. Análisis dinãmica de las edificaciones.
6. Revisisión de la capacidad de las columnas del pri -
mer piso.
Boletfn IMME - Ado 26 - NC 79 - 1990
DESCRIPCIDN DE LOS EDIFICIOS.
Los edificios constan de cuatro (4) niveles y están con?
truldos de concreto armado. En el Conjunto existen -
dos tipos de edificios de planta rectangular. El edi-ficio tipo 1, posee una planta de 31,4 X 13,8 m, y el
edificio tipo II una de 46.0 m X 13,80. El edificio -
tipo 1, tiene dos núcleos de escaleras y el tipo II tie-ne tres núcleos. Los núcleos de escaleras estan adosa
dos a la fachada principal, ver figuras 1, 2 y 3. Las
vigas que forman los pórticos transversales son rectan -
gulares de .20 X .60 m las interiores, y de .20 X .40 m
las exteriores. Las vigas de los pbrticos longitudina
les son rectangulares planas de .60 X .15 m de seccibn -
transversal. Las columnas son rectangulares de .20 X
.60 m. Todas las secciones de los elementos estructu-
rales se mantienen constantes en los distintos niveles.
Las losas se construyeron parcialmente prefabricadas, en
una planta ubicada a pié de obra, logrbndose una seccián
compuesta de .15 m de espesor.
Los cerramientos tanto interiores como exteriores, están
formados por paneles de concreto liviano prefabricados a
pi6 de obra. Estos paneles de .20 m de espesor ser -
vian en algunos casos como encofrado de los lados inter-
nos de las columnas.
De acuerdo a los ensayos realizados sobre los materiales,
la resistencia media del concreto es de fi = 273 kg/cm'
en los elementos estructurales y de f; = 60 kg/cm' en -
los paneles de cerramiento. Estos valores fueron obtc
nidos de núcleos de concreto extraidos de diferentes ele
mentas. ver tablas 1 y 2. Como refuerzo en los elemen
tos estructurales, se utilizb acero A-42 con un esfuerzo
cedente de 4.200 kg/cm'. En los paneles prefabricados
el refuerzo lo constituyó una malla electrosoldada con -
un fY
= 5000 kg/cm*. Las fundaciones son de tipo pro
fundo, construldas con pilotes prefabricados e hincados.
PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 9
DESCRIPCIDN DE LOS DAÑOS
Las edificaciones presentaban un estado de agrietamiento
generalizado, como puede observarse esquembticamente en
las figuras 4, 5. 6 y 7. Las fachadas de los edifi -
cias, presentan grupos de fisuras alrededor de las venta
nas. algunas de ellas parten de las esquinas extendiendo
se hacia los extremos de los paneles; mientras otras se
mantienen esencialmente horizontales. En la mayorfa -
de los casos, las grietas atraviesan los paneles.
Las juntas de unión entre los paneles y entre éstos y -
los elementos estructurales aparecen abiertas, tal como
se muestra en la figura 8.
En los elementos estructurales no se observaron grietas,
sin embargo, se aprecia la presencia de oquedades y dis
gregaci6n del concreto en algunos sitios, lo cual indica
poco control en la colocacibn y compactacibn del mismo,
durante la construcción.
Ademds del agrietamiento se detectaron una serie de defL
ciencias tales como: hundimiento en los pisos, filtra-
ciones, malos olores, instalaciones eléctricas insufi--
tientes, las cuales se manifestaron al poco tiempo de ha
ber sido habitados los edificios.
Todos los daños fueron reportados en una encuesta reali-
zada entre los habitantes del Conjunto Residencial.
DIAGNOSTICO
Debido al agrietamiento extenso que presentan las edifi-
caciones, se procedió a realizar una serie de mediciones
topogr6ficas. para determinar la magnitud de los movi --
mientos que se produclan y el orlgen de los mismos. A
tal fin se seleccionaron tres edificios, dos (2) del ti
po 1 y uno (1) del tipo II, y se realizaron sgis (6) ron
das de mediciones con una periodicidad mensual. Cada
10 Boleth IMME - At50 25 - N” 79 - 1990
ronda comprendía una medicibn durante las horas de la ma
ílana y otra durante las horas de la tarde. Los puntos
de medicibn se situaron en las esquinas del edificio, -
tanto en el nivel del techo como en el nivel P.B. Las
mediciones, que se prolongaron por un perfodo de tres -
(3) meses, indicaron que en los edificios no se produ --
cian asentamientos diferenciales de las fundaciones, P!Cro si que eran muy sensibles a las deformaciones de orf_
gen termico; en efecto, se obtuvieron alargamientos tota
les de 4.7 mm; 3.7 mm; y 3.4 mm, que son capaces de Pr2 *
ducir agrietamientos en los paneles de cerramiento. Ver
apéndice 1.
EVALUACION DE LA RESISTENCIA ANTISISMICA
Para evaluar la resistencia antisfsmica de la estructura,
se realizb un analisis dindmico con tres grados de liber
tad por planta, en cada uno de los tipos de edificios -
considerados. Para ello se utilizb el programa TABS
{3}, y el espectro normalizado que se presenta en la
Fig. 9. con un factor de reduccián de respuesta igual 4.
Este factor corresponde a una estructura aporticada. ci
yos miembros han sido reforzados de acuerdo al nivel de
diseño 2 (NOZ), (11.
El sistema se idealizb como un conjunto de p6rticos - -
orientados ortogonalmente sin incluir la participaci6n -
de los paneles de cerramiento.
Se considerá un perfil de suelo tipo 53, puesto que las
muestras tomadas en el sitio y analizadas, corresponden
a un suelo granular fino.
Para estimar el peso de los edificios se incluyeron los
elementos estructurales, los acabados y los tabiques pre
fabricados, con los valores obtenidos de muestreos en s1
tio. La carga variable se tomb igual al 25% de las -
cargas contempladas en la Ref. 4, para edificaciones re
sidenciales (175 kg/cm').
PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 1 1
El peso obtenido por nivel para el edificio 1. fue de
356.6 ton. y de 524.7 ton. para el edificio tipo II.
El análisis se realizó considerando la superposicibn de
sgis (6) modos de vibración. de acuerdo al metodo de la
raFz media cuadratica.
Además, se consideró el efecto de una torsibn accidental
igual al producto de la fuerza cortante máxima en cada
nivel por una excentricidad igual al 10% de la máxima di
mensibn de la planta en la direccibn perpendicular a
la analizada.
“0 = uAdW
donde u es el mayor de los valores dados por:
3 N+l-12N + 1
1 TIJ = 0.80 + - ( +- 1 )
20
Ad
a8 Ao= - ; donde a = 1.0; 0 = 2.0 A, = 0.22 R = 4
R
T=1.4Ta y Ta = 0.061 h, 3'4
El valor Vo. se obtiene al sumar los cortes máximos en -
las columnas del primer nivel, obtenidos del anblisis dL
námico.
Para cada edificio tipo y para cada direccibn, se, calcu-
laron los factores Vo/Vo; los cuales se presentan a col
tinuacibn:
12 Boletín IMME - Ah 26 - No 79 - 1990
Edificio Tipo 1 Edificio Tipo II
T d = 0 . 3 5 3 3 Ta = 0.3533
1.4 Ta = 0.4946 1.4 Ta = 0.4946
+ 1 = 1.71
0 x
= 1.56
(> 1 = 1.05 + 1 = 1.04
0 y 0 Y
Como puede observarse los mayores factores se obtienen -
para la direccibn x. en la cual los edificios presentan
la menor rigidez, lo cual se evidencia en el anglisis di
námico, como es el caso de los per(odos obtenidos para -
el edificio II; a saber:
TX = 1.096 ; T = 0.0641Y
Al evaluar la deriva de los pisos, se encuentra que en -
la direccibn x. en ambos tipos de edificios, se excede -
el valor lfmite (18X,); alcanzdndose derivas de hasta -
26%, . En cambio en la dirección y, el máximo valor al
canzado fu6 de 10.362,. Ver tablas 3 y 4.
Con respecto a la capacidad resistente de las columnas,
esta fu6 evaluada en el primer piso, considerando la COE
binacibn m6s desfavorable de las cargas sfsmicas y verti
cales. La verificacibn se hizo utilizando los diagra-
mas de interaccibn de la Ref. 5.
En las Tablas 5, 6, 7 y 8 se presentan estos resultados,
donde se aprecia que al hacer el andlisis en ambos tipos
de edificios en la direccìbn x. las combinaciones de cac
gas caen fuera de los diagramas de interacción en un 50%
de los casos. lo cual indica la falta de resistencia en
esta direccibn.
PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 13
Tanto las derivas de piso como las fuerzas en los miem -
bros obtenidos del anslisis dinámico fueron afectados -
por la relación Vo/Vo. la cual considera que los perro -
dos naturales reales, son mayores que los obtenidos en -
el análisis dinámico debido al efecto rigidizante de los
elementos no estructurales.
CONCLUSIONES
Como resultado de la evaluación realizada alas edifica -
ciones del Conjunto Residencial, se concluye lo siguien-
te:
1. En los edificios no se presentan movimientos de las -
fundaciones que puedan causar dafios en los elementos
estructurales ylo no estructurales.
2. Los agrietamientos observados en los paneles prefabri-
cados se deben a distorsiones de orígen t6rmico. agra
vados por la longitud de los edificios, la ausencia -
de juntas de dilatacibn y la falta de un acabado re-
flectante a nivel de los techos.
3. Las edificaciones presentan una serie de defectos co
mo consecuencia de vicios ocurridos durante la cons-
truccibn de los mismos.
4. Las edificaciones prhcticamente no presentan resisten
cia a la acci6n sfsmica en la direcciõn x (longitudi-
nal 1. por lo que al estar sometidos a movimientos de
este tipo, podrfa sufrir grandes daños en los elemen-
tos estructurales y no estructurales, incluyendo la -
posibilidad de colapso parcial o total.
14 Boletln IMME - Ano 25 - N” 79 - 1990
REPARACION DE LOS EDIFICIOS
A fin de garantizar la servicialidad de las edificacio -
nes, se hicieron las siguientes recomendaciones:
1. Realizar todas las reparaciones pertinentes para erra
dicar los vicios de construcción que afectan la Cun -
cionalidad de las estructuras mediante prdcticas de
buena ingenierfa.
2. Para minimizar los efectos de los cambios de tempera-
tura, se deben utilizar en los techos de las edifica-
ciones acabados reflectantes; así como reconstruir -
las pendientes con materiales aislantes tales como -
agregados de arcilla expandida, concretos espumosos,
etc. Los paneles de fachadas tambi6n deben ser pin-
tados al menos con pintura blanca para reducir la ab
sorción de la radiacibn.
3. Las grietas presentes entre los paneles y entre estos
y los elementos estructurales deberdn ser reparadas,
utilizando para ello materiales elastom6ricos que per
mitan los movimientos propios de los paneles. E n
aquellas zonas de grandes movimientos se deberhn con2
truir juntas que posteriormente se rellenan con el ma
terial antes mencionado.
REFUERZO DE LAS ESTRUCTURAS
Como se demostrb en el análisis dindmico realizado, las
edificaciones deben ser reforzadas en la direccibn longi-
tudinal, con el objeto de disminuir su flexibilidad y au
mentar su resistencia.
Para ello se propusieron varias opciones que aún estbn -
en proceso de estudio y evaluaci6n.
a. Construir muros estructurales utilizando para ello -
los muros extremos y los centrales con concreto pro-
PATOLOGIA DE C’N CONJC’NTO RESIDEKCIAL Jrj
yectado en ambas caras. Para el diseño deben consi-
derarse los criterios que 9arantlz;i e: adect,ado com-
portamiento de los muros es:-ucturales ubicado: en zo-nas sísm;cas isì1 .
b. Construir pórticos metálIcos 5 sïlc-res:stentrs 0 dia-gonalizar varios. Esta solucitin im+lca realizar -
modificac:ones en las fachadas longitulinales de los
edificios.
c. Construir macropórticos extericr,es, partiendo de las
columnas externas. Esta soluciin p~iedc ser onerosa,
debido a la longytud de los edificios.
La solución definitiva está condicionada al menor costo,
la mayor rapidez d? ejecución y a la mínima molestia pa-
ra los habitantes.
Cualquier solucián adoptada modificar; las solicitacio -
nes a nivel de las fundaciones, lc cual va a requerir es-
tudios adicionalrs.
REFERFNCIAS
1. COVENIN-MINDUR 1756-80/82. Norma Venezolana. Edifi-
caciones antisismicas. 123 p.
2. COVENIN-MINDUR 1753-85. Norma Venezolana. Estructu-
ras de Concreto Armado para Edificios, análisis y di-
seño. 241 p.
3. Wilson, E.L. y H.H. Dovey. Programa TAUS. Análisis
tridimensional de Sistemas Estructurales. Caracas:
IMME, 1986.
4. COVENIN-MINUUR (Provisional) 2002-86. Norma Venezo-
lana. Criterios y acciones mínimas pdra el proyecto
de edificaciones. 40 p. + Comentario.
16 Boletín IMME - Afio 25 - N” 79 - 1990
5. MarFn, Joaquin y Antonio Guell. Manual para el
Cálculo de Columnas de Concreto Armado. Caracas: -
MINDUR/FUNVISIS. 1984. 220 p.
6. Carvajal, Otto. Muros Estructurales ubicados en zo-
nas sfsmicas. En: Boletín Tecnico IMME 1989
24 (77) pp. 3-31.
PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 17
Tabla 1. Resultados de los Ensayos sobre Núcleos de
Concreto Extraldos en Distintos Elementos
Estructurales.
Tabla 2. Resultados de los Ensayos sobre Núcleos
ExtraTdos en los Paneles de Cerramiento.
18 Boleth IMME - Aho 25 - N” ‘79 - 1990
Tabla 3. Derivas de Piso. Sismo X
Edificio Tipo 1.
Eje 1 CA - 6) - Eje 13 (n - 6)
NlVCl 6, (nts) DeSPlazabllldad
1.4 0.0168557
___ 6 . 3 4
3 0.0151934
- 9 . 1 6
2 cl.w990,5
~ 1 0 . 3 6
I o.w39160 -
~ 6 . 7 8
ll O.wooMx)
Tabla 4. Derivas de Piso. Sismo Y
Edificio Tipo II.
PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 19
Tabla 5. Solicitaciones en Columnas. Sismo X
Edificio Tipo 1.
20 Boletln IMME - Ah 25 - N” ‘79 - 1990
l I I I I I I I l, I
l II I I I I I I
I I l I I I I I
Tabla 6. Solicitaciones en Columnas. Sismo Y
Edificio Tipo 1.
PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 21
Tabla 7. Solicitaciones en Columnas. Sismo X
Edificio Tipo II.
-2_---_m--.-~---p--- Roletín IMME - Año 25 - N” 79 - 1990
Tabla 8. Solicitaciones en Columnas. Sismo Y.
Edificio Tipo II.
Fig. 1 Envigado Edificio Tipo 1.
-- ---- --
~-.-~-.-
Fig. 2 Envigado Edificio Tipo II.
! ! ;i
++_L,.U.r,- m-:,--- ..#
,PLANTA f,PO ,.,“I.. L I.- 1-I..“... . - A
Fig. 3 Planta Tipo. Edificio Tipo 1
26- Boletín IMME - Año 25 - N” 79 - 1990
Fig. 4 Agrietamiento típico en las fachadas principal y
posterior. Edificio Tipo 1.
Fig. 5 Agrietamiento trpico en las fachadas laterales.
Edificio Tipo 1.
PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 27
Fig. 6 Agrietamiento típico en las fachadas principal y
posterior. Edificio Tipo II.
Fig. 7 Agrietamiento tfpico en las fachadas laterales.
Edificio Tipo II.
28 Boleth MME - Ado 2 6 - N’ 7 9 - 1 9 9 0
Fig. 8 Agrietamiento en las juntas entre los diferentes
elementos.
,-
2-
Fig. g Espectros normalizados (Amortiguamiento 5%;
Factor de Reducción de Respuesta = 1)
PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 2 9
APENDICE 1
TENSIONES EN LOS PANELES DE CERRAMIENTO, PRODUCIDOS POR
LOS CAMBIOS DE TEMPERATURA EN UN EDIFICIO TIPO II
Para evaluar teóricamente las distorsiones cortantes en
el último piso del edificio, producidos por los cambios de tem
peratura, se consideraron los valores de temperatura promedios
de los registros de ocho (8) años (1980 - 1988). suministrados
por la estaciõn Metereológicos de la Fuerza Aerea Venezolana,
más próxima al Conjunto Residencial, a saber:
Tmax = 33.58 OC
Tmin = 18.25 "C
A Ta = Tmax - Tmin = 15.33 "C
De la ref. 4 tenemos que:
A T = 1.25 x 1.0 x ATa = 1 9 . 1 6 “C
A T' = 0.825 x 15.33/.15 = 8 4 . 3 2 "C/m
Para el material, se supuso un coeficiente de dilatacibn ter-
micos ( a ) = 0.00001 /"C
Del análisis se obtuvieron, para el nivel de techo y el nivel
inmediato inferior, los siguientes desplazamientos relativos,
6N = 0.3201 - 0.2619 = 0.0582 cm
6 N - l = 0.0863 - 0.0828 = 0.0035 cm
Si la altura del piso es h=2.60m, la distorsión angular resul-
tante es igual a:
y = 0.0582 - 0.0035 = 2.1 x 10-4
2 6 0
30 Boletín IMME - Ano 25 - N” 79 - 1990
El módulo de elasticidad transversal (G) se calculó mediante
la siguiente expresión:
G= E = 0.14 x 14701e5 60 = 25.466 kg/cm'
2 (1+v) 2(1+0.20)
El esfuerzo tangencial, por lo tanto, será igual a:
T=~G = 25.466 x 2.1 x 1O-4 = 5.36 kg/cm2
Considerando el estado lfmite de tensiones tenemos que mayorar
las solicitaciones por 1.4; por lo tanto:
" = 1.4 T =U 7.50 kg/cm2
La resistencia a Corte del panel, se tomara igual a la suma de
las resistencias del "concreto" y del acero:
Contribuci6n del Concreto:
@ Vc = I$ x 0.85 x 0.53 x 601'2 = 2.97 kg/cm2
Contribución de la malla de refuerzo (150 x 150 x 4 ) :
AS = 0.84 cm2/m ; Fn = 5000 kg/cm2
q = 0.84 x 5000 = 4.200 kg/m = 42 kg/cm2
avS = $q/t = 0.85 x 42,00/15 = 2.38 kg/cm2
'Vn = 2.97 t 2.38 = 5.35 kg/cm2
Dado $J vn < vu , los paneles deben agrietarse diagonalmente,
como en efecto ocurri6.