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BOLETN TCNICO IMMEVOLUMEN 42N 3

Recibido: 28/07/04 Revisado: 02/09/04 Aceptado: 28/10/04

REDUCCIN DEL RIESGO SSMICO ENESCUELAS DE VENEZUELA

Oscar A. Lpez, Julio J. Hernndez, Gianina Del Re, Jos Puig

Instituto de Materiales y Modelos Estructurales, Facultad de Ingeniera,

Universidad Central de Venezuela

RESUMEN

El terremoto de Cariaco, Venezuela, 1.997, provoc el derrumbe de cuatro edificaciones escolaresy la muerte de 23 personas. Las fallas fueron el resultado de deficiencias estructurales para resistirterremotos, de carcter conceptual, tpicas de los diseos de dcadas pasadas: Poca rigidez y resistencialateral, baja capacidad para disipar energa, insuficiente resistencia al cortante y la presencia decolumnas cortas. Por otro lado, el derrumbe de dos edificaciones fue tambin influenciado porquefueron construidos en una zona ssmica con intensidad dos veces mayor a la de la zona especificada enlos planos de construccin. Las escuelas denominadas Tipo Antiguo y Tipo Cajetn son similares a lasderrumbadas en Cariaco y se hallan distribuidas en todo el pas. Mediante tcnicas de anlisis dinmicolineal y esttico no lineal se determin el riesgo a que estn expuestas en las diferentes zonas ssmicas deVenezuela. Las escuelas Tipo Antiguo estn expuestas a riesgos intolerables por lo que deben serreforzadas, aun en las zonas de moderada amenaza como qued demostrado en Arenales donde unevento de moderada intensidad en 1.991 comprometi la estabilidad de la escuela. Solo las escuelas Tipo

Cajetn localizadas en las zonas de mayor amenaza ssmica deben ser reforzadas. Se propone unprograma nacional para la reduccin de r iesgos en escuelas existentes y para la construccin de nuevasescuelas seguras ante terremotos.

Palabras clave: Cariaco, escuelas, riesgo ssmico, columnas cortas, reduccin de riesgos.

REDUCTION OF SEISMIC RISK IN VENEZUELAN SCHOOLS

ABSTRACT

The Cariaco earthquake in 1997 led to the ruin of four school buildings and the loss of 23 lives.The failures were the result of conceptual deficiencies in the structural system, typical of the seismicdesign of the past decades: Very low lateral strength and stiffness, low energy dissipation capacity,

insufficient shear resistance and the presence of short columns. On the other hand, the collapse of twobuildings was also influenced because they were built in a seismic zone with twice the intensity specifiedin the construction plans. The schools identified as Old Type and Box Type, similar to the schoolsthat collapsed in Cariaco, can be found all along the country. Using linear dynamic and non-linear staticanalysis, the seismic risk at which they are exposed was determined in the different zones of Venezuela.Old Type schools are exposed to unacceptable risk and need to be retrofitted, even in moderate seismiczones as it has been shown in one school in Arenales where an earthquake of moderate intensityendanger the stability of the school. On the other hand, only Box Type schools located in the highhazard zones need to be retrofitted. A national plan for the mitigation of seismic risk in existing schoolsand for the construction of new earthquake resistant schools is proposed.

Key words: Cariaco, schools, seismic risk, short columns, risk reduction.


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34 O.A.LPEZ,J.J.HERNNDEZ,G.DEL RE,J.PUIG

Boletn Tcnico IMME 2004; Volumen 42 N 3; 33-56

1. INTRODUCCIN

Las Edificaciones Escolares han demostrado reiteradamente ser especialmente vulnerablesdurante terremotos. Escuelas pblicas en las cuales se exige la asistencia obligatoria de nios, sederrumban frecuentemente durante terremotos de moderada a elevada severidad en el mundo entero,causando numerosas y trgicas prdidas de vidas. Miles de nios han muerto en la ltima dcada porqueel conocimiento y la tecnologa existente no han sido aplicados para salvaguardar sus vidas [1].

Un evento histrico que provoc un cambio sustancial en el diseo y construccin de escuelas enCalifornia, ocurri en Long Beach en 1.933. Un terremoto de magnitud Richter igual a 6,3, destruy 70escuelas y caus daos a otras 120; afortunadamente el evento ocurri a las 5:54 p.m., despus definalizadas las clases, con lo que se salvaron centenares de vidas [2]. Los elevados riesgos asociados alas edificaciones escolares quedaron dramticamente ilustrados en el terremoto de Armenia del 7 de

Diciembre de 1.988 (M = 6,9 a unos 7-8 km de profundidad); del total de 25.000 muertes, ms de 6.000(24%) fueron estudiantes y maestros de instituciones educativas [3]. Otro caso notable ocurri durante elterremoto de Skopje (Macedonia) del 26 de Julio de 1.963 (M = 6,1 a 8 km de profundidad); del total de77 edificaciones escolares de la ciudad de Skopje, 44 (57%) fueron destruidas, provocando unainterrupcin masiva del proceso educacional en la ciudad y en el pas. Gracias a que el evento tuvo lugara las 5:17 a.m., todos los edificios estaban desocupados por lo que se salvaron miles de vidas [3]. Lamayora de los estudiantes tuvieron que ser trasladados a escuelas temporales mientras se construannuevas escuelas y reforzaban otras; ni el gobierno ni las escuelas tenan planes para atender esaemergencia [3].

Terremotos recientes tambin han afectado significativamente a edificaciones escolares. Elterremoto de Molise en Italia, ocurrido el 31 de Octubre de 2.002, caus el derrumbe de una escuela

primaria y la muerte de 27 nios y un maestro [4]. El terremoto de Boumerds (Argelia) del 21 de Mayode 2.003 (Mw= 6,8) caus extensos daos en escuelas: 564 de un total de 1.800 escuelas inspeccionadas,

sufrieron serios daos. Veintitrs aos antes, el 70% de las escuelas de la ciudad de El-Asnam resultaroncon daos extensos o derrumbadas durante el terremoto del mismo nombre de 1.980 (M = 7,3), en una

proporcin sustancialmente mayor que el resto de las construcciones de la ciudad. Afortunadamente,debido a que la hora de ocurrencia de estos eventos no coincidi con las horas de actividades escolares,la prdida de vidas fue muy baja [5]. El mismo ao y solo unos das antes del evento de Argelia, el

primero de Mayo de 2.003, un terremoto (Mw= 6,4) afect el poblado de Bengl de 70.000 habitantes,en Turqua [6]. De un grupo de 28 edificaciones escolares inspeccionadas se observ que 3 tuvierondao ligero o no tuvieron dao, 12 tuvieron dao moderado, 10 dao severo y 3 se derrumbarontotalmente causando la muerte de numerosos nios mientras dorman. Todas las edificaciones eran deconcreto armado, 17 constituidas por prticos y una por un sistema mixto de muros y prticos. Todas

posean paredes de mampostera de relleno colocadas entre columnas. Uno de los problemasestructurales comunes observados en estos edificios fue la presencia de columnas cautivas o cortas,debido a las restricciones que imponan las paredes. Otro problema comn fue el detallado inadecuadode los elementos estructurales; falta de confinamientos en columnas, carencia del refuerzo transversalnecesario para prevenir fallas por cortante, especialmente en el caso de las columnas cortas, y anclajeinadecuado de los extremos libres del refuerzo transversal [6].

El terremoto de Cariaco (Ms= 6,8), Venezuela, del 9 de Julio de 1.997 derrumb cuatro edificiosescolares provocando la muerte de 23 personas entre estudiantes y maestros. Las edificacionesderrumbadas responden a dos tipologas bien definidas de edificios escolares que se encuentrandistribuidas por todo el pas en un nmero que probablemente sobrepase las mil unidades, estando lamayora de ellas localizadas en zonas de alta amenaza ssmica. Partiendo de la premisa que la seguridadde los nios en las escuelas debe ser entendida como un derecho humano fundamental y en vista deldesafortunado comportamiento de estas escuelas observado en Cariaco, se hace imperiosa la necesidadde evaluar los niveles de riesgo a que estn expuestas y tomar medidas para su mitigacin.


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El trabajo que aqu se presenta tiene como objetivo general la evaluacin del riesgo a que estnexpuestas estas edificaciones escolares tpicas en Venezuela y recomendar acciones a seguir. Losobjetivos especficos son los siguientes: i) presentar la experiencia de Cariaco e identificar las causas delderrumbe de las escuelas; ii) Cuantificar el nivel de riesgo a que estn expuestas edificaciones escolaresdel mismo tipo, nominalmente iguales, distribuidas en todo el pas, y iii) recomendar acciones a tomar afin de reducir los riesgos a niveles comparables con los de nuevas escuelas diseadas de acuerdo alestado del conocimiento y a las normas vigentes.

2. LA EXPERIENCIA DEL TERREMOTO DE CARIACO

El terremoto de Cariaco ocurri a las 3:24 p.m. del da 9 de julio de 1.997, afectando a la reginnoreste de Venezuela a unos 300 km de Caracas. El movimiento vibratorio provoc el desplome de 7edificios de concreto armado, causando 74 vctimas fatales y 522 heridos. El evento tambin provoclicuacin y falla del suelo en varias poblaciones costeras. En la ciudad de Cariaco se desplomaron cuatroedificaciones educacionales, el edificio del Banco del Orinoco de dos niveles y un hotel de tres niveles enconstruccin, siendo todas ellas de concreto armado, y unas 300 viviendas unifamiliares con paredes

portantes de bahareque o de bloques de arcilla o concreto, ocasionando un total de 41 muertes [7, 8, 9].Cerca de las edificaciones escolares haba otras construcciones de un nivel en las que no se apreciarondaos. Dos de las cuatro edificaciones escolares derrumbadas formaban parte de la escuela primariaValentn Valiente y las otras dos pertenecan al liceo Raimundo Martnez Centeno.

2.1 Movimiento estimado en Cariaco

El terremoto de magnitud Ms=6,8, Mw=6,9, tuvo su epicentro en las coordenadas 10,43 N y

63,49 W con una profundidad focal de 10 km. El poblado de Cariaco est localizado a unos 10 km delepicentro del terremoto, pero las edificaciones derrumbadas estaban solo a unos 600 metros de la trazade la falla (Figura 1); la traza de falla superficial observada en campo es indicativa de un movimientotranscurrente dextral, con un desplazamiento medio de unos 30 cm a lo largo de por lo menos 30 km endireccin este-oeste (Figura 1). Esta traza se corresponde con la falla de El Pilar que sirve de fronteraentre las placas tectnicas del Caribe y la Suramericana.

Figura 1. Epicentro y traza de falla del terremoto de Cariaco del 9 de Julio de 1997


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En Cuman, a unos 70 km del epicentro, se obtuvo el nico registro acelerogrfico del evento conaceleraciones mximas de 0,09g, 0,05g y 0,03g en direccin longitudinal, transversal y vertical,respectivamente, con una duracin total de unos 20 segundos [7]. Dado que las escuelas se encontrabana algunos centenares de metros de la traza de la falla, se estima que all ocurri un movimientovibratorio significativamente mayor al registrado en Cuman. El suelo en las dos edificaciones escolaresse caracteriza por materiales predominantemente finos de caractersticas semejantes en toda la columnade suelos, muy sueltos en los primeros 10 m, medianamente densos entre 10 m y 20 m y densos o muydensos por debajo de 20 m [10].

Mediante leyes de atenuacin desarrolladas internacionalmente que consideran movimientosregistrados muy cerca de la falla geolgica [11-14], se determin el rango ms probable de valores de laaceleracin mxima a, que puede haber ocurrido en el sitio. Considerando los datos del terremoto(Mw = 6,9, falla transcurrente) y del sitio (suelo, a menos de un kilmetro de la traza de la falla),

mediante las correspondientes leyes validadas para fallas transcurrentes y suelo, se determinaron losvalores de las medianas de a, asociadas a un 50% de probabilidad de excedencia, que se indican en laTabla 1. Conocida la desviacin estndar del logaritmo neperiano de a, se determinaron los valores de aen torno a la mediana que limitan un rango de aceleraciones con un 50% de probabilidad de ocurrencia.Se puede apreciar en la Tabla 1 una muy buena concordancia de las cuatro leyes de atenuacin en laestimacin de la mediana de a, con valores que varan entre 0,49g y 0,54g. Tambin se muestra en laTabla 1 la desviacin estndar del neperiano de a para cada caso. Conociendo que el neperiano de asigue una distribucin normal se determinaron los valores de aasociados al percentil 25 y al percentil 75que se muestran en la misma Tabla 1. Los resultados de la Tabla 1 muestran de nuevo poca variacinentre las predicciones obtenidas con las diferentes leyes de atenuacin. Promediando los valores paratodas ellas se aprecia una aceleracin mxima cuya mediana (percentil 50) es 0,52g, y un rangocomprendido entre 0,39g y 0,71g que establece una probabilidad de 50% de estar entre estos lmites.Conviene destacar que estas probabilidades no corresponden a las probabilidades de no-excedencia paradiseo establecidas en las normas (90% en 50 aos, para todos los sismos que puedan ocurrir en eselapso), sino a la certidumbre probabilstica del valor de la aceleracin para este sismo especfico. Elvalor de 0,52 g aproxima el valor ms probable de aceleracin mxima ocurrida en Cariaco.

Con los valores de aceleracin mxima as calculados se determin el espectro de pseudo-aceleracin asociado a ese movimiento. Para ello se utilizaron los espectros suavizados construidos a

partir de los espectros medios de una coleccin de 38 movimientos registrados en suelo en el campocercano [15], a distancias menores de 15 km de la falla y para un 5% de amortiguamiento.

Tabla 1. Valores estimados para la aceleracin mxima, a, en Cariaco, para el terremotodel 9 de julio de 1.997

Aceleracin mxima a(g)

Ley de atenuacin Desviacin estndar de ln a Menor(percentil 25) Mediana(percentil 50) Mayor(percentil 75)Campbell [11] 0,39 0,38 0,49 0,64Sadigh et. al. [12] 0,42 0,41 0,54 0,72Boore et. al. [13] 0,52 0,38 0,53 0,76Abrahamson & Silva [14] 0,44 0,39 0,53 0,71

Promedios = 0,39 0,52 0,71

La Figura 2 muestra el espectro suavizado definido por su mediana (percentil 50) y por una curvainferior (percentil 25) y una superior (percentil 75), que tienen probabilidades de no-excedencia de 50%,25% y 75%, respectivamente. Las curvas superior e inferior limitan un rango de valores con una


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probabilidad de ocurrencia de 50%. Los valores espectrales ms probables ocurridos en Cariaco podemosdescribirlos por la mediana de la Figura 2. Es interesante comparar estos valores con los valoresestipulados para el diseo de escuelas en la norma venezolana vigente [16]; de acuerdo a sta, las nuevasescuelas en Cariaco deben ser diseadas a partir de un espectro elstico que se encuentra ligeramente

por encima de la mediana mostrada en la Figura 2. Concluimos entonces que la norma vigente exige undiseo de escuelas con movimientos ssmicos de severidad similar a la ocurrida en Cariaco el09/07/1997.

Figura 2. Espectros de pseudo-aceleracin estimados para el movimiento ssmico ocurrido enCariaco el 09-07-1997

2.2 Comportamiento de la Escuela Valentn Valiente

a) Descripcin de la Escuela

La Escuela Valentn Valiente, posiblemente construida en 1.958, estaba formada por dos mdulosindependientes separados por una junta de construccin. La nica diferencia entre ambos mdulos esque uno de ellos est unido al mdulo de escalera (Figura 3). Cada mdulo es de dos niveles y planta deforma rectangular, con estructura de concreto armado y paredes de mampostera constituidas por bloquesde concreto de 15 cm de espesor, en gran parte enmarcadas por la estructura [10,17]. El sistema deentrepiso consista en una losa nervada en la direccin longitudinal del edificio de 20 cm de espesor. Lascolumnas eran todas de seccin 20 cm x 30 cm, exceptuando las de la escalera, con su mayor dimensinorientada en la direccin ms corta del edificio. Las vigas de carga eran de seccin 20 cm x 65 cmtambin orientadas en la direccin transversal. No existan vigas en la direccin longitudinal deledificio. De las pruebas de materiales efectuadas despus del terremoto se obtuvo una resistencia

promedio del concreto a compresin de 140 kgf/cm2; las barras de acero longitudinal y transversalclasifican con un lmite elstico de 2.400 kgf /cm2y 2.800 kgf /cm2, respectivamente. De la observacinde los elementos estructurales en sitio se constat la ausencia de refuerzo transversal en las juntas. Elrefuerzo transversal en vigas y columnas era de barras lisas de 1/4espaciado a 25 cm y a 15 cm,respectivamente, con ganchos a 90 [7,8]. Las paredes de mampostera eran de tres alturas distintas(Figura 4): Unas de altura igual a 2,25 m que llenaban completamente los prticos transversales en losejes 1, 3, 5 y 7, otras de altura igual a 1,70 m que generaban columnas cortas de 55 cm de altura libreen el prtico longitudinal A, y otras de altura igual a 2,60 m, fuera de los prticos, en la fachadalongitudinal cercana y paralela al eje B. El prtico longitudinal B tena un banco de concreto armado

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

Perodo T(sec)

Pseudo

-aceleracin

(g)

Percentil 75

Mediana

Percentil 25


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constituido por una loseta de 70 cm x 10 cm, y una viga de 21 cm de ancho y 28 cm de alto, queconectaba rgidamente las columnas a una altura de 50 cm del piso (Figura 4). Durante las visitas al sitiono se evidenciaron defectos serios de construccin ni fallas del terreno de fundacin [10].

Figura 3. Planta de la Escuela Valentn Valiente. Dimensiones en metros

Figura 4. Imagen tri-dimensional del Mdulo II de la Escuela Valentn Valiente mostrandoprticos, paredes completas, banco y paredes parciales generando columnas cortas

Integralmente considerado, el edificio es bastante ms dbil en direccin longitudinal por laausencia de vigas y por la dimensin de solo 20 cm de las columnas. Adems, el edificio posea muy

poca capacidad de disipacin de energa, especialmente debido al limitado refuerzo transversal. Lascolumnas cortas disminuyeron todava ms la ya escasa ductilidad de la estructura. En la direccin

Columna corta

banco


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transversal destaca la considerablemente mayor rigidez y resistencia de las vigas en relacin con lascolumnas.

b) Comportamiento durante el terremoto

Cuatro estudiantes y una maestra fallecieron en esta escuela. Ambos mdulos mostraron un grandesplazamiento remanente en direccin longitudinal (Figura 5). El mdulo II (sin escaleras) (Figura 3)se desplom totalmente, quedando las losas apoyadas sobre el terreno (Figura 5a). El mdulo I (conescalera) se desplom parcialmente, quedando las losas del primer y segundo nivel apoyadas sobre las

paredes, en la mayor parte de su longitud (Figura 5b). Se observaron fallas a flexin en las columnaslargas y fallas a cortante en las columnas cortas, tanto en aquellas restringidas por las paredes (Figura6a) como en las restringidas por el banco (Figura 6b). Tambin se apreci la falla a traccin del acerolongitudinal en algunas columnas y del acero transversal en algunas vigas. No se apreciaron fallas en lasfundaciones [7 a 10, 17, 21].

a) Vista de arriba (Cortesa de J.L. Alonso) b) Vista longitudinal (Mdulo I)

Figura 5. Derrumbe de los dos edificios de la Escuela Valentn Valiente

a) Columna restringida por paredes b) Columna restringida por banco

Mdulo IMdulo II


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(Cortesa de N. Fernndez) (Cortesa de N. Fernndez)

Figura 6. Fallas en columnas cortas de la Escuela Valentn Valiente

c) Anlisis del comportamiento

La capacidad del edificio se determin mediante un anlisis esttico no-lineal aplicando cargaslaterales de distribucin triangular, semejante a la forma del modo fundamental, que crecenmonotnicamente hasta producir la inestabilidad de la estructura. Se analiz el mdulo II (Figura 3), alcual se le aplic el patrn de carga lateral en direccin longitudinal por ser sta la direccin del colapso.La idealizacin estructural incluy las paredes enmarcadas por el prtico A (Figura 4), modeladas con

bielas equivalentes. Al no existir vigas altas en direccin longitudinal, se consider una viga equivalentede seccin T en ambos prticos longitudinales, definida por la contribucin de los nervios de la losa. LaFigura 7 muestra la relacin entre la fuerza cortante en la base y el desplazamiento del techo. Losresultados sealan una primera falla por cortante en las columnas cortas A2, A4 y A6 del primer piso,

para una fuerza cortante basal de 24 t y un desplazamiento de aproximadamente 0,8 cm, seguida de lafalla por cortante de las mismas tres columnas en el segundo piso, para una fuerza cortante basal de 32 t.Despus de estas fallas frgiles se desarrollan fallas por flexin en los nervios de la losa y en lascolumnas restantes que estaban libres para deformarse, hasta alcanzar un desplazamiento total en el topede aproximadamente 6,6 cm, asociado a una fuerza cortante basal de aproximadamente 32 t, para el cualse produce la inestabilidad global de la estructura. Para efectos de estimar el ndice de riesgoadoptaremos el valor de 32 t como la capacidad de la estructura, dado que para esa carga ya fallaronfrgilmente tres columnas en cada entrepiso.

La fuerza cortante mxima probable, que hubiese actuado sobre el edificio si ste hubieserespondido elsticamente, se estim mediante anlisis dinmicos elsticos de la estructura sometida al

movimiento ssmico estimado para el sitio, definido por los espectros de aceleraciones determinadospreviamente (Figura 2). Se determin un peso total de la estructura de 315 t para la condicin de cargavariable presente en el momento del sismo. El perodo del modo fundamental en direccin longitudinalse estim en 0,65 segundos. Los resultados del anlisis indican una fuerza cortante en la basecomprendida entre 190 y 342 toneladas. Los desplazamientos mximos corresponden a derivas entre 15y 27 para cada entrepiso, respectivamente, valores muy elevados que exceden los lmites normativos,definiendo un rango con una probabilidad de ocurrencia aproximadamente igual al 50%. La fuerzacortante elstica en la base excede de 6 a 11 veces la capacidad resistente de la estructura, generandouna demanda de ductilidad del mismo orden, la cual no se puede desarrollar manteniendo la estabilidad

porque esta estructura posee muy baja capacidad para disipar energa, que se corresponde con unaductilidad no mayor que 2.

d) Causas del desplome de la Escuela

De la informacin presentada y de los anlisis efectuados se puede concluir que el desplome de laEscuela Valentn Valiente fue el resultado de: i) La muy baja resistencia y rigidez de la estructura endireccin longitudinal, debido a la pequea dimensin de las columnas y la ausencia de vigas; ii) La

presencia de paredes adosadas a las columnas que crearon columnas cortas y precipitaron fallasfrgiles por cortante, y iii) La limitada capacidad de disipacin de energa de la estructura. Solo el

primer punto mencionado, la baja resistencia de la estructura, era suficiente para provocar el derrumbede la escuela considerando la carencia de elementos resistentes a carga lateral en la direccinlongitudinal del edificio. La presencia de las columnas cortas precipit un modo frgil de falla en unaestructura que igualmente hubiese fallado an desarrollando toda su poca ductilidad.

Conviene destacar que la falla de los dos edificios no fue el resultado de defectos evidentes deconstruccin, ni tampoco del incumplimiento manifiesto con las normas de diseo de la poca. En


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efecto, la informacin recabada nos permite suponer que la obra fue proyectada siguiendo la NormaMOP de 1.955 [18] o la Norma MOP de 1.947 [19]; en ambas normas, se permita el uso de concretoscon esfuerzos de rotura tan bajos como 100 kgf/ cm2, por lo que el valor de 140 kgf/cm2medido en eseedificio no representaba una resistencia inusual para la poca. Y en la Norma de 1.955 se permitanadems columnas con una dimensin de 20 cm, an cuando la Norma previa de 1.947 estipulaba unadimensin mnima de 25 cm. Tanto la Norma de 1.955 como la de 1.947 exigan un anlisis y diseossmico de los edificios; para esta edificacin localizada en el Estado Sucre, se exiga un diseo con uncortante basal de servicio de 0,10 W en la norma de 1.947 y de 0,092 W en la de 1.955, siendo W el

peso total, lo que equivale a un cortante basal lmite de diseo de aproximadamente 0,14 W una vezhecha la reconciliacin con los criterios utilizados en dichas normas. Para un peso de 307 t, esta carga esde 43 t que es algo mayor a la capacidad de la estructura determinada mediante el anlisis no-lineal quees de 32 t (Figura 7). El cortante basal de diseo lmite de 43 t corresponde al hipottico proyecto de esa

estructura en la ciudad de Cariaco, que estaba ubicada dentro de la zona C, la de mayor amenaza ssmicadel pas en ambas normas. Si la estructura hubiese sido diseada para la zona ssmica B, que inclua losestados centrales y andinos en la Norma de 1947 y buena parte de ellos en la Norma 1.955, las fuerzasde diseo se reduciran a la mitad por lo que el cortante basal lmite de diseo hubiera sido de 21 t, algomenor a la capacidad real de la estructura (Figura 7).

Figura 7. Secuencia de falla de la estructura de la Escuela Valentn Valiente: 1 falla: columnascortas del 1erentrepiso; 2dafalla: columnas cortas del 2doentrepiso

Concluimos destacando que la falla de las dos edificaciones de la escuela fue el resultado dedeficiencias notorias en su capacidad sismo-resistente, de carcter conceptual, ciertamente no previstasen las Normas de diseo de 1.947 y 1.955. La asimetra en uno de los edificios inducida por la escaleraes un elemento adicional que podra haber aumentado la vulnerabilidad de la estructura, pero andesprecindolo se explica plenamente su falla. Por otro lado, an cuando el movimiento ssmico en el

0

10

20

30

40

0 1 2 3 4 5 6 7

desplazamiento del techo (cm)

Fza.cortantebasal

(t)

.

A2 A4 A6 A2 A4 A6

1aFalla 2daFalla


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sitio fue de elevada intensidad por su cercana a la falla, ms adelante en este artculo se seala quemovimientos de menor intensidad tambin hubieran podido provocar el desplome de estos edificiosdebido a su gran vulnerabilidad intrnseca.

2.3 Comportamiento del Liceo Raimundo Martnez Centeno

a) Descripcin del Liceo

El Liceo fue construido en Cariaco en el ao 1.985 aun cuando los planos estructurales son de1.978 [10]. Conviene destacar que en dichos planos se indica expresamente que la estructura haba sidodiseada para la Zona Ssmica 2 de la Norma de 1.967 [20], vigente para ese momento; segn dicha

Norma, Cariaco estaba ubicado en la Zona Ssmica 3 donde se requera aplicar solicitaciones ssmicasdobles a las de la Zona 2.

El liceo estaba constituido por dos mdulos similares e independientes, con planta en forma deC y separados por una junta de construccin. Ambos mdulos unidos dan la apariencia de una plantarectangular anular (Figura 8). Un mdulo tena tres pisos y el otro se le agreg un piso adicional en una

pequea zona; el Mdulo I es analizado en este trabajo. La estructura es de concreto armado con prticosde vigas altas en ambas direcciones ortogonales y paredes de mampostera de 15 cm de espesor con

bloques de arcilla, enmarcadas por la estructura (Figura 9).

Figura 8. Planta del primer piso del Liceo Raimundo Martnez Centeno. Dimensiones en metros

Las losas eran nervadas de altura total igual a 30 cm con nervios en direccin transversal (Y).Todas las columnas son de 35 cm x 35 cm. Las vigas en direccin transversal (Y) tenan una seccin de30 cm x 40 cm. En direccin longitudinal (X) las vigas de carga tenan un ancho de 30 cm y alturascomprendidas entre 40 cm y 70 cm. Las paredes (Figura 9) en los prticos 1 a 5 llenaban completamentelos vanos. En los prticos B y E eran de altura igual a 2 m generando columnas cortas de 70 cm delongitud. En los prticos A y F las paredes tenan 1,00 m de altura por lo que la longitud libre de lascolumnas adyacentes era de 1,70 m. El primer entrepiso tena bastante menos paredes que los otros dosentrepisos; tena solo la tercera parte de las paredes que rellenaban los prticos del segundo entrepiso y

Y

X


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la mitad de las del ltimo entrepiso. Adems, el primer entrepiso posea 11 vanos con columnas cortascontra 9 en cada uno de los entrepisos superiores.

De las pruebas de materiales hechas despus del terremoto se obtuvo una resistencia promedio acompresin del concreto de aproximadamente 250 kgf/cm2 y de 4.200 kgf/cm2 para el esfuerzo a lacedencia de las barras de acero [6], que corresponden a los valores caractersticos especificados en los

planos estructurales. El refuerzo transversal en columnas consista en ligaduras cerradas de dos ramas de 3/8". La separacin de estribos y ligaduras segn los planos, era de 10 cm cerca de los nodos y 20 cmen la parte central. No se observ refuerzo transversal en el interior de los nodos. La cuanta de refuerzotransversal en la zona de confinamiento representaba un valor cercano al 66% del valor requerido para

Nivel de Diseo 3 segn la Norma actual [22]. Los ganchos de las ligaduras doblaban a 90 an cuandoen los planos se especific un ngulo de 135. En algunas columnas se apreci un anclaje inadecuado delacero longitudinal dentro de los nodos as como empalmes fuera de la mitad central de la columna. Se

observ tambin que en el 40% de las uniones viga-columna del primer piso, la suma de las capacidadesa flexin de las vigas concurrentes al nodo era mayor que las de las columnas concurrentes [10,21]. Porotro lado, no se apreciaron otros defectos relevantes de construccin ni fallas en las fundaciones.

Figura 9. Vista tri-dimensional de la planta baja del Liceo Raimundo Martnez Centeno (MduloI) indicando columnas, escalera, paredes completas y paredes parciales generando columnas cortas

Desde un punto de vista clasificatorio y bajo el marco de la norma vigente [22] tenemos que la

estructura: a) satisface el Nivel de Diseo 1 en general, salvo por la carencia de ligaduras en los nodos,las cuales modernamente se exigen para garantizar la integridad estructural; b) satisface el Nivel deDiseo 2 en cuanto al confinamiento en los extremos de los miembros, aunque no en cuanto a lanecesaria resistencia a cortante de todas las columnas; c) no satisface el Nivel de Diseo 3. Enconsecuencia, podemos decir que la estructura tiene un Nivel de Diseo intermedio entre el 1 y el 2.Parece excesivo asignarle simplemente el Nivel de Diseo 1, clasificacin pura que corresponde reservara las estructuras que no satisfagan ningn aspecto importante del Nivel de Diseo 2.Desde un marco conceptual, la estructura posea poca capacidad de disipacin en energa, algunascolumnas eran ms dbiles que las vigas y tenan poca capacidad a corte. Varias paredes creabancolumnas cortas con un modo potencial de falla frgil. Adems, exista un numero significativamente

Columna corta


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mayor de paredes en los entrepisos superiores que en el primero, generando un primer entrepiso msdbil y ms flexible que los superiores.

b) Comportamiento durante el terremoto

Un total de 18 estudiantes murieron debido al desplome de los dos edificios. Ambos mdulostuvieron un comportamiento similar, caracterizado por las fallas de las columnas del nivel ms bajo ydel desplome del edificio con desplazamiento predominante en direccin X (este-oeste), aplastando el

primer entrepiso y quedando el piso 2 directamente apoyado sobre el nivel del terreno (Figura 10). Seapreci tambin un desplazamiento significativo en la direccin Y (norte-sur). No se observ evidenciade colisin entre ambos mdulos. En los entrepisos 2 y 3 que permanecieron en pie, se apreciaronfallas por cortante en varias columnas cortas (Figura 11) y fallas a compresin con pandeo del acerolongitudinal en otras [10,21]. No se apreciaron fallas en las fundaciones [7 a 10, 17, 21.]

a) Antes del terremoto(Cortesa de E. Castilla)

b) Despus del terremoto; aplastamiento delprimer entrepiso

(Cortesa de E. Castilla)

Figura 10. Liceo Raimundo Martnez Centeno, antes y despus del terremoto

Figura 11. Falla en columna corta del Liceo Raimundo Martnez Centeno. (Cortesa de E. Castilla)

c) Anlisis del comportamiento


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Mediante un anlisis esttico no-lineal se determin la capacidad del edificio, en ambasdirecciones, aplicando cargas laterales de distribucin triangular hasta alcanzar la inestabilidad de laestructura. Las paredes se modelaron mediante bielas equivalentes. El resultado del anlisis en direccinlongitudinal (X), la direccin predominante de falla, en trminos de la fuerza cortante en la base y deldesplazamiento del ltimo piso se muestra en la Figura 12a, con un modelo que ignora las paredes y conotro modelo que las considera. Cuando se consideran las paredes, la estructura muestra una conducta

bastante frgil, caracterizada por una brusca cada de resistencia debido a las fallas por cortante en lascolumnas cortas cuya secuencia es la siguiente: una primera falla por cortante en las columnas cortasB3, E3 y E4 del primer entrepiso para una carga de 480 t, seguida de la falla por cortante de lascolumnas A1, A4, B1, B4, E1, E4, F1 y F4 de la planta baja, que representa una prdida deaproximadamente el 60% de la resistencia de la estructura, para un desplazamiento de aproximadamente4,5 cm. Cuando se ignoran las paredes (Figura 12a), la conducta de la estructura es ms dctil, con un

desplazamiento hasta de 9 cm, an cuando se observa una cada moderada de resistencia a los 4,5 cmdebido a la falla por cortante de varias columnas Se infiri un valor de 450 t como capacidad del edifico

para efectos de comparar con la demanda elstica y determinar los ndices de riesgo. Se concluyeentonces que la presencia de paredes que generan columnas cortas, lejos de ayudar ms bien potencia lafragilidad del sistema estructural.

Los resultados del anlisis para la direccin transversal (Y) que se muestran en la Figura 12bindican un comportamiento ms dctil que en la direccin X, para ambos modelos con y sin paredes,con desplazamientos de hasta 10 cm para la estructura con paredes y mayores para la estructura sin

paredes. En el modelo que incluye las paredes se produce una falla por cortante en las columnas cortasA1 y E1 para una carga de aproximadamente 650 t, la cual fue precedida por fallas dctiles en las vigas.

a) Longitudinal (X) b) Transversal (Y)

Figura 12. Relacin carga-desplazamiento lateral hasta el colapso, Liceo Raimundo MartnezCenteno, considerando e ignorando las paredes

Mediante un anlisis dinmico elstico se determin la demanda que introdujo el movimientossmico representado por los espectros de la Figura 2. El edificio tiene un modo fundamental con periodoigual a 0,58 s en direccin longitudinal (X). El peso del edificio se estim en 1.900 t para la condicinde poca carga variable presente en el momento del sismo. La fuerza cortante en la base en direccin Xtiene un 50% de probabilidad de estar comprendida entre 1.280 t y 2.300 t con media de unas 1800 t.Esta demanda excede entre 2,8 y 5,1 veces la capacidad del edificio (Figura 12a), con una media de 4 lacual se considera muy elevada debido a la limitada capacidad de disipacin de energa. Dada laconsideracin anterior respecto a que la estructura clasificara en un Nivel de Diseo intermedio entre el1 y el 2, podra asignrsele una ductilidad global entre 2,5 y 3; sin embargo, debido a la existencia dealgunas columnas cortas, estimamos que no podemos admitir un valor de ductilidad superior a 2, el cuales la mitad de la demanda media (~4) de ductilidad que impone el sismo.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 2 4 6 8 10 12 14 1 6

desplazamiento del te cho (cm)

Fza.cortante

basal

(t)

.

Con paredesSin paredes

0 2 4 6 8 10 12 14 16

desplazamiento del techo (cm)

Con paredes

Sin paredes


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d) Causas del desplome del Liceo

El derrumbe de los dos edificios del liceo fue el resultado de la combinacin de dos factores:Deficiencias de carcter conceptual, y el hecho de haber sido construidas en una zona ssmica con eldoble de la intensidad estipulada para la zona segn los planos de construccin. Las deficienciasconceptuales fueron: i) La limitada capacidad de disipar energa de la estructura, principalmente por lafalta de confinamiento en columnas y nodos y la poca resistencia al cortante de columnas, ii) la

presencia de paredes enmarcadas por los prticos generando columnas cortas y precipitando fallasfrgiles, iii) la disminucin de resistencia y rigidez en el primer entrepiso, motivada por la reduccin enel numero de paredes que rellenaban los prticos de los entrepisos superiores.

Las deficiencias conceptuales citadas como responsables del mal comportamientosismorresistente, eran tpicas de los diseos de la poca. An cumpliendo con todos los requerimientos

de la norma de 1.967, la capacidad sismorresistente de esas estructuras es considerablemente menor a lacapacidad de estructuras diseadas con las normas modernas, porque stas han introducido mejorassustanciales en los criterios de diseo para resistir terremotos. Por lo que podramos decir que lasdebilidades sismo-resistentes de esas estructuras eran fundamentalmente de carcter conceptual.

3. LAS ESCUELAS Y EL ESCENARIO SSMICO VENEZOLANO

3.1 Amenaza Ssmica en Escuelas

A lo largo del sistema cordillerano venezolano coliden las placas tectnicas del Caribe ySudamrica dando lugar a los grandes sistemas de fallas de Bocon, San Sebastin y El Pilar que hanocasionado terremotos de magnitud estimada de hasta 7,5. Con base a la informacin geolgica ysismolgica se han elaborado en el pas estudios de amenaza ssmica a fin de determinar con criterios

probabilsticos las aceleraciones del terreno a usar en el diseo de estructuras. El mapa de zonificacinde la norma venezolana para el diseo sismorresistente del ao 2.001, prescribe valores de aceleracinmxima del terreno [16]; el pas se divide en siete zonas, que pueden ser clasificadas como de muy alta,elevada, moderada y baja amenaza ssmica segn se indica en la Tabla 2. Las aceleraciones mximas delterreno asociadas a cada zona ssmica, se incrementan en 30% para el diseo de escuelas [16]considerando la importancia que tienen estas edificaciones. Los valores que se indican en la Tabla 2,estn asociados a una probabilidad de excedencia de menos del 5% en un perodo de 50 aos. Se puedenotar que en la zona de mayor amenaza se prescribe un valor de 0,52 g, valor coincidencialmentesimilar al estimado como mediana para Cariaco durante el terremoto de 1.997 (Tabla 1).

Tabla 2. Distribucin de escuelas en las zonas ssmicas de Venezuela

Amenaza Ssmica Zona Aceleracin (g) Nmero de Escuelas % de Escuelas

Muy alta 6 - 7 0,46 - 0,52 1.671 5,9Elevada 4 - 5 0,33 - 0,39 17.844 63,5

Moderada 2 - 3 0,20 - 0,26 7.698 27,4

Baja 0 - 1 0.13 906 3,2

Total = 28.119 100

De acuerdo a los datos proporcionados por el Ministerio de Educacin, existen un total de 28.119unidades educativas, desde preescolar hasta bachillerato, distribuidas en todo el pas. Con la informacinrelativa a la localizacin de dichas escuelas se determin el nmero de unidades en cada zona ssmica; lacorrelacin entre la localizacin y la zonificacin ssmica que se muestra en la Tabla 2 nos indica queaproximadamente un 70% de las escuelas, equivalente a un total de 19.515 unidades, estn expuestas aamenazas que van de elevada a muy elevada. Este nmero de unidades representa muy probablemente


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un nmero significativamente mayor de edificaciones puesto que cada unidad educativa estgeneralmente constituida por varias construcciones independientes, como es el caso de las dos unidadeseducativas presentadas en este trabajo.

Por otro lado, numerosas unidades educativas del pas han sido construidas a partir de unos pocosproyectos arquitectnicos y diseos estructurales. Se estima que existen en el pas varias centenas deedificaciones tipo Cajetn, similares o idnticas al liceo Raimundo Martnez Centeno, y otras centenasde edificaciones tipo Antiguo, similares o idnticas a la escuela Valentn Valiente. La Figura 13muestra algunas de ellas que pueden compararse con las derrumbadas en Cariaco (Figuras 5 y 10). Elelevado riesgo a que estn expuestas estas edificaciones haba sido ya puesto de manifiesto durante lostemblores de Curarigua en el ao 1.991, antes del terremoto de Cariaco, segn se describe acontinuacin.

Escuela Tipo Cajetn(similar al Liceo RMC-Figura 10)

(Cortesa de E. Castilla)

Escuela Tipo Antiguo(Idntica a la Escuela VV-Figura 5)

Figura 13. Escuelas tipo en Venezuela que son similares o idnticas a las derrumbadas en Cariaco

3.2 La Experiencia de Arenales; Un Aviso Desapercibido

Durante el mes de Agosto del ao 1.991 ocurrieron una serie de movimientos ssmicos en elEstado Lara que fueron sentidos por la poblacin. El mayor de todos estos eventos ocurri el 17 deAgosto en la madrugada, con magnitud mb=5,3 y profundidad 16 km, localizado en las coordenadas10,01 N y 70,03 W, que corresponde a los alrededores de la pequea poblacin de Curarigua,Municipio Torres [23]. El movimiento fue registrado confiablemente por dos estaciones acelerogrficasde FUNVISIS localizadas en Qubor y El Tocuyo a 47 km y 37 km respectivamente, del epicentro. Lasaceleraciones mximas en direccin horizontal fueron de 0,037 g en Qubor y 0,044 g en El Tocuyo(Casa Jelambi); las aceleraciones verticales fueron de menor amplitud.

La escuela Ananas Cotte del pequeo poblado de Arenales localizado a 22 km del epicentro, esuna escuela tipo Antiguo, prcticamente idntica a la Escuela Valentn Valiente derrumbada enCariaco (Figura 5). El movimiento ssmico de 1.991 provoc una falla frgil por cortante en lascolumnas cortas del primer piso (Figura 14), que puso en serio peligro la estabilidad global de laedificacin. Estas fallas son similares a las ocurridas en Cariaco (Figura 6) y predichas por losresultados analticos indicados en la Figura 7. La escuela Ananas Cotte fue posteriormente reparada yreforzada por el Ministerio de Educacin con la participacin de especialistas en ingenierasismorresistente de la regin.

Utilizando leyes de atenuacin propuestas por diversos autores [11-14, 24, 25], en conjunto con lainformacin obtenida en los registros de Qubor y El Tocuyo, se estimaron valores probables de la


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aceleracin mxima que ocurri en Arenales. Para la utilizacin de las leyes extranjeras basadas en Mw[11-14], dado mb=5,3 se estim Mw=5,5 de acuerdo con Kanamori [26]. Igualmente para la utilizacinde las leyes nacionales basadas en Ms [24,25], se estim Ms=4,9 de acuerdo con las validacionesespecficas para Venezuela de Kozuch [27] y Ceresis [28]. Igualmente para la utilizacin de las leyesextranjeras, a partir de la zona de rplicas [29] se estimaron las distancias a la zona de rupturadiscerniendo la direccin del plano de falla, las cuales vienen a ser 43 km para la estacin de Qubor, 33km para la estacin de El Tocuyo y 18 km para Arenales. Se estim una longitud de rotura de 5 km. Losresultados se presentan en la Tabla 3. Los valores medios predichos por cada ley de atenuacin paraQubor y El Tocuyo (Casa Jelambi) se utilizaron para determinar el factor de correccin f indicado en laTabla 3, a fin de ajustar los valores estimados a los valores registrados en dichas estaciones. La medianay la mediana ms una desviacin estndar de la aceleracin mxima en Arenales se determinaronmultiplicando por f el resultado dado por cada ley de atenuacin. Los resultados de la Tabla 3 indican

buena concordancia entre los valores de la aceleracin mxima estimada en Arenales por los diferentesautores. Promediando todas las leyes se tiene una mediana de 0,080 g y una mediana ms una desviacinestndar () de 0,144 g.

Estos resultados sugieren que la aceleracin mxima ocurrida en Arenales fue probablementeinferior a 0,14 g, valor ste localizado entre las zonas de baja a moderada amenaza ssmica en la NormaVenezolana (Tabla 2). Y sin embargo, este movimiento caus daos importantes a la estructura de laescuela. Se concluye entonces que las edificaciones escolares tipo Antiguo poseen una elevadavulnerabilidad an ante sismos moderados, evidenciada durante los eventos citados de Curarigua de1.991.

Tabla 3. Aceleracin mxima para el sismo del 17-8-1.991

Esta c io nes Ace lero g r f i ca s Are na les

Qubor El Tocuyo(Casa Jelambi) Calc. Corregida

Mtodo

(Registro oLey de Atenuacin)

a(g) Correc. f a(g) Correc. f a(g) a(g) a+ (g)Registro acelerogrfico [23] 0,037 --- 0,044 --- --- --- ---Campbell [11] 0,029 1,27 0,041 1,08 0,086 0,101 0,169Sadigh et. al. [12] 0,030 1,22 0,042 1,04 0,082 0,093 0,176Boore et. al. [13] 0,053 0,70 0,064 0,69 0,100 0,069 0,116brahamson & Silva [14] 0,032 1,17 0,042 1,04 0,080 0,088 0,165

INTEVEP-Occ [24] 0,039 0,95 0,045 0,98 0,058 0,062 0,109DC [25] 0,048 0,76 0,056 0,78 0,075 0,067 0,130

Promedio de leyes deatenuacin.

0,039 0,96 0,048 0,91 0,080 0,080 0,144

arepresenta la aceleracin registrada o la mediana calculada; representa una desviacin estndar.


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a) Vista GeneralFigure 14. Fallas en columnas cortas de la Escuela Ananas Cotte en la poblacin de Arenales

durante los sismos de Curarigua de 1991. (Cortesa de A. Morn)

b) Fallas en columnas cortasFigura 14. Fallas en columnas cortas de la Escuela Ananas Cotte en la poblacin de Arenalesdurante los sismos de Curarigua de 1991. (Cortesa de A. Morn)

3.3 Riesgo Ssmico en Escuelas Tipo

El proyecto de investigacin Reduccin de Riesgos Ssmicos en Edificaciones Escolares dentrodel cual se inserta este artculo, tiene como objetivos identificar y clasificar las escuelas existentes enfuncin de su vulnerabilidad, determinar los niveles de riesgos a que estn expuestas y proponer medidasde mitigacin a fin de bajar el riesgo hasta niveles estipulados en las normas vigentes de diseosismorresistente, optimizando los costos de construccin y minimizando la interrupcin en elfuncionamiento escolar. La adecuacin estructural de las escuelas considera tres niveles de desempeo:


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1) Ocupacin Inmediata para movimientos ssmicos moderados, 2) Seguridad de Vida, paramovimientos ssmicos severos, y 3) Estabilidad Estructural para el mximo movimiento ssmico creble.

Las escuelas tipo Antiguo y tipo Cajetn fueron seleccionadas para una evaluacin detallada porser idnticas a las derrumbadas en Cariaco y por estar distribuidas en todo el pas. El objetivo inicial esdeterminar ndices de riesgo de cada escuela para cada una de las siete zonas ssmicas en que se divideel pas (Tabla 2). Se calcul la mxima respuesta dinmica de cada escuela tipo mediante un modeloelstico lineal sujeto a los movimientos ssmicos especificados en cada zona del pas que estncaracterizados por espectros de pseudo-aceleracin para 5% de amortiguamiento. Se consider el tipo desuelo ms desfavorable entre los definidos en la norma. Se consideraron dos calidades del concreto ycinco modelos matemticos distintos a fin de discriminar la influencia de las paredes, la escalera, el

banco y el agrietamiento de los elementos estructurales. Se consider la accin conjunta de las cargasgravitatorias, dos componentes horizontales del sismo, la componente ssmica vertical y momentos

torsores accidentales normativos que toman en cuenta la componente ssmica rotacional y lasincertidumbres en la localizacin de los centros de masa y de rigidez. Estos casos de carga fueroncombinados entre s siguiendo las pautas establecidas en las normas [16].

Se determinaron ndices de riesgo, IR, a nivel local y a nivel global. A nivel local, los IR son elcociente entre la mxima solicitacin elstica que podra desarrollarse en el supuesto de que la estructurano alcanzara la falla, y la capacidad de un determinado elemento estructural. En aquellos elementos conmodos de falla dctil, este ndice puede interpretarse como un valor aproximado a la demanda local deductilidad. A nivel global, el ndice de riesgo se define por el cociente entre la mxima fuerza cortanteelstica en la base y su capacidad, definida por la fuerza cortante de cedencia que es determinadamediante un anlisis esttico no-lineal. El ndice de riesgo en trminos de la fuerza cortante basal se

puede interpretar como una aproximacin a la demanda global de ductilidad, bajo las acciones ssmicasnormativas.

Resultados del ndice de riesgo del cortante basal de la escuela tipo Antiguo (Figura 13b) semuestran en la Figura 15a para el modelo con paredes, banco y una resistencia del concreto de 140kgf/cm2. An en las zonas ssmicas de moderada intensidad se aprecian valores muy elevados de riesgo

para esta escuela; las caractersticas del armado y detallado de sus elementos y juntas no permiteasignarle ndices mayores a 2 tal como se expres previamente, por lo que se desprende la urgentenecesidad de que sean reforzadas. En la Figura 15b se presentan resultados para la escuela tipo Cajetn(Figura 13a), con un modelo que incluye paredes y escalera y una resistencia del concreto de 250kgf/cm2. Adoptando un valor de 2 como un ndice tolerable en ellas, se concluye que las escuelas tipoCajetn localizadas en las zonas 4 a 7 deben ser reforzadas.

a) Escuela Tipo Antiguo b) Escuela Tipo CajetnFigura 15. Valores medios de los ndices de riesgo de la fuerza cortante basal en escuelas tipo para

las diferentes zonas ssmicas de Venezuela

2.0

2.93.4

3.9

1.01.5

2.4

0

1

2

3

4

5

6

In

dice

de

riesgo

Zona Ssmica

1 765432

6.1

9.210.7

12.3

3.1

4.6

7.7

0

2

4

6

8

10

12

14

16

In

dice

de

riesgo

Zona Ssmica

1 765432


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4. ACCIONES PARA REDUCIR LOS RIESGOS

4.1 La Experiencia Internacional

Diversos pases han reconocido la magnitud del problema y tomado acciones a fin de reducir losriesgos en escuelas existentes as como de garantizar la seguridad de nuevas escuelas durante terremotos.Citemos por ejemplo que, como consecuencia del citado terremoto de Long Beach de 1.933 el estado deCalifornia aprob ese mismo ao una ley, conocida como laField Act, que fij requerimientos especiales

para el diseo y construccin de nuevas escuelas [30]. Esta ley y sus reglamentos han sido modificadosmuchas veces desde su aprobacin, y constituyen una de las medidas ms efectivas adoptadas por elestado de California para reducir los riesgos ssmicos; la efectividad de estas medidas ha quedadodemostrada por el buen comportamiento de las escuelas pblicas en terremotos recientes y su utilizacin

como albergues de emergencia. En 1.976 se incorpor la obligatoriedad de revisar y adecuarssmicamente todas las escuelas pblicas construidas antes de la aprobacin de la ley. En la actualidad,se exige tambin a las escuelas privadas el cumplimiento de reglamentos similares impuestos por lasautoridades locales. La Field Actentre otros aspectos exige que: 1- Los planos y especificaciones sean

preparados por ingenieros especializados y certificados por el estado; 2- los diseos sean revisados yaprobados por una oficina independiente; 3- la construccin sea supervisada por personal especializadoindependiente del contratante, contratados por la coordinacin del distrito escolar, y 4- los profesionalesque hicieron el diseo, el inspector independiente y el constructor, deben presentar informes escritos,certificados bajo juramento, donde manifiestan que la escuela fue construida de acuerdo a los planosaprobados [31].

Varios pases europeos han emprendido tambin programas de rehabilitacin ssmica deedificaciones escolares existentes [32]. Despus de los desastres ocasionados por el terremoto deBoumerds, se ha planificado en Argelia la reconstruccin de 122 escuelas y la rehabilitacin de otras

422 [5]. Un programa similar ha sido presentado en Turqua a fin de rehabilitar un total de 3,8 millonesde metros cuadrados de construccin [33]. En Latinoamrica se conocen los esfuerzos hechos enEcuador [34] y en Colombia [35] para mitigar los riesgos en escuelas existentes.

Por otro lado, la adecuacin sismorresistente de escuelas construidas antes de la aprobacin de lasnormas modernas representa un reto de grandes proporciones, por el esfuerzo y los costos que involucra.Recientemente se ha propuesto un enfoque innovador que consiste en la aplicacin de un conjunto deacciones parciales de adecuacin ssmica, distribuidas durante un perodo de varios aos. Propuesto porla Agencia Federal para el Manejo de Desastres de Estados Unidos (FEMA), el procedimiento sedenomina Rehabilitacin Ssmica Incremental [36]. El manual que describe dicho procedimiento

proporciona la informacin necesaria a los responsables y administradores de escuelas para evaluar lavulnerabilidad ssmica de sus edificios y para planificar un programa de adecuacin sismorresistente demanera gradual. Por otro lado, muchas de las victimas y de los daos materiales ocurridos en terremotos

pasados han sido producidos por la falla de componentes no estructurales de edificios, tales comoparedes, sistemas mecnicos, techos, parapetos, muebles, y otros. En algunos pases se han desarrolladoguas que permiten evaluar el peligro de estos componentes y que recomiendan acciones a seguir parareducir los riesgos [37].

Recientemente se celebr en Pars, Francia, una reunin de expertos con el propsito deidentificar y planificar acciones internacionales para reducir los riesgos ssmicos en edificacionesescolares. La reunin fue organizada conjuntamente por el Programa de Edificaciones Educacionales(PEB) de la Organizacin para el Comercio y el Desarrollo Econmico (OECD) y Geohazards

International (GHI) [1]. En las conclusiones de la reunin se manifiesta lo siguiente: El grupo deexpertos cuestiona el que escuelas pblicas construidas por los gobiernos de pases del mundo en dondese exige la asistencia obligatoria de nios, se derrumben rutinariamente durante terremotos de moderadaa elevada severidad causando numerosas y trgicas prdidas de vidas. El grupo de expertos recomend


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por unanimidad que la OECD estableciera en la fecha ms temprana posible un Programa para laSeguridad Ssmica de Escuelas en los pases miembros.

4.2 Hacia un Programa Nacional de Reduccin de Riesgos Ssmicos en Escuelas

Con el objetivo insoslayable de lograr la reduccin de los riesgos ssmicos en escuelas, esconveniente establecer un Programa Nacional al respecto, el cual debe contener los siguientes elementos:

a) Reduccin de Riesgos en Escuelas Existentes

Este sub-programa puede organizarse de la siguiente manera: Recopilacin de informacin bsica y generacin de sistemas de informacin geogrfica

(SIG) que incluyen mapas de amenaza ssmica, y tambin de otras amenazas tales comodeslizamientos de tierra e inundaciones.

Desarrollo y aplicacin de un instrumento de inspeccin rpida para determinar ndices devulnerabilidad en escuelas.

Seleccin de escuelas de riesgo elevado para estudios detallados, similares a lospresentados en este trabajo.

Proyectos de adecuacin estructural debidamente evaluados, optimizando costos yminimizando la interrupcin de las actividades escolares.

Construccin de las obras, con minuciosa inspeccin estructural y arquitectnica.

b) Reduccin de Riesgos en Nuevas Escuelas

Este sub-programa debe incluir los siguientes aspectos:

Evaluacin pormenorizada de los nuevos proyectos estructurales, en cumplimiento de laNorma Sismorresistente nacional, ms otras reglamentaciones ad-hoc que se establezcan.

Supervisin e inspeccin meticulosas, independientes de los constructores de las obras.

c) Aspectos Legales

Deber existir un marco legal para el programa con lneas claras de responsabilidad de cadamiembro de la sociedad que participe en el mismo. Tanto para la correcta aplicacin de los nuevosdiseos de escuelas como para la adecuacin y refuerzo de escuelas existentes conviene instituir legal y

prcticamente las siguientes medidas:

Establecimiento de una Oficina o Comisin de Evaluacin, constituida por especialistas eningeniera sismorresistente.

Exigencia de certificacin a los proyectistas, revisores, constructores e inspectores delcumplimiento con las normas del proyecto y de construccin, as como con los planosaprobados.

d) Formacin Profesional y Tcnica.

Es conveniente difundir la aplicacin de las normas sismorresistentes y de diseo vigentes, ascomo las nuevas experiencias nacionales e internacionales que contribuyan al mejoramiento de la


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prctica constructiva, de modo de prevenir al mximo cualquier potencial insuficiencia. A tal fin esnecesario desarrollar programas de entrenamiento de los ingenieros proyectistas e inspectores.Igualmente, convendra elaborar instructivos de difusin de buenas prcticas tcnicas dirigidas a losconstructores.

Atencin especial se le debe dar a la vinculacin de las paredes de relleno con la estructura, demanera de evitar que se restrinja la libre deformacin de las columnas y se generen columnas cortas consus efectos perniciosos para la conducta sismorresistente. Los planos de construccin deben contenerindicaciones precisas de las separaciones que se deben mantener entre las paredes y las columnas. Soloen aquellas paredes que llenen por completo el prtico, pudiese eximirse este requisito. Igualmente, los

planos deben indicar la manera como la pared se ancla a la estructura para evitar su derrumbe durante elmovimiento vibratorio, especialmente en la direccin perpendicular a su plano.

e) Cultura Sismorresistente

Se debe impulsar la generacin de una cultura sismorresistente en el pas, especialmente entre losprofesionales de la ingeniera y los funcionarios gubernamentales, a nivel nacional y local, que creeconciencia en primer lugar de la existencia del problema y luego de las medidas para su solucin.

5. CONCLUSIONES

Las conclusiones principales de esta investigacin relativa al riesgo ssmico en las edificacionesescolares en Venezuela son las siguientes:

1. Se determin un valor de 0,52 g como la media probable (50 percentil) de laaceleracin mxima del terreno que pudo haber ocurrido en Cariaco durante el

terremoto del 9 de Julio de 1.997. Por otro lado, la aceleracin mxima all ocurridatiene una probabilidad del 50% de estar comprendida entre 0,39 y 0,71 g. Estos valoresson indicativos de la ocurrencia de un movimiento de elevada intensidad, caractersticode movimientos muy cercanos a la falla que gener el terremoto.

2. Utilizando anlisis dinmico lineal y esttico no-lineal se identificaron las causas delderrumbe de cuatro edificios escolares en Cariaco. La falla estructural de dos edificiosnominalmente idnticos en la Escuela Valentn Valiente fue el resultado dedeficiencias notorias de carcter conceptual en su capacidad sismorresistente,ciertamente no previstas en las normas de diseo y construccin de la poca (1.947-1.955). Estas deficiencias eran: i) Una muy baja resistencia y rigidez de la estructuraen su direccin longitudinal, ii) la presencia de paredes enmarcadas en los prticos

creando columnas cortas y precipitando modos de falla frgil, y iii) la limitadacapacidad de disipacin de energa de la estructura. El derrumbe de dos edificiossimilares en el Liceo Raimundo Martnez Centeno puede ser atribuido a dos factoresindependientes: Deficiencias conceptuales en su capacidad sismo-resistente y el hechoque fueron construidos en una zona ssmica de mayor intensidad a la indicada en los

planos de construccin. Las deficiencias conceptuales, no resueltas en su totalidad porla Norma de diseo de la poca (1.967), eran: i) Falta de confinamiento adecuado enlos elementos de concreto armado; ii) La presencia de columnas cortas; iii) La

presencia de una planta baja ms dbil y flexible que los entrepisos superiores.


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3. Aproximadamente el 70% de las 28.119 escuelas del pas se encuentran localizadas enlas zonas de elevada a muy alta amenaza ssmica, de acuerdo a la Norma ssmicavigente para el diseo de nuevas edificaciones. Un nmero significativo de estasescuelas fue construido con las normas de 1.947, 1.955 y 1.967, con exigencias dediseo sismorresistente significativamente menores a las incluidas en las normasmodernas. Un nmero de ellas que pudiese llegar al millar, son las denominadas TipoAntiguo y Tipo Cajetn, similares o idnticas a la Escuela Valentn Valiente y al LiceoRaimundo Martnez Centeno, respectivamente, que se derrumbaron en Cariaco.

4. Las escuelas Tipo Antiguo poseen una muy elevada vulnerabilidad an ante sismos demoderada a baja intensidad como qued evidenciado en la poblacin de Arenales

durante los sismos de Curarigua de 1.991. Con base a los registros acelerogrficosobtenidos en poblaciones vecinas se infiri que las aceleraciones mximas ocurridas enArenales probablemente no excedieron el valor de 0,14 g; esa aceleracin moderadacaus la falla por cortante de tres columnas cortas del primer entrepiso poniendo en

peligro la estabilidad global de la edificacin.

5. Mediante tcnicas de anlisis dinmico lineal y esttico no-lineal y bajo el marco de laNorma Ssmica vigente se determin el riesgo a que estn expuestas las edificacionesTipo Antiguo y Tipo Cajetn en las diferentes zonas en que se divide el pas. Lasescuelas tipo Antiguo estn expuestas a riesgos intolerables, an en las zonas deamenaza moderada, por lo que se desprende la urgente necesidad de que seanreforzadas. Solo las escuelas tipo Cajetn localizadas en las zonas ssmicas 4 a 7 deben

ser reforzadas.6. Se ha propuesto un programa nacional para la reduccin del riesgo ssmico en

escuelas, el cual contiene un sub-programa para la evaluacin del riesgo y el refuerzode escuelas existentes y un sub-programa para garantizar la construccin de nuevasescuelas seguras ante terremotos. Ambos sub-programas deben existir dentro de unmarco legal que establezca lneas claras de responsabilidad para cada profesional

participante en el proceso, junto con la potenciacin de la formacin profesional ytcnica al respecto y la divulgacin de cultura sismorresistente en el pas

6. RECONOCIMIENTO

Se agradece el financiamiento proporcionado por el FONACIT del Ministerio de Ciencia y

Tecnologa de Venezuela, Proyecto N 2001003499, y por el Consejo de Desarrollo Cientfico yHumanstico (CDCH) de la Universidad Central de Venezuela, Proyecto N 08-31-4952-2002.Igualmente se agradece la colaboracin de la Fundacin de Edificaciones y Dotaciones Educativas(FEDE) del Ministerio de Educacin y del IMME de la Facultad de Ingeniera de la Universidad Centralde Venezuela.

7. REFERENCIAS

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