ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE EDIFICIOS DE HORMIGN ARMADO DURANTE EL SISMO DE CHILE DEL 27/02/2010

Alfredo Payer1, Jos A. Inaudi2

Juan C. de la Llera3, Guillermo M. Gerbaudo4

y Narciso

Novillo5

Resumen En el presente trabajo se analiza el comportamiento de algunos de los edificios en altura ms afectados por el sismo del 27 de febrero de 2010 en la Regin del Maule (Chile). A partir del estudio de antecedentes de las estructuras, de un exhaustivo relevamiento de daos y de la modelacin del comportamiento dinmico de las estructuras con y sin dao, se busca diagnosticar el nivel de dao y su potencial reparacin, e identificar algunos factores de relevancia en el nivel de dao estructural observado. Se analizan aspectos de diseo, normativos, constructivos, calidad de materiales y de control de la construccin. Se identifican y agrupan los daos relevados, se estudian los daos tpicos ms frecuentes. En particular se observa falta de confinamiento en tabiques (muros) de hormign armado, discontinuidades estructurales y baja capacidad de disipacin de energa. Se analizan adems algunos problemas en elementos no estructurales como cerramientos e instalaciones. Finalmente se presentan algunas propuestas tendientes a evitar o reducir la potencial ocurrencia de los tipos de falla observados para mejorar el comportamiento de edificios ante sismos severos.

1 Profesor, Facultad de Ciencias Exactas, Fsicas y Naturales, Universidad Nacional de Crdoba, Crdoba, AR, 5014 E-mail: apayer@arnet.com.ar 2 Profesor, Facultad de Ciencias Exactas, Fsicas y Naturales, Universidad Nacional de Crdoba, Crdoba, AR, 5014 E-mail: inaudijose@gmail.com 3 Profesor, Facultad de Ingeniera, Pontificia Universidad Catlica, Santiago, Chile, E-mail: jcllera@ing.puc.cl 4 Profesor, Facultad de Ciencias Exactas, Fsicas y Naturales, Universidad Nacional de Crdoba, Crdoba, AR, 5014 E-mail: ggerbaudo@efn.uncor.edu 5 Profesor, Facultad de Ciencias Exactas, Fsicas y Naturales, Universidad Nacional de Crdoba, Crdoba, AR, 5014 E-mail: nnovillo@efn.uncor.edu

ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE EDIFICIOS DE HORMIGN ARMADO DURANTE EL SISMO DE CHILE DEL 27/02/2010

INTRODUCCIN Durante la segunda mitad de 2010, un equipo de profesionales del DICTUC de la Pontificia Universidad Catlica de Chile, profesionales de la empresa SIRVE S.A. de Santiago de Chile e ingenieros de SIRVE Argentina y de la Universidad Nacional de Crdoba realizaron un relevamiento exhaustivo y evaluacin de daos estructurales en varias estructuras de hormign fuertemente afectadas por el sismo del 27/02/2010. El Ministerio de Obras Pblicas requera evaluar la factibilidad de reparacin o conveniencia de demolicin. En este trabajo se presenta parte de la informacin relevada y algunas consideraciones realizadas durante el este estudio. En particular se describen las estructuras: Edificio Municipal de Deportes de Talcahuano, el edificio Centro Mayor y el edificio Plaza del Ro de de la ciudad de Concepcin. EDIFICIO MUNICIPAL DE DEPORTES DE TALCAHUANO Descripcin del Edificio El Edificio Municipal de Deportes de Talcahuano (Figura 1) se ubica en Calle Arturo Prat N 88, en la comuna de Talcahuano, Regin del Bo-Bo. La construccin del edificio Municipal de Deportes se inici en la dcada de 1950.

Figura 1. Vista General del Edificio Municipal de Deportes daado.

En la Figura 2 se muestra una planta del primer nivel del edificio Municipal de Deportes (edificio en estudio) y del edificio del auditorio. Se destaca que los mismos estn separados por una junta (no comparten estructura resistente) en el costado sur del edificio bajo estudio. El edificio est dividido por una junta transversal en dos bloques de dimensiones similares. La planta del edificio es rectangular de 15,80 m de ancho por 57,80 m de largo, con 6 niveles (con zonas de doble altura) y un subterrneo. La superficie cubierta total es de aproximadamente 5500 m2. La estructura resistente (Figura 3) est constituida por muros y marcos de hormign armado, todos perimetrales. Esto genera plantas libres en ambos mdulos. En la estructura de hormign armado se utiliz acero de refuerzo del tipo liso, con una tensin nominal de fluencia del orden de 240 MPa.

Figura 2. Planta de arquitectura del primer nivel (al sur el edificio de Auditorio).

Figura 3. Planta de estructura Nivel 1

Principales daos Los daos ms importantes observados se encuentran en el extremo superior de las columnas de los marcos de los ejes A e I en el nivel 3 y 4 (nivel de las canchas). En el eje A las columnas presentan fallas con desvo de las armaduras longitudinales hacia el eje 27 en casi todos los casos. Los acortamientos longitudinales son del orden de 5 cm (ver Figura 4). En el eje I las columnas presentan daos mayores con prdida de hormign y pandeo de las armaduras longitudinales. Los acortamientos longitudinales son del orden de 20 a 25 cm (ver Figura 5).

Junt

a

BLOQUE C

BLOQUE M

N Junta

a: Vista general de las columnas eje A b: Columna eje A-18 c: Columna eje A-23

Figura 4. Daos en columnas nivel 3 y 4 eje A (canchas)

a: Vista general de las columnas eje I. b: Columna eje I-16 c: Columna eje I-26

Figura 5. Daos en columnas nivel 3 -4 eje I (canchas) La columna del eje I-26 (Figura 5c) muestra prdida completa de hormign en la seccin superior y el desplazamiento horizontal.

a: Vista general del muro del eje 27 b: Muro del eje 27 (vista exterior) c: Muro del eje 27 (vista exterior desde el sur poniente)

Figura 6. Daos en muro eje 27

El muro del eje 27 presenta fisuras importantes (del orden de los 5 mm) y deformaciones normales al plano vertical (Figura 6). La losa del nivel 4 qued sometida a gradientes de desplazamiento importantes en las cercanas de dichos ejes, por lo que los daos de la losa y el entramado de vigas resultan ms significativos en estas zonas, respecto a la zona central (Figura 7).

a: Esquina Ejes 15 e I b: Esquina ejes 15 y A

Figura 7. Daos en losa y vigas de cielo cancha Como consecuencia del acortamiento de las columnas en el eje I se ha producido la rotura total de la viga de borde entre los ejes 15 y 16 (Figura 8a). Se observa un desplazamiento horizontal en la direccin este-oeste de aproximadamente 15 cm de todo el bloque C hacia el eje 27 a partir del nivel 3. El desplazamiento relativo aumenta levemente desde el eje 15 al 27 (Figura 8b).

a: Dao en losa y viga b: Desplazamiento lateral

Figura 8. Daos en ejes 15-16 Se observan daos en los niveles 5 y 6 como consecuencia del dao en el nivel 3 y 4. Las fallas verticales de las columnas determinan desplazamientos diferenciales en las losas y vigas en los niveles 4, 5 y 6.

Los niveles subsuelo, 1 y 2 no presentan daos estructurales que comprometan la estabilidad. Slo se observan fisuras pequeas en muros de eje 13 y 15.

Se observan daos en la junta del eje 15 como consecuencia del martilleo entre ambos bloques durante el sismo. Este efecto es ms notorio en los pisos superiores. La junta muestra un ancho variable en la altura aumentando sensiblemente a partir del nivel 3. Nivel de dao y potencial reparacin De la evaluacin de todos los daos y considerando la antigedad del edificio resulta inviable la consideracin de reparacin del bloque C. Con respecto al bloque M, se considera muy importante la intervencin que requerira para dejar la estructura con una seguridad adecuada. Los daos no estructurales, corrosin de armaduras de refuerzo y antigedad del edificio plantean la alternativa de reparacin como no conveniente. Se recomienda la demolicin del edificio para su posterior reconstruccin. Una eventual alternativa que podra analizarse es la demolicin del edificio hasta el primer nivel, sin demoler nivel de subterrneo y fundaciones en una primera etapa. Una vez definido el nuevo proyecto de arquitectura y finalizado un estudio detallado de la condicin de los muros y columnas del subterrneo, se decidira si se usa esta estructura residual como componente estructural, si se funda sobre dicho nivel, o si conviene demoler la totalidad de la estructura para la construccin de la nueva estructura. Por decisin del Ministerio de Obras Pblicas este edificio fue demolido a comienzos de 2011. EDIFICIO PLAZA DEL RO Descripcin del Edificio El Edificio Plaza del Ro se ubica en Calle Salas 1343, en la comuna de Concepcin, Regin del Bo-Bo (Figura 9). En la Figura 10 se muestra una planta del primer nivel de las Torres A y B del edificio Plaza del Ro. Se destaca que estas torres estn separadas por una junta (no comparten estructura resistente) que se ubica en el borde norte del bloque de circulacin. Durante el sismo del 27 de Febrero del 2010 la torre A sufri graves daos, mientras que la torre B no experiment ningn dao importante. Por este motivo slo se estudia la torre A. Su estructura es de hormign armado, la tipologa dominante son muros con algunos marcos y los entrepisos son losas macizas de 12 cm de espesor. La fundacin es una losa de 0,40 m de espesor en casi toda la planta del edificio que no tiene subterrneo. En la zona de circulacin vertical (escaleras y ascensores) donde hay un pequeo subterrneo, la losa tiene 0,80 m de espesor, las cotas de fundacin son aproximadamente -2,00 m. para la losa de 0,40 m y -3,00 m para la losa de 0,80 m de espesor las cotas se refieren al piso del 1er nivel. En coincidencia con cada plano resistente muro a muro hay vigas de fundacin de 0,25 m de ancho por 1,80 m de alto, salvo en la zona de subterrneo donde estas vigas tienen 0,25 m de ancho por 2,87 m de altura.

Figura 9. Vista General del Edificio Plaza del Ro

Figura 10. Planta de arquitectura del primer nivel

Principales Daos Los daos ms importantes se encuentran principalmente en el primer y segundo nivel de la torre A. En particular, la fachada sur del edificio es uno de los sectores que presenta mayores daos (Figura 11 y Figura 12).

N

Junta

Torre A

Torre B

a: Vista general de muros en eje W (vista exterior) b: Muro eje W entre eje 29 y 31(vista interior) c: Muro eje W entre eje 27 y 5 (vista interior)

Figura 11. Daos en muros franja central fachada sur El muro que se encuentra en el extremo este de la fachada sur (Figura 12) muestra prdida completa del hormign en el extremo superior, y un desaplome estimado en 7.5 cm hacia el exterior.

a:. Muro eje V entre ejes 31 y 34 (vista exterior) b: Desaplome en muro (vista interior) Figura 12. Daos en muro extremo oeste fachada Sur

Por otro lado, el muro que se encuentra en el extremo oeste presenta los mayores daos en el extremo inferior (Figura 13) con prdida total del hormign con pandeo de las barras verticales del cabezal exterior y rotura de barras verticales en la malla de la zona central del muro.

a: Vista interior muro eje V entre ejes 24 y 28 b: Pandeo de barras verticales en extremo de muro.

Figura 13. Daos en muro eje V entre ejes 24 y 28 - Nivel 1

Los muros cortos en el eje U que se encuentran en el lado Oeste del Edificio tambin presentan daos. El muro ms perimetral presenta prdida total del hormign en el extremo superior con desplazamiento lateral (Figura 14b) y fisuras de traccin en toda su altura de un promedio de 4 mm en coincidencia con la ubicacin de los estribos. Tambin se ve afectada la viga en la unin con el muro corto con prdida de hormign y desprendimiento de la armadura longitudinal inferior de la viga (aparentemente empalme). El muro corto interno presenta dao moderado (Figura 14c) con prdida del hormign de recubrimiento y pandeo incipiente de la armadura vertical. Tambin puede observarse que el dao se concentra en la interseccin del muro corto con la viga donde aparentemente existe una junta constructiva.

a: Vista general fachada Oeste b: Rotura muro Eje U entre Ejes 24 y 25. c: Vista general muro Eje U - 27

Figura 14. Daos en muro Eje U Continuando con el recorrido en el lado oeste, el muro transversal que se encuentra en el eje T presenta dao severo con prdida del hormign en el extremo superior coincidente con su mitad del lado Oeste (Figura 15). El resto de los muros transversales (ejes S, Q y P) presentan fisuracin leve menor a 0.05 mm. Los muros longitudinales sobre el eje 5 y 28 tambin muestran fisuracin leve menor a 0.05 mm con daos moderados en los dinteles sobre las puertas que comunican el pasillo central con las cocheras.

Figura 15. Dao en muro Eje T

El muro longitudinal sobre el eje 29 presenta dao elevado en los extremos en tanto que en su zona central el dao es leve. La Figura 18a muestra el dao de este muro entre los ejes S y T con prdida del recubrimiento de hormign y parte del hormign del ncleo en su extremo superior. La Figura 16b muestra dao elevado entre los ejes P y Q.

a: Muro Eje 29 entre Ejes S y T. b: Muro Eje 29 entre Ejes P y Q.

Figura 16. Dao en muro Eje 29

En el costado Este encontramos daos ms severos que los observados en el lado Oeste (Figura 17). Todos los muros transversales de este sector presentan daos severos con prdida completa su capacidad resistente a excepcin del muro sobre el Eje S que presenta daos moderados con prdida parcial de la capacidad resistente.

Figura 17. Vista General Fachada Este

La Figura 18 muestra el muro sobre el eje O. Se observa prdida total del hormign en el tercio inferior del muro, pandeo de barras verticales del extremo del muro y de la malla.

a: Muro O extremo Este desde pasillo b: Muro O extremo Este desde ascensor. Figura 18. Daos en muro Eje O entre Ejes 29 y 32

La Figura 19 muestra el muro sobre el eje P. Este muro presenta un dao moderado en los primeros 2 metros adyacentes al muro longitudinal central y luego se encuentra seriamente daado en el resto de su extensin con prdida total de su capacidad resistente con prdida total del hormign, pandeo y corte de las barras verticales en el cabezal y en la malla interior.

a: Vista general muro Eje P b: Vista cabezal externo

Figura 19. Daos en Muro Eje P En el Eje Q encontramos un muro corto en el borde exterior de la planta que presenta daos muy severos con prdida total del hormign en el extremo superior y pandeo de las barras longitudinales (Figura 20). No se observa rotura de las barras. Este muro presenta una inclinacin vertical hacia el norte, alcanzando un desaplome en el extremo superior de 15 cm.

a: Vista general b: Vista local Figura 20. Daos en Muro Eje Q

El muro sobre el Eje S es el nico muro transversal en el lado Este con capacidad de tomar cargas. Su estado de dao es moderado con fisuras promedio de 0.5 mm. Los muros cortos del Eje U presentan dao severo producto de una falla por compresin (Figura 21a). En el muro externo el dao ocurri en la zona superior (Figura 21b) y en el muro interno el dao ocurri en la zona inferior (Figura 21c). En ambos casos se observa prdida total del hormign, pandeo y rotura de las barras longitudinales. En el muro ms externo tambin se observan fisuras de traccin espaciadas de acuerdo al espaciamiento de los estribos.

a: Vista general Eje U b: Muro corto exterior c: Muro corto interior.

Figura 21. Daos en Muros cortos Eje U Finalizando la descripcin de daos del primer nivel, se presenta el dao en la viga sobre el Eje 35 que recorre gran parte de la fachada Este. Esta viga muestra dao severo en coincidencia con los apoyos en los ejes Q y S. Es importante aclarar que esta viga no cumple una funcin estructural importante ante acciones ssmicas ni ante acciones gravitatorias ya que slo toma la carga vertical de la losa del Nivel 1. En la Figura 22 puede observarse a simple vista un desnivel entre el punto central y los extremos de la viga debido al colapso de los muros cortos en los ejes U y Q. A partir de mediciones en el campo pudo determinarse que la altura entre nivel de piso y cielorraso es de 2.43 en el Eje V, 2.41 en el eje U, 2.52 m en el Eje S, 2.46 m en el eje Q y 2.44 m en el Eje P. Es decir que tenemos un descenso mximo en el Eje U de 11 cm.

Figura 22. Daos en la Viga del eje 35 Nivel 1 Nivel de dao y potencial reparacin En esta seccin se enumeran los daos ms importantes que presenta la Torre A del Edificio Plaza del Ro con el objetivo de aportar elementos de juicio que permitan definir su destino en el sentido de su deconstruccin o eventual reparacin y brindar informacin al proyecto de alzaprimado transitorio. A tales efectos agruparemos a los daos en daos estructurales que requieren alzaprimado, daos estructurales que no requieren alzaprimado y daos no estructurales. La Figura 23 muestra un resumen de los daos observados en los niveles 1 y 2 del Edificio Plaza del Ro.

a: Nivel 1 b: Nivel 2

Figura 23. Resumen de Daos en Nivel 1 y 2

a) Daos estructurales que requieren alzaprimado: Elementos que han perdido casi toda su resistencia y rigidez (color rojo) y comprometen la estabilidad global del edificio tanto para acciones gravitatorias como ssmicas. En 1er Nivel: Muros de ejes W y V en toda su longitud, Machones en ejes U-34 y U-24, Machones en ejes T-29 y S-29, Machones en ejes Q-34, Muro eje P entre 29 y 34, Muro eje O entre 29 y 32. En 2 Nivel: Muros eje S en toda su longitud. b) Daos estructurales que no requieren alzaprimado: Elementos que han perdido gran parte de su resistencia y rigidez (color rojo y azul) pero no comprometen la estabilidad global de la estructura para acciones gravitatorias y ssmicas: Vigas de acoplamiento de eje W en niveles 1 y 2, Dinteles de ejes 5 y 29 en toda su altura, Viga en eje 35 en 1er Nivel, Viga-Losa y extremo de muros en eje N (junta) en niveles superiores. c) Daos no estructurales: En general y como consecuencia de las grandes deformaciones experimentadas por la estructura durante el sismo del 27/02/2010, como as tambin por los saqueos producidos despus del mismo, todo el edificio presenta importantes daos en toda la tabiquera de cerramiento, en algunas carpinteras (puertas y ventanas) y tambin en las instalaciones de agua, electricidad y calefaccin, las que al estar dentro de los muros debern ser reemplazadas. Dado que las instalaciones en muchos casos estn dentro en los muros y estos han fallado, la evaluacin de su condicin resulta una condicin indispensable a evaluar en cuanto a la factibilidad de reparacin. Conviene destacar que el edificio presenta importantes deformaciones en la direccin Este Oeste. Esto se refleja en deformaciones en los elementos verticales (Muros y Machones) del orden de 1 como as tambin en importantes desniveles de algunas losas que resultan incompatibles con la funcionalidad del edificio. La magnitud de este desplome es inaceptable para la funcionalidad estructural y su eliminacin en el escenario de una reparacin estructural requerir estudio de factibilidad. Una evaluacin tcnico-econmica de este edificio determin la conveniencia de deconstruccin y estabilizacin temporaria hasta el momento de dicha demolicin. La estabilizacin de este edificio se ejecut a comienzos de 2011. EDIFICIO CENTRO MAYOR

Descripcin del Edificio El Edificio Centro Mayor se ubica en la calle Freire 1165, en la comuna de Concepcin (Figura 24).

Figura 24. Vista General del Edificio Centro Mayor

El edificio est conformado por un subsuelo y 19 plantas. Las plantas del 2 al 15 son tpicas. Los niveles del 16 en adelante muestran pequeas diferencias. Los niveles de subsuelo, Planta Baja y 1 presenten un basamento perimetral unido a la estructura del que sirve de estacionamiento. El edificio es una estructura de muros de hormign armado con columnas en los pisos de estacionamiento. El esquema resistente a esfuerzos horizontales est materializado por muros de hormign. En algunos casos estos muros estn vinculados por vigas de acoplamiento. El esquema estructural en planta es casi bi-simtrico. Como puede verse en la Figura 25.

Figura 25. Estructura Planta Tipo

El edificio presenta discontinuidades en elevacin en los niveles de Subsuelo y Planta baja. Se muestra en la Figura 26 una planta del subsuelo.

Figura 26. Estructura de Sub Suelo

Tambin se presentan algunas discontinuidades en elevacin tal como las que se muestran en las dos figuras siguientes.

Figura 27. Vista en eje 1 y 2

Figura 28. Vista en elevacin de eje 8

Principales daos Podemos dividir lo daos en dos grandes grupos, daos tpicos por un lado y daos mayores por otro. Los daos tpicos tambin los podemos separar en dos, por un lado los de menor envergadura como el caso de fisuras sistemticas y por otro los de mayor consideracin. En este caso se describirn solamente los segundos. El dao que mas se repite en altura es el de las vigas de acople entre muros como se muestra en la Figura 29.

a: Dintel eje E entre 8 y 9 piso 12 b: Viga dintel eje 8 entre ejes F y H piso 14

Figura 29. Daos en vigas de acople

Otros daos tpicos son: fisura de la losa del pasillo en toda la longitud del mismo, desgarro de vigas perpendiculares a los muros. Los daos no tpicos se muestran mayormente en los tres niveles inferiores. En este caso podemos enunciar los siguientes: roturas de los extremos de los tabiques, roturas en juntas constructivas, falta de confinamiento y cuantas excesivas. En las siguientes figuras se muestran algunas de ellas.

a: Pandeo de barras de muro sometido a cargas cclicas

de compresin y traccin b: Pandeo de barras en extremo de muros

Figura 30. Pandeo de barras

a: Rotura en juntas constructivas b: Rotura en X en el centro de un tabique

Figura 31. Daos tpicos

Figura 32. Rotura en transicin

Nivel de dao y potencial reparacin El nivel de dao del edificio es evaluado como muy severo. Tan es as que se decide generar un proyecto de apuntalamiento a los fines de garantizar la estabilidad del mismo hasta tanto de decida la reparacin o la demolicin. Tcnicamente realizar una reparacin es viable pero deben tenerse en cuenta otros parmetros a la hora de tomar una decisin de ese tipo. Debe compararse el costo de la demolicin y vuelta construir con el costo de la reparacin estructural ms la reparacin de elementos no estructurales como: carpintera, instalaciones, solados, pintura, mobiliario, etc. Adems debe tenerse en cuenta la diferencia de valor de mercado de un inmueble reparado contra un edificio nuevo. La estabilizacin temporaria de este edificio se complet a comienzos de 2011. MODELOS DE LA ESTRUCTURAS ANTES Y DESPUS DEL SISMO Para estimar los esfuerzos que tienen los distintos elementos se realiz un modelo elstico lineal de la estructura mediante en el software de anlisis estructural ETABS. Se estudi la estructura en condicin pre-terremoto (es decir, sin dao) y posteriormente se realiz un modelo daado de la estructura. Los anlisis tienen como objetivo caracterizar el comportamiento dinmico de las estructuras y evaluar los niveles de seguridad ante escenarios ssmicos esperables hasta la realizacin de la reparacin o demolicin. Los estados de carga considerados en este anlisis corresponden al peso propio de los elementos de la estructura ms sobrecarga permanente y a las acciones smicas. Notar que no se han tomado cargas vivas ya que los edificios han sido desocupados y estn clausurados y con decreto de demolicin. La solicitacin ssmica se represent mediante el espectro de la nueva norma de emergencia NCh.433 para Suelo tipo III. Este se escal a un PGA (Peak Ground Acceleration) de 0,22g para considerar un perodo de retorno de 2 aos, tiempo mximo esperado entre el momento del anlisis y la intervencin de demolicin o reparacin estructural. El espectro se muestra en la Figura 33.

Figura 33. Espectro de servicio

A este espectro de servicio se aplica un factor de reduccin R = 3. Esto se justifica ya que estructuras con el nivel de dao que se observa en estos casos disipan una cantidad de energa considerablemente menor a la estructura sin dao.

En el modelo de elementos finitos del edificio se utilizaron elementos de propiedades concentradas (barras) para modelar columnas y vigas, y elementos de placa (shell) para losas, tabiques y rellenos. Para incorporar el dao en los modelo se ha modificado la capacidad portante de los distintos elementos estructurales segn el relevamiento realizado in situ. Vigas:

Relajacin en extremos: en vigas que, segn relevamiento, perdieron totalmente su capacidad de transmitir momentos en los extremos (articulacin). No se considera la transmisin de corte en dichos elementos.

Disminucin de las propiedades de la seccin: en los casos donde la capacidad portante se perdi parcialmente, se redujeron las propiedades de la seccin en el tramo afectado.

Muros: se utilizaron los modificadores de rigidez que provee ETABS para considerar el dao. En el caso de dao total, a stos modificadores se les asign valor cero y en algunos casos se removi el elemento estructural en cuestin. Edificio Municipal de Deportes de Talcahuano Se modelaron los dos bloques por separado, un bloque corresponde entre los ejes 1 al 15 y el segundo del eje 15 al 27 en correspondencia con la junta que se observa en la estructura en el eje 15 (Figura 34).

Figura 34. Modelo estructural del Edificio sin dao

Para construir un modelo que permita representar el comportamiento de la estructura daada se ha creado un modelo a partir del modelo sin dao.

Figura 35. Modelo estructural de Edificio con dao

En las vigas se han relajado los extremos de las vigas de los niveles 4,5 y 6 entre los ejes 15, 16 y sobre los ejes 24 al 27, anulando la capacidad de transmitir momentos y corte. Tambin se disminuy la rigidez axial de las vigas bajo muros de relleno para reducir las cargas axiales y obtener esfuerzos compatibles su capacidad, particularmente en las vigas ubicadas sobre el eje 1 en los niveles 4, 5 y 6. En relacin a los tabiques, se han eliminado los tabiques sobre vigas entre ejes 15 y 16 y se redujo la rigidez axial de los tabiques sobre vigas entre los ejes 24 a 27 sobre los niveles 4 al 6. El dao de las columnas sobre el nivel 4 se consider desplazando 0.15 m la estructura para representar la falla horizontal y la excentricidad de la carga normal sobre las columnas que genera dicho desplazamiento. Tambin se definieron elementos con rigideces axiales reducidas para compatibilizar las deformaciones del modelo con las observadas en campo. El extremo superior se rotula para considerar la prdida de transmisin de flexin de las columnas falladas. En los elementos que representan las losas se disminuyeron las rigideces flexionales y axiales para compatibilizar las acciones con su capacidad. Se disminuy la rigidez entre ejes 15 a 17 y entre 24 a 17 en los niveles 4 a 6 en las zonas que el modelo lineal predeca niveles de esfuerzo superiores a la capacidad de la losa. La Figura 36 muestra como se ha logrado representar la condicin deformada del edificio y por lo tanto estimar la distribucin de esfuerzos en la condicin actual.

a: Modelo sin dao b: Modelo con dao

Figura 36. Deformada de la estructura debida a cargas gravitatorias Con el modelo y la estimacin de capacidades de los elementos estructurales se analizan adems escenarios de riesgo que determinaran la potencial prdida de soporte vertical de columnas daadas en el mdulo C. La condicin de estabilidad del bloque C sujeto a cargas gravitatorias sin sobrecarga de uso presenta como elementos crticos el muro del eje 27 y las columnas de los ejes A e I entre 16 y 26 en el nivel de canchas (3-4). Los anlisis determinan que la prdida de soporte vertical de las columnas I25 e I24 provocara el colapso de la estructura. Estas columnas son crticas dado que el hormign de la columna I26 ha perdido contacto con la viga superior. La capacidad resistente vertical de estos elementos es aportada por bloques de hormign resultantes de la rotura del ncleo de la

columna que en el estado actual muestra pobre confinamiento por cuanto las armaduras de refuerzo estn pandeadas y los estribos se han abierto. Adems de presentar niveles de fisuracin importantes, el muro del eje 27 toma cargas no previstas en el diseo debido principalmente a: - Efectos geomtricos debidos a la prdida de verticalidad del muro, por acciones flexurales locales en los niveles 3-4 y por el desplazamiento horizontal del orden de 15 cm experimentado por el conjunto estructural por encima del nivel 3. - Prdida total de capacidad portante de la columna I-26, prdida parcial de capacidad portante de columnas I-25 e I-24, - Momentos de niveles cercanos a los ltimos a lo largo de la unin de losa y vigas en el eje 27. La eventual falla del muro del eje 27 provocara el colapso parcial o total de la estructura. Dicha falla podra materializarse por flexo-compresin. Edificio Plaza del Ro La Figura 1 muestra vistas generales del modelo lineal desarrollado en ETABS.

a: Vista general del modelo completo del edificio en estudio. b: Vista general desde el sur-este

c: Vista general desde el nor-este d: Vista general desde el nor-oeste

Figura 37 Modelo estructural del edificio sin dao

Edificio Centro Mayor Se realiza un modelo de la estructura completa sana utilizando elementos de placa y barra. Una vez que se tiene el modelo bien calibrado se procede realizar el modelo de la estructura daada. En este caso los criterios que se siguen son: En las secciones totalmente rotas se elimina el elemento resistente. Y en el caso de secciones fisuradas se reduce el modulo de elasticidad y/o la inercia del elemento. La magnitud de la reduccin depende del grado de fisuracin del elemento en cuestin. Se muestra a continuacin una vista de un elemento del modelo, en la imagen superior sin dao en y la misma vista en la imagen inferior con dao. Es interesante mostrar como la reduccin de la rigidez genera un aumento en los modos de vibracin del edificio. El siguiente cuadro comparativo muestra los 6 primeros modos para los modelos sin y con dao.

a: Elemento sin dao b: Elemento con dao Figura 38 Modelo estructural del edificio con y sin dao

Es interesante mostrar como la reduccin de la rigidez genera un aumento en los modos de vibracin del edificio. El siguiente cuadro comparativo muestra los 3 primeros modos para los modelos sin y con dao.

Tabla 1. Perodos de vibracin del edificio Centro Mayor

Nivel de dao y potencial reparacin El nivel de dao del edificio es catalogado como muy severo. Tan es as que se decide generar un proyecto de apuntalamiento a los fines de garantizar la estabilidad del mismo hasta tanto de decida la reparacin o la demolicin. Tcnicamente realizar una reparacin es viable pero deben tenerse en cuenta otros parmetros a la hora de tomar una decisin de ese tipo. Debe compararse le costo de la demolicin y vuelta construir con el costo de la reparacin estructural ms la reparacin de elementos no estructurales como: carpintera, instalaciones, solados, pintura, mobiliario, etc. Adems debe

tenerse en cuanta la diferencia de valor de mercado de un inmueble reparado contra un edificio nuevo. ANLISIS DE LAS CAUSAS Podemos agrupar los daos observados en estos edificios de la siguiente manera:

1) Daos en tabiques en los niveles inferiores (1, 2, y 3) 2) Daos en elementos fusibles como vigas de acoplamiento y dinteles 3) Daos en juntas ssmicas 4) Daos en juntas constructivas (juntas fras) principalmente de tabiques 5) Daos generales en elementos no estructurales e instalaciones

Las causas que han provocado estos daos adems de la intensidad y caractersticas del sismo pueden atribuirse a: Niveles de excitacin ssmica superiores a las previsiones reglamentarias. Errores de proyecto: tanto de anlisis como de diseo, lo que se refleja en malas

configuraciones estructurales tanto en planta como en elevacin con importantes irregularidades en los niveles inferiores (discontinuidad de tabiques en planta baja debido a la presencia de los estacionamientos).

Defectos de construccin: por ejemplo, mala ejecucin de juntas constructivas, errores en colocacin de armaduras, recubrimientos insuficientes.

Comportamiento frgil del hormign: esto es debido a la falta de confinamiento por ausencia de armadura transversal (sobre todo en muros), cuantas altas de armaduras longitudinales y dimensiones insuficientes de algunos elementos, por ejemplo el espesor de los muros que resulta en secciones muy esbeltas con poca seccin de ncleo confinado.

Pandeo de las barras verticales de los tabiques: no hay armadura transversal (ganchos o ramas de estribos) para evitar el pandeo las barras verticales y confinar el hormign. Tambin se observa una excesiva armadura vertical en los extremos de los tabiques con cuantas del orden del 6% y muy escasa armadura vertical en las zonas centrales (cuantas del orden del 3%o).

Mal dimensionado de juntas ssmicas: presentan un espesor insuficiente provocando el impacto (martilleo) de los distintos bloques de la construccin, principalmente en los niveles altos.

Falta de anclaje en extremos de vigas perpendiculares a muros. RECOMENDACIONES Con la intencin de evitar o minimizar algunos de los daos observados y considerando cuales han sido las causas que los provocaron se considera recomendable:

Reconsideracin de espectros de diseo Revisin de la Normativa de Hormign Armado en lo referido a: los

requerimientos de confinamiento en zonas crticas, de las cuantas mximas y mnimas de las armaduras longitudinales y dimensiones mnimas de muros.

Controles en obra. Control de deformaciones Estudios de vulnerabilidad a nivel proyectos y a nivel de edificios existentes.

La ingeniera ssmica chilena ya ha tomado medidas preventivas para mejorar los niveles de seguridad de las estructuras que se construyan en varios de los aspectos mencionados. REFERENCIAS [1] Westenenk, B., de la Llera, J. C., Besa, J. J., Jnemann, R., Moehle, J. P.,Lders, C., Inaudi, J. A., Riddell, R., and Jordan, R., 2011. Seismic response in RC buildings in Concepcin during the February 27, Maule Earthquake. Part I: Information analysis, to be published in Earthquake Spectras special issue. [2] Westenenk, B., de la Llera, J. C., Besa, J. J., Jnemann, R., Moehle, J. P.,Lders, C., and Inaudi, J. A., 2011. Seismic response in RC buildings in Concepcin during the February 27, Maule Earthquake. Part II: Qualitative analysis and interpretation, to be published in Earthquake Spectras special issue.