DUCTILIDAD CELSAGARANTÍA DE SEGURIDAD

DUCTILIDAD CELSAGARANTÍA DE SEGURIDAD

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LA CERTIFICACIÓNY SUS VENTAJASSEGÚN LA EHE-99

Dentro de este documento de ductilidad se haquerido dedicar un lugar especial para dostemas que han suscitado un particular interéspor el incremento de la calidad que van asuponer en las obras, y que son consideradoscomo dos de las grandes novedades quepresenta la nueva Instrucción de HormigónEstructural EHE: el Diseño Sismorresistente deEstructuras y la Certificación de los aceros.

Debido a la sensibilización por las conse-cuencias sociales, económicas, de comunica-ciones, etc, que puede acarrear en la sociedadactual un desastre natural como es el sismo, seha decidido incluir en la nueva Instrucción EHE,unas “Recomendaciones especiales para estruc-turas en zonas sísmicas” en su Anejo nº 12.

En el Anejo I se introduce la Marca ARCER para armaduras pasivas certificadaspara hormigón armado, así como las ventajasque la Instrucción concede a las armadurascertificadas.

En el Anejo II hemos contado con lainestimable colaboración del Doctor Ingenierode Caminos, Canales y Puertos Alex H. Barbat,profesor de la Universidad Politécnica deBarcelona. En este Anejo, el profesor Barbatnos aproxima a los conceptos básicos delRiesgo Sísmico de Edificios de HormigónArmado.

La Instrucción EHE introduce por primera vezla Certificación “en cascada” de las armaduras

con el fin de garantizar, no sólo la calidad delacero fabricado (Certificación del fabricante),sino también la correcta elaboración ycolocación en obra del mismo (Certificacióndel ferrallista).

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LA DUCTILIDADLA DUCTILIDADANEJOS I, II

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CONSIDERACIÓN DEL RIESGO SÍSMICO EN EL DISEÑO DE EDIFICIOS

La marca ARCER se refiere exclusivamente alas armaduras pasivas para hormigón armado.

Las armaduras que están en posesión de lamarca ARCER garantizan unas prestacionessuperiores en relación con:

- El estado límite de fatiga.- El comportamiento frente a ciclos de histéresis.- El tratamiento estadístico de las características

obtenidas en ensayos.- La garantía de calidad.- El inmediato tratamiento y solución de

cualquier problema o aclaración tanto en lafase de proyecto como en el de ejecución.

VENTAJAS DE LA CERTIFICACIÓN

La EHE establece una clara diferencia entreaceros certificados (homologados por elMinisterio de Fomento) y aceros no certificados,premiando el empleo de los primeros a travésde tres vías:

A. Las Condiciones de SuministroB. El Control de CalidadC. El Control de Ejecución

A. CONDICIONES DE SUMINISTRO

La EHE exige una serie de documentos según elacero esté certificado o no.

Si el acero está certificado, cada partida:

- Acreditará estar en posesión de la marca.- Deberá llevar el Certificado de Garantía del

fabricante, en el que se indiquen los valoreslímites de las características.

- Acompañará el Certificado de Homologaciónde Adherencia.

- En el caso que se solicite, el fabricantefacilitará los resultados de los ensayos decontrol de producción correspondientes aesa partida.

Si el acero no está certificado,cada partida.

- Deberá acompañarse de los resultados de losensayos de composición química, caracte-rísticas mecánicas y geométricas, realizadospor un laboratorio oficialmente acreditado,que justifiquen que el acero cumple lasexigencias establecidas en la EHE.

- Adjuntará el Certificado de Homologaciónde Adherencia expedido por un laboratoriooficialmente acreditado, según la Norma UNE 36740:1997.

LA CERTIFICACIÓN Y SUS VENTAJAS SEGÚN LA EHE-99

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LA CERTIFICACIÓN Y SUSVENTAJAS SEGÚN LA EHE-99

LA MARCA ARCER (ARMADURAS CERTIFICADAS)

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B. CONTROL DE CALIDADDEL ACERO

Según el artículo 90 de la EHE, se establecendos niveles para controlar la calidad del acero:

b.1. Control a nivel reducido.b.2. Control a nivel normal.

Las partidas deben ir acompañadas de losdocumentos de suministro.

b.1. CONTROL A NIVEL REDUCIDO

Según el artículo 90.2 de la EHE, este nivel decontrol, que sólo es aplicable para armaduraspasivas, se deberá contemplar únicamente enlas siguientes situaciones:

– Obras en las que el consumo de acero es muyreducido.

– Obras en donde existan dificultades pararealizar ensayos completos del material, yasea por su especial ubicación, o por cualquierotra causa.

El control consiste en comprobar, sobre cadadiámetro, que :

– Su sección equivalente cumple loespecificado en la EHE.

– No se forman grietas o fisuras en las zonasde doblado y en los ganchos de anclaje,mediante la inspección en obra.

b.2. CONTROL A NIVEL NORMAL

En el control a nivel normal se puede emplearacero certificado o no, teniendo en cuenta lassiguientes consideraciones.

Si el acero está certificado:

• A efectos de control, las armaduras sedividirán en lotes, correspondientes cada uno aun mismo suministrador, designación y serie, ysiendo su cantidad máxima de 40 toneladas ofracción.• Para la realización de este tipo de control seprocederá de la siguiente manera: – Se tomarán dos probetas por cada lote, para

sobre ellas:– Comprobar que la sección equivalente

cumple lo especificado en el art. 31.1 dela EHE.

– Comprobar que las característicasgeométricas de sus resaltos estáncomprendidas entre los límites admisiblesestablecidos en el certificado específico deadherencia según el art. 31.2 de la EHE.

– Realizar, después de enderezado, el ensayode doblado-desdoblado indicado en el art.31.2 y 31.3 de la EHE.

– Se determinarán, al menos en dos ocasionesdurante la realización de la obra el límiteelástico, carga de rotura y alargamientocomo mínimo en una probeta de cadadiámetro y tipo de acero empleado ysuministrador según las UNE 7474-1:92. Enel caso particular de las mallas electrosoldadasse realizarán, como mínimo, dos ensayos porcada diámetro principal empleado en cadauna de las dos ocasiones y dichos ensayosincluirán la resistencia al arrancamiento delnudo soldado según UNE 36462:0.

– En el caso de existir empalmes porsoldadura en armaduras pasivas, secomprobará, de acuerdo con lo especificadoen 90.4, la soldabilidad.

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Si el acero no está certificado:

• Los resultados del control del acero, talcomo se ha comentado con anterioridad,deben conocerse antes del hormigonado de lazona.• A efectos de control, las armaduras sedividirán en lotes, correspondientes cada uno aun mismo suministrador, designación y serie, ysiendo su cantidad máxima de 20 toneladas ofracción.• Se procederá de la siguiente forma:– Se tomarán dos probetas por cada lote, para

sobre ellas:– Comprobar que la sección equivalente

cumple lo especificado en el art. 31.1 dela EHE.

– En el caso de barras corrugadas,comprobar que las característicasgeométricas de sus resaltos estáncomprendidas entre los límites admisiblesestablecidos en el certificado específico deadherencia según el art. 31.2 de la EHE.

– Realizar, después de enderezado, el ensayode doblado-desdoblado, indicado en el art.31.2 y 31.3 de la EHE.

– Se determinarán, al menos en dos ocasionesdurante la realización de la obra, el límiteelástico, carga de rotura y alargamiento (enrotura, para las armaduras pasivas; bajocarga máxima, para las activas) comomínimo en una probeta de cada diámetro ytipo de acero empleado y suministradorsegún las UNE 7474-1:92 y 7326:88respectivamente. En el caso particular de lasmallas electrosoldadas, se realizarán, comomínimo, dos ensayos por cada diámetroprincipal empleado en cada una de las dosocasiones; y dichos ensayos incluirán laresistencia al arrancamiento del nudosoldado según UNE 36462:80.

– En el caso de existir empalmes porsoldadura en armaduras pasivas secomprobará la soldabilidad de acuerdo conlo especificado en el art. 90.4.

• En este caso los resultados del control delacero deben ser conocidos antes del hormi-gonado de la parte de obra correspondiente.

C. CONTROL DE EJECUCIÓNEl Control de Ejecución tiene por objetogarantizar que la obra se ajusta al proyecto ya las prescripciones de la Instrucción EHE.

Según el artículo 95.1 de la EHE, correspondea la Propiedad y a la Dirección de Obra laresponsabilidad del control externo de laejecución, el cual se adecuará al nivelcorrespondiente, en función del valoradoptado para γf en el proyecto.

El nivel de control de la ejecución se relaciona

directamente con el valoradoptado γf

en el proyecto.

Se consideran los tres siguientes niveles parala realización del control de la ejecución:

- Control de ejecución a nivel reducido.- Control de ejecución a nivel normal.- Control de ejecución a nivel intenso.

que están relacionados con el coeficiente demayoración de acciones empleado para el proyecto.

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NIVEL DE CONTROL

COEFICIENTE DE MAYORACIÓNDE ACCIONES

P. propio yC. Muerta

Sobrecarga

REDUCIDO 1,60 1,80

NORMAL 1,50 1,60

INTENSO 1,35 1,50

LA CERTIFICACIÓN Y SUS VENTAJAS SEGÚN LA EHE-99

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c.1 CONTROL A NIVEL INTENSO

Este nivel de control, además del controlexterno, exige que el Constructor posea unsistema de calidad auditado de forma externa,y que la ferralla esté certificada, es decir, quela elaboración de la ferralla se realice eninstalaciones industriales fijas y con unsistema de control interno y externo certificadospor un organismo independiente y acreditado.

Si no se dan estas condiciones, la Dirección deObra deberá exigir al Constructor unosprocedimientos específicos para la realizaciónde las diversas actividades de control internoinvolucradas en la construcción de la obra.

Para este nivel de control externo, se exige larealización de, al menos, tres inspecciones porcada lote en los que se ha dividido la obra.

c.2 CONTROL A NIVEL NORMAL

Según el artículo 95.3 de la Instrucción EHE,este nivel de control externo es de aplicacióngeneral y exige la realización de, al menos,dos inspecciones por cada lote en los que seha dividido la obra.

Existen unas diferencias muyimportantes entre considerar

un nivel de control deejecución intenso y otro

cualquiera. Además, paraadoptarlo se requiere ferralla

certificada.

C.3 CONTROL A NIVEL REDUCIDO

Este nivel de control externo es aplicablecuando no existe un seguimiento continuo yreiterativo de la obra, y exige la realización de,al menos, una inspección por cada lote en losque se ha dividido la obra.

CONCLUSIÓN DE LAS GRÁFICAS

Las diferencias entre las cargas decálculo en las tres hipótesis deniveles de control son:

• Nivel de control normal frente con-trol intenso: + 9,7 % de incrementode las cargas de cálculo.

• Nivel de control reducido frentecontrol intenso: + 19 % de incre-mento de las cargas de cálculo.

Este aumento de las cargas de cálculoafecta, lógicamente, a toda laestructura: cimentación, estructura,etc, además del acero.

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PESO PROPIO

+CARGA MUERTA (G)

SOBRECARGA DEUSO(Q)

480 kp / m2 200 kp / m2

NIVEL DE CONTROL

APLICANDO ELCOEFICIENTE

ADECUADO DEMAYORACIÓN

EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL NIVEL DE CONTROL DE EJECUCIÓN EN UNA

ESTRUCTURA DE EDIFICACIÓN NORMAL

REDUCIDO P = 5,64 Q

NORMAL P = 5,20 Q

INTENSO P = 4,74 Q

Valor de P = G + Q

CONSIDERACIÓN DEL RIESGO SÍSMICO EN EL DISEÑO DE EDIFICIOS

La mayoría de los desastres sísmicos del mundo seproducen en ciertas zonas del planeta, denominadas“cinturones sísmicos”. En la figura siguiente puedeverse el denominado “cinturón de fuego” que rodeael Océano Pacífico y también el cinturón Himalayo-Alpino-Mediterráneo. Los terremotos son loscausantes de más de catorce millones de víctimasen todo el mundo desde 1775 cuando un seísmodestruyó la ciudad de Lisboa. Se tiene tambiénconciencia histórica de varios terremotos ocurridosen el pasado en España.

Se ha observado que las pérdidas económicas y elnúmero de víctimas que se producen durante losterremotos dependen directamente del daño sufridopor los edificios. Esto se debe al alto número deedificios vulnerables existententes en las zonassísmicas, es decir, a los edificios propensos a sufrirdaños durante la acción de los terremotos.

Los terremotos severos suelen poner en evidenciatodos los errores que se cometen en todas las fasesde realización de una estructura: cálculo, diseño yconstrucción. Obviamente, una incorrecta selecciónde los materiales de construcción es una fuente deerror de carácter decisivo. Durante los desastressísmicos ocurridos en la última década en el mundose han producido fallos muy graves en estructurasde hormigón armado.

Riesgo sísmicoSe entiende por riesgo sísmico las pérdidas espera-das en un elemento en riesgo durante un períodode tiempo especificado. El elemento en riesgopuede ser un edificio, una ciudad entera, las propias

personas que viven en los edificios, la actividadeconómica desarrollada en la zona o las líneas decomunicación.

El riesgo sísmico se expresa en costes que puedenser de diferente tipo: físico, económico, financiero,de indemnización, social, humano, etc. Dicho riesgose obtiene como convolución entre la peligrosidad yla vulnerabilidad, las cuales se definen de lasiguiente manera:

• La peligrosidad sísmica es la probabilidad deocurrencia, dentro de un período específico detiempo y en una zona dada, de un movimientosísmico del terreno de una fuerza determinada.

• La vulnerabilidad sísmica de una estructura es elgrado de daño debido a la ocurrencia de un movi-miento sísmico del terreno de una fuerza deter-minada. Esta directamente relacionada con lascaracterísticas del diseño de la estructura.

Peligrosidad sísmicaLa peligrosidad sísmica puede definirse de unamanera muy intuitiva y en general como la descrip-ción de los efectos provocados por los movimientossísmicos en el suelo de una cierta zona.

Durante los seismos se libera bruscamente laenergía de deformación acumulada durante largosperíodos de tiempo en las zonas de contacto entrelas placas tectónicas. En la siguiente figura puedeobservarse la distribución de los epicentros de losterremotos que han afectado la Península Ibérica eneste siglo.

Existe un parámetro muy utilizado para definir lapeligrosidad, concretamente la intensidadmacrosísmica, la cual describe los efectos de losterremotos sobre las estructuras, personas, suelo,objetos, etc. En el caso de las estructuras, el efectomás relevante es el daño que sufren las mismas.

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CONSIDERACIÓN DEL RIESGO SÍSMICO EN EL DISEÑO DE EDIFICIOS

por A. H. Barbat

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Existen, hoy en día, más de 40 escalas diferentes deintensidad; la de Medvedev-Sponheuer-Karnik (MSK)es la que se utiliza en España. La peligrosidadsísmica se evalua también a través de otros efectosde los terremotos, tales como la evolución en eltiempo de la aceleración, velocidad y desplaza-miento sísmicos del terreno o sus valores máximos.

Un concepto muy útil para definir la peligrosidad esel período de retorno que es el tiempo medio quetranscurre entre la ocurrencia de dos seismos conlas mismas características.

Éstas podrían ser, por ejemplo, la aceleraciónmáxima del terremoto o su intensidad. Otroconcepto de utilidad es el tiempo de exposición quees el período de vida útil de la estructura. A partirde estas definiciones, la peligrosidad puedecaracterizarse como la probabilidad de que en unazona ocurra un sismo de determinadas caracte-rísticas, asociado a un cierto período de retorno y aun tiempo de exposición dado de las estructuras.Esta es la forma de definición utilizada en los mapasde las normativas de diseño sísmico como, porejemplo, el de la figura siguiente que muestraaceleraciones horizontales del terreno, ab, esperadasen España para un período de retorno de 500 años,de acuerdo con la normativa NCSE (1994). En elmismo mapa se muestra también la variación delcoeficiente de contribución K, utilizado paradescribir la influencia que tiene sobre el terremotode diseño el hecho de que los terremotos se originenen zonas con diferentes características sismológicas.

DuctilidadEl coeficiente sísmico de un edificio se define comola relación entre la fuerza lateral máxima que puederesistir dicho edificio y el peso total del mismo.Expresado en estos términos el coeficiente sísmicohace referencia a la resistencia sísmica, pero tam-bién puede definirse uno que describa la demandasísmica. En tal caso sería expresado por la relaciónentre la fuerza horizontal máxima que ejerce uncierto terremoto sobre el edificio y el peso propiototal del mismo. Obviamente, la fuerza sísmicaequivalente en la base, denominada cortante en labase, puede calcularse mediante multiplicación delmencionado coeficiente por el peso total de laestructura. En la figura siguiente puede verse lavariación del coeficiente sísmico así definido enfunción del período propio de los edificios dehormigón armado.

Las diferentes curvas que aparecen en la figuraanterior corresponden a ciertos niveles de fuerzassísmicas equivalentes que tiene una especial rele-vancia en el diseño sismorresistente. Por ejemplo, laIínea continua corresponde a las fuerzas sísmicas decálculo estipuladas en las normativas, que corres-ponden a un comportamiento lineal del material dela estructura. La Iínea de puntos corresponde a lasfuerzas sísmicas que será capaz de resistir el edificiopor la redundancia estructural que no se tuvo encuenta en los cálculos y por las característicasmecánicas reales de los materiales que habitual-mente son mejores que las del proyecto. Es decir,esta linea define la resistencia real del edificiofrente al sismo de diseño. La Iínea interrumpidasuperior corresponde al nivel de fuerzas deresistencia. La gran diferencia entre la demanda deresistencia frente a un sismo real y la resistencia deproyecto del edificio debe ser absorbida por elcomportamiento no lineal del edificio,concretamente a través de su ductilidad.

La ductilidad, tal como se estipula en lasnormativas de cálculo sísmico de edificios dehormigón armado, toma en cuenta las modifi-caciones que sufre la rigidez de dichos edificioscomo consecuencia de los fenómenos no linealesque se producen durante la acción de un terremotosevero. En la práctica del diseño, la totalidad de losfenómenos que contribuyen a la no linealidad de larigidez de un edificio de hormigón armado suelenincorporarse, de una manera simplificada, en unacaracterística única denominada ductilidadestructural. Esta describe la capacidad de una

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Líneas de igual aceleración sísmica básica ab

Líneas de igual coeficiente decontribución K

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II estructura de deformarse inelásticamente sin llegar

al fallo y sin una substancial pérdida de resistencia.La ductilidad estructural que se consigue dependede la del mismo acero que se utiliza comoarmadura, de la cuantía del mencionado acero y delos detalles del armado de las vigas y pilares quecomponen los pórticos del sistema resistente deledificio.

La siguiente figura muestra que debido a laductilidad se producen grandes incrementos en losdesplazamientos x, con incrementos pequeños,nulos o incluso negativos en las fuerzas f. En lasnormativas sísmicas se definen coeficientesy=xult/xe, siendo xult el desplazamiento úItimo del

oscilador y xe su desplazamiento al Iímite defluencia, que reducen la fuerza sísmica de cálculopor ductilidad.

La diferencia entre la resistencia de proyecto y lademanda puede ser muy grande en el caso deterremotos severos, pudiendo llegar a valores dehasta 10 veces mayores que los de cálculo y, poreste motivo, edificios modernos, proyectadosmediante normativas que utilizan una ductilidadinsuficiente, pueden no ofrecer garantíassuficientes contra sismos severos.

El hormigón adquiere una cierta ductilidad cuandose confina mediante un refuerzo transversaldispuesto en forma de estribos. En la figurasiguiente se muestra esquemáticamente lainfluencia de refuerzo transversal, tanto en laresistencia como en la ductilidad, para diferentestipos de confinamiento (Park y Paulay 1991).

La forma de estas curvas depende de variables talescomo la relación volumétrica entre el acerotransversal y el volumen del núcleo confinado dehormigón, las tensiones de fluencia del acero, elespaciamiento entre el refuerzo transversal, eldiámetro de los redondos, la cuantía del refuerzolongitudinal y la resistencia de hormigón.

Vulnerabilidad sísmicaLa vulnerabilidad sísmica está directamente rela-cionada con la calidad del diseño y construcción delas estructuras, la cual depende en gran medida delnivel técnico de las normativas. En el Eurocódigo 8(E8 1997) que es una de las normativas de diseñosísmico más avanzadas del mundo y que será deobligada aplicación en todos los países de la UniónEuropea, se recomienda el cumplimiento de lossiguientes requisitos:

• que la estructura no colapse• limitar su susceptibilidad al daño.

La vulnerabilidad sísmica de una estructura puedeexpresarse a través de funciones de vulnerabilidad,las cuáles son relaciones gráficas o matemáticas queexpresan en forma continua la vulnerabilidad enfunción de algún parámetro que describa la fuerzadel sismo. Dichas funciones nacen de la inspecciónpost-terremoto de las estructuras así como dellevantamiento de los daños sísmicos y su posteriorestudio estadístico. Tales levantamientos propor-cionan como resultado más importante un índice dedaño que, caracteriza globalmente la degradaciónque sufriría una estructura sometida a la acción deun sismo.

En muchos de los estudios de vulnerabilidad y riesgoque se llevan a cabo en el mundo, la evaluación deldaño estructural global de los edificios se realizautilizando la definición de grado de daño globalproporcionada por las distintas escalas de intensidadmacrosísmicas. Sin embargo, en un análisis másdetallado de los resultados de daños obtenidosmediante inspección se caracteriza el comporta-miento sísmico global de los edificios mediante uníndice de daño global, que toma valores en unaescala de O a 100. Éste debe caracterizar global-mente la degradación del conjunto de todos loselementos estructurales.

El método del índice de vulnerabilidad (GNDT 1986)utiliza los datos obtenidos por inspección pararealizar una calificación de calidad del diseño yconstrucción sismorresistente de los edificiosmediante un coeficiente denominado índice de

Confinamiento medianteprensa hidráulica

Refuerzo circularo en espiral

Refuerzo rectangular conpequeño espaciamiento

Hormigón sin refuerzopor confinamiento

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vulnerabilidad. A partir de una inspección post-terremoto se obtiene también un índice de dañoque sufre la estructura. Las funciones de vulnera-bilidad relacionan los dos índices para cada tipo-logía estructural y para cada grado de intensidadmacrosísmica del terremoto.

Para evaluar el daño global de un edificio se cali-fican sus elementos, tanto los que forman parte delsistema resistente como los no estructurales, en unaescala entre A (ningún daño) y F (fallo totaI). Loselementos considerados son: elementos resistentesverticales, forjados, cubiertas y escaleras. Una vezrealizada esta evaluación, los grados de daños A-Fse relacionan con un índice de daño global deledificio entre O y 100.

El cálculo del índice de vulnerabilidad parte de unaoperación de calificación de once parámetrosestructurales cuya influencia sobre el daño sísmicode los edificios de hormigón armado es determi-nante. Éstos son:

- Organización del sistema resistente.

- Calidad del sistema resistente.

- Resistencia convencional de los materiales.

- Influencia de la cimentación.

- Elementos horizontales.

- Configuración en planta.

- Configuración en elevación.

- Conexión entre los elementos de los sistemasresistentes vertical y horizontal.

- Elementos de baja ductilidad.

- Elementos no estructurales.

- Estado de conservación.

Cada uno de estos parámetros es calificado en clasesde calidad entre A y C conforme la calidad del pará-metro decrezca. Una vez realizadas las calificacionesse asignan valores numéricos Ki a cada una dedichas clases de acuerdo con una escala propuesta

por Benedetti y Petrini (1984). El valor del índice devulnerabilidad, Iv, normalizado a valores entre O y100, se obtiene mediante la expresión:

Funciones de vulnerabilidadMediante este método ha sido obtenida unafunción de vulnerabilidad para los edificiosafectados por los terremotos ocurridos en lasprovincias de Almería y Granada en los días 23 deDiciembre de 1993 y 4 de Enero de 1994. Éstos hansido notados en una extensa zona del sur deEspaña, comprendiendo además de las provinciasmencionadas, a las de Málaga, Albacete, Jaén yMurcia. Sus epicentros se localizaron, el primerocerca de las poblaciones de San Roque y Berja y elsegundo en el mar, a unos 20 km de la costa, frentea las localidades de Almerimar, Balerma y Baños. Seha determinado que los dos terremotos hanalcanzado una intensidad máxima del grado VII enla escala MSK y han producido daños tanto enestructuras de mampostería no reforzada como dehormigón armado. Algunos de los daños observadosen los edificios de hormigón armado se muestranen las siguientes tres fotografías.

Los dos tipos de edificios de hormigón armado quemás se utilizan en España son los de forjados planosy, en menor medida, las estructuras` porticadas convigas planas. Para evaluar la ductilidad de losedificios porticados con vigas planas, han sidoconsiderados dos edificios del mismo tipo y desimilares dimensiones en planta y en elevación. Elprimero de buena calidad sísmica, tiene un índice devulnerabilidad de 15; el índice del segundo, que esde baja calidad sísmica, es de 65. Se realizó uncálculo no lineal sometiendo los edificios a fuerzasestáticas horizontales que han sido incrementadas

Foto 1 izquierda. Edificio de hormigón armado de Balerma queha sufrido daños severos en la planta baja y daños ìmportantesen el primer piso. Sus úItimos tres pisos se comportaronprácticamente como un cajón rígido. Los daños se debieron alcambio brusco de rigidez entre la planta baja y el primer pisoy a la flexibilidad excesiva del forjado de primer piso.

Foto 2 derecha. Detalles de daños importantes en un edificiode hormigón armado de Guardías Viejas.

Foto 3 centro. Detalle del daño observado en un pilar de unedificio de hormigón armado ubicado en Adra, con unatipología similar a la del edificio de la anterior figura. Losdaños globales de los primeros dos pisos no parecen, aprimera vista, tan graves como en el caso anterior, pero seobservan daños locales severos en los pilares. El recubrimientode la armadura está desconchado, dejando ver armadurascorroídas e insuficiencia de estribos; además los dos estribosvisibles están rotos.

11∑

i =1Iv = 10

Ki x Wi x 1

4( )

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hasta el fallo estructural, proceso numérico denomi-nado “push over”. Como resultado se obtuvo unaestimación de la ductilidad global de las estructuras.En la gráfica (a) de la siguiente figura ha sido repre-sentado el coeficiente sísmico en función del por-centaje del desplazamiento lateral del piso superioren relación con la altura total del edificio. En lamencionada figura han sido incluidos resultadostanto para edificios de nudos rígidos como paraedificios de nudos deformables. Todos muestran lainsuficiente ductilidad, es decir, un comportamientosísmico frágil. En la misma figura ha sido incluida,para comparación, una curva del mismo tipo para unedificio de similares características pero que tieneun diseño sísmico adecuado.

En ninguno de los casos, los coeficientes sísmicossuperan el valor del coeficiente sísmico requeridopor la normativa sismorresistente vigente en eltiempo del diseño. Pero la normativa española, aligual que todas las demás, especifica unos valoresmás bajos del coeficiente sísmico suponiendo que elproyectista asegurará un comportamiento dúctil deledificio mediante aplicación de ciertas medidas dediseño y construcción. Sin embargo, tal como puedeverse en la figura, las estructuras analizadas presen-tan una ductilidad insuficiente, puesto que en elinstante en que alcanzan su máxima resistenciallegan a una deformación relativa del piso superiorde máximo 2%. Por el contrario, en el caso delpórtico semirresistente, que fue diseñado para uncoeficiente sísmico de 0.10, se alcanzan valores dehasta 0.22 de dicho coeficiente y, lo más impor-tante, sin que ocurra una caída significativa deresistencia.

En la gráfica (b) de la misma figura pueden verseresultados para los edificios con forjados reticulares.También se consideran dos casos: un edificio debuena calidad sísmica, con un Iv = 20 y un segundode calidad sísmica inferior, con un Iv = 60. A losresultados del análisis de push-over obtenidos tantopara estructuras con conexiones losa-pilar rígidas,como para modelos con conexiones deformables, seañadieron de nuevo, para comparación, los corres-pondientes al edificio con diseño sismorresistenteadecuado.

Puede observarse que en este caso los edificiostienen un comportamiento sísmico aún más frágilque los porticados con vigas planas. Los coefi-cientes sísmicos obtenidos no cumplen losrequisitos de la normativa de cálculo sísmicoutilizada en su diseño. Ninguno de los edificiosestudiados presenta ductilidad, la cual alcanza tansolo valores del orden del 1% de deformación

Resultados de un análisis de push-over realizado sobreedificios de hormigón armado con diferentes indices devulnerabilidad sísmica y diferentes conexiones pilar-viga.

a. Edificios porticados con vigas planasb. Edificios con forjados reticulares

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Estructuras porticadas con vigas planas

Iv = 15: Nudos deformablesIv = 15: Nudos rígidosIv = 65: Nudos deformablesIv = 65: Nudos rígidosPórtico dúctil sismorresistente

Estructuras porticadas con forjados reticulares

Iv = 20: Conexiones deformablesIv = 20: Conexiones rígidasIv = 60: Conexiones deformablesIv = 60: Conexiones rígidasPórtico dúctil sismorresistente

Deformación piso superior (%)C

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cien

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Deformación piso superior (%)

Coe

fici

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o,c

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relativa del piso superior en el instante de sumáxima resistencia. Además de todos estosaspectos muy importantes, los edificios de hormigón armado estudiados tienen una serie dedefectos ilustrados en las siguientes tres fotogra-fías, que tienden a incrementar su ya altavulnerabilidad sísmica.

Se simularon mediante el método de Monte Carlolas funciones de vulnerabilidad sísmica para edi-ficios de mampostería no reforzada, para edificiosporticados con vigas planas y para edificios conforjados reticulares que se muestran en las

siguientes tres gráficas (Barbat et al. 1996). En elcaso de los edificios porticados con vigas planas,los valores para la intensidad VI MSK no han sidoincluidos en la figura puesto que los índices de dañoeconómico fueron inferiores al 5% para todos los Iv.En el caso de los edificios con forjados planos, losvalores para la intensidad IX MSK no se muestrandebido al hecho de que todas las estructurascolapsarían. Los índices de vulnerabilidad y de dañotan altos pueden explicarse tanto por los tipos deestructuras que son inadecuados en zonas sísmicascomo por el detallamiento estructural incorrecto.

Foto 4. Edificio de hormigón armado con pilares cortos en su base. La mayorrigidez de éstos implica un incremento del esfuerzo cortante que puedeproducir un fallo frágil de la estructura.

Gráfica 1. Funciones de vulnerabilidad obtenidas por simulación paraedificios de mampostería reforzada

Gráfica 2. Funciones de vulnerabilidad para edificios porticados dehormigón armado con vigas planas

Gráfica 3. Funciones de vulnerabilidad para edificios de hormigón conforjados planos.

Foto 5. Edificio con el pilar de esquinas insuficientemente armado pararesistir acciones sísmicas. Observese que los pilares centrales tienen másarmadura, lo que demuestra que la estructura ha sido dimensionada sólo aacciones verticales y estáticas.

Foto 6. Nudos excesivamentedébiles en un edificio de hormigónarmado con forjados reticulares. Suspilares están girados bajo un ángulode 450 respecto a la dirección segúnla cual se espera el mayordesplazamiento horizontal duranteun terremoto. La conexión pilar-forjado que puede verse essumamente débil lo que reduce aúnmás la ductilidad estructural.

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Riesgo sísmico del Eixamplede Barcelona Las funciones de vulnerabilidad simuladas seaplicaron para obtener escenarios de riesgo sísmicoen el distrito del Eixample de Barcelona. Dichodistrito, construido de acuerdo con el diseñourbanístico del ingeniero de caminos Ildefons Cerdà,cubre actualmente una superficie de 750 hectáreasde la ciudad y está constituido por manzanas casisimétricas con dimensiones de 113x113 m. Elnúmero promedio de niveles de los edificios de lazona es de 6, la altura promedio de 19 m y lasuperficie promedio be las plantas de los edificios de281 m2.

La mayoría de los edificios existentes son demampostería no reforzada, están diseñadossólamente a cargas verticales y han sido construidosentre 1860 y 1940. El resto son en hormigónarmado, construidos durante los años 1960-1970,después de la demolición de algunos edificiosantiguos de mampostería. Los edificios de hormigónarmado del Eixample son con forjados reticulares oporticados con vigas planas, siendo del tipocontemplado por las funciones de vulnerabilidad delas figuras anteriores. Esto quiere decir que en sucálculo se tomaron en cuenta fuerzas sísmicas, deacuerdo con los requerimientos de la normativa deese momento, pero no los detalles de diseño queproporcionan ductilidad.

Barcelona se encuentra en una zona de sismicidadmoderada y este hecho viene reflejado en lasprevisiones de las distintas normativas que hanexistido en España entre 1936 y 1994. En éstas se leasignó a Barcelona un grado de intensidad VII en laescala MSK. A partir de 1997 Barcelona “perdió” elgrado VII de intensidad sísmica y, de acuerdo con lanormativa NCSE-94 (1994) ha sido incluida en unazona que no requiere diseño sismorresistente algunode sus edificios. En esta normativa, que utiliza laaceleración máxima del terreno como parámetro dedefinición de la peligrosidad sísmica, se le asignó aBarcelona una “aceleración sísmica básica” de 0.4 g.Incluso en el caso que se utilizase un coeficiente deriesgo p de 1.3, correspondiente a un período devida de la estructura de 100 años, se llegaría a unvalor de la “aceleración sísmica de cálculo” de 0.529,por debajo del valor limite de 0.69 requerido paraque la aplicación de la normativa sea obligatoria.En un estudio reciente de riesgo sísmico, Egozcueet al. (1997) utilizaron la teoría de toma dedecisiones para determinar cuál debe ser laintensidad sísmica de diseño de la ciudad deBarcelona. En la siguiente figura puede observarse

que el coste total esperado en la zona es mínimopara la intensidad macrosísmica VII MSK, por lo cualésta sería la decisión óptima a tomar por ellegislador.

Para simular escenarios de daño en el Eixample seutilizaron las anteriores funciones de vulnerabilidad.Se realizó la simulación de escenarios de daño,utilizando el sistema de información geográficaARC/INFO. Algunos de Ios once parámetros delíndice de vulnerabilidad se pudieron obtenerdirectamente utilizando información de la base dedatos del Ayuntamiento de Barcelona; otros sepudieron inferir a partir de éstos. Finalmente el restose generó de manera aleatoria utilizando lasdistribuciones de probabilidad obtenidas a partir dela inspección de una muestra de edificios de la zona.Los resultados obtenidos para el área estudiadafueron representados gráficamente en forma demapas. En la figura se muestra un posible escenariode daños para un grado de intensidad macrosísmicaVII en la escala MSK; obsérvese que la mayoría delos edificios tendrían daños menores del 20%. Sinembargo, el 9% de ellos tendrían un índice de dañoentre un 20% y 30% y un 3% tendrían dañosseveros, mayores de 40% (Barbat et al. 1998).

La vulnerabilidad de los edificios de hormigónarmado se puede reducir mejorando su diseñosismorresistente, utilizando las siguientes cuatroposibilidades:

• Utilizar sistemas estructurales adecuados parazonas sísmicas. Si esta condición no se cumple,es prácticamente inútil refinar los detalles decálculo y diseño.

• Utilizar mejores materiales de construcción, talescomo hormigones de calidad y aceros de altaductilidad.

• Evitar los errores de diseño conceptual al utilizarun sistema estructural adecuado.

• Aplicar detalles de diseño adecuados para elsistema estructural.

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EJO

II

ESPECIAL

Iv < 10%

Iv = 11-20%

Iv = 21-35%

Iv = 36-50%

Iv = 51-65%

Iv = 66-80%

Iv = 81-90%

Iv > 91%

ESPECIAL

D < 5%

D = 6-10%

D = 11-15%

D = 16-20%

D = 21-30%

D = 31-40%

D = 41-50%

D = 51-60%

D = 61-80%

D = >81%

Bibliografía anejos

Barbat, AH; Yépez Moya, F; Canas, JA. (1996).“Damage scenarios simulation for seismic riskassessment in urban zones”, Earthquake Spectra,12 (3), 371-394.

Barbat, AH; Mena U; Yépez Moya, F. (1998).“Evaluación probabilística del riesgo sísmico enzonas urbanas”, Revista Internacional de MétodosNuméricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 14 (2), 247-268.

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