2013 08 2005 15 CONIC Ayacucho EM53 MUNOZ QUIUN TINMAN Reparacion y Reforzamiento Sismico Colegios...

7/25/2019 2013 08 2005 15 CONIC Ayacucho EM53 MUNOZ QUIUN TINMAN Reparacion y Reforzamiento Sismico Colegios Hospitales (1)

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REPARACIN Y REFORZAMIENTO SISMICO DE EDIFICIOS EDUCATIVOSY HOSPITALES AFECTADOS POR EL TERREMOTO DE JUNIO 2001 EN EL

SUR DEL PER

Alejandro MUOZ 1, Daniel QUIUN 1 , Marcos TINMAN 2

1. 0 RESUMEN

El terremoto del 23 de junio del 2001 (Mw=8.4) caus daos importantes en la infraestructuraeducativa y de salud del sur peruano. La zona fue declarada en emergencia y las labores dereparacin y de reforzamiento tuvieron que efectuarse con celeridad y escasos recursos econmicos.Para el desarrollo de los proyectos de reforzamiento, casi nunca se cont con los documentos deobra de los edificios intervenidos y fue imposible seguir sugerencias internacionales en cuanto aniveles de proteccin y metodologa de trabajo. Se adoptaron objetivos de desempeo menores alos indicados como bsicos por FEMA y se eligi como estrategia general el incremento de

resistencia y rigidez mediante la incorporacin de muros de concreto o albailera.Hoy la mayora de los edificios estn ya en uso y aunque no fue posible dotarlos de un desempeoptimo, se ha logrado una importante reduccin de su vulnerabilidad. Esta experiencia sugiere lanecesidad de desarrollar procedimientos para reforzar edificaciones en pases en vas de desarrollocon objetivos ms modestos pero viables en trminos tcnicos y econmicos.

2.0 EL SISMO DEL 23 DE JUNIO DEL 2001

A las 3:33 p.m. hora local, el sur del Per fue sacudido por un fuerte terremoto. La Oficina delDepartamento del Interior de los Estados Unidos USGS, asign al evento una magnitud Mw = 8.4.

El Instituto Geofsico del Per (IGP), report la magnitud como Ms= 7.9 [Ref 1]. Segn las cifrasdifundidas, hubo 75 muertos y 220000 damnificados, concentrados en los departamentos deArequipa, Moquegua, Tacna y el sur de Ayacucho. Desde el punto de vista de ingeniera y enfuncin de los daos observados y las intensidades reportadas, el sismo puede calificarse comomoderado. En la estacin de la ciudad de Moquegua del CISMID se obtuvo el nico registro deaceleraciones del evento principal, con una aceleracin horizontal mxima de 0.3g.

3.0 EVOLUCIN DE LAS NORMAS SISMORRESISTENTES

Un modo de falla observado en el terremoto de Nasca, del 12 de noviembre de 1996 (Mw=7.5) enlocales educativos, fue la falla por columna corta en la direccin longitudinal por la presencia de

alfizares de albailera no estructurales para ventanas altas [Fig. 1, Ref 2]. Este sismo moderadomostr claramente que la estructura de las edificaciones educativas tradicionales en la direccinlongitudinal era demasiado flexible.

La Norma Sismorresistente del Per de 1997 [Ref 3] que reemplaz a la norma anterior de 1977,dio nfasis al aumento de los requerimientos de rigidez. Dentro de la serie de cambios, puedenmencionarse: 1) los desplazamientos laterales calculados con la Norma fueron incrementados: 2) eldesplazamiento lateral relativo permitido fue reducido; y 3) los edificios educativos fuerondeclarados edificaciones esenciales, con un factor de importancia de 1.5 (el ms alto de la Norma),

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Profesor Principal Departamento de Ingeniera de la Pontificia Universidad Catlica del Per.Socio de Prisma Ingenieros Asesores Consultores, Lima Per2Profesor Asociado Departamento de Ingeniera de la Pontificia Universidad Catlica del Per.Socio de Prisma Ingenieros Asesores Consultores, Lima Per


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similar al de hospitales, estaciones de bomberos y otros. Por este motivo, las edificacioneseducativas diseadas y construidas despus de 1997, tienen en la direccin longitudinal, columnasde concreto ms robustas y fuertes que aquellas construidas antes de la Norma de 1997, con elobjetivo de cumplir las limitaciones en desplazamientos relativos y para evitar los efectos decolumnas cortas observados en eventos anteriores.

Figura 1. Falla por columna corta en centro educativo, Nazca 1996.

4.0 LOCALES EDUCATIVOS AFECTADOS EN EL SISMO DE JUNIO 2001

La figura 2 muestra el centro educativo Casimiro Cuadros en Arequipa, despus del terremoto dejunio del 2001. Tiene pabellones que fueron construidos en pocas diferentes, empleando normas ycriterios de diseo distintos y con una marcada diferencia en la calidad de construccin. El sistema

sismorresistente de estos edificios consiste de muros de albailera confinada en la direccintransversal y prticos de concreto armado en la direccin longitudinal.

En este centro educativo, el sismo del 2001 debi mover la cimentacin de todos los bloques demanera parecida; sin embargo, cada pabelln tuvo un comportamiento distinto. Los pabellonestradicionales con sistemas de prticos flexibles, tuvieron fallas de columna corta. En uno de estos

pabellones, la mala calidad de la construccin agudiz el problema a tal extremo que se decidi sudemolicin (Figura 3). En cambio, el pabelln rgido, construido con los criterios de la NormaSismorresistente de 1997, no present dao.

Figura 2.Centro Educativo Casimiro Cuadros en Arequipa.

Figura 3.Falla de columna corta en un

pabelln antiguo.


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Lo que se encontr en el Colegio Casimiro Cuadros es un buen ejemplo de lo observado en otroscentros educativos de la zona afectada: pabellones con daos por problemas de columna cortaformados por prticos flexibles de concreto armado en la direccin longitudinal; por otro lado,

pabellones sin daos formados por prticos robustos de concreto armado en la direccinlongitudinal. En la direccin transversal usualmente se tienen muros de albailera sin daos; sin

embargo, s se notaron daos cuando en algunos casos la estructura en esta direccin est formadapor prticos de concreto armado rellenos de albailera (tabique no portante). La fig. 4 ilustra elcaso de una edificacin de un piso con columna corta en ambos ejes longitudinales.|

Figura 4. Falla por columna corta en ambos ejes longitudinales de centro educativo,Arequipa 2001.

En la Universidad Nacional San Agustn de Arequipa, los daos tambin se debieron a la excesivaflexibilidad de los edificios, lo que ocasion la falla de columna corta en muchos pabellones. En el

pabelln de Ingeniera Electrnica se haba tratado de evitar el problema de columna cortaempleando ventanas entre la columna y los tabiques; sin embargo la poca rigidez del edificio y elmarco de la ventana fueron suficientes para que se iniciara la falla (Figura 5).

Figura 5.Dao tpico de columna corta en edificios de la Universidad Nacional San Agustn de

Arequipa.

En toda la regin afectada, los edificios educativos construidos segn los criterios de la NormaPeruana de Diseo Sismorresistente de 1997 no presentaron dao, ni en la estructura, ni en tabiques,

puertas o ventanas. El sistema estructural de estas edificaciones consiste en muros de albaileraportante en la direccin transversal y prticos robustos con columnas de peralte importante en ladireccin longitudinal como se muestra en la figura 6.


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Figura 6. Edificios educativos modernos construidos con la Norma de 1997, sin daos

5.0 HOSPITALES AFECTADOS EN EL SISMO DE JUNIO 2001

Durante el sismo de junio 2001, se produjeron daos muy pequeos en las estructuras de loshospitales de la zona afectada. Sin embargo, dos hospitales importantes tuvieron que ser

evacuados, debidos al dao extendido en elementos no estructurales. El pabelln ms alto (7 pisos,ver figura 7) del Hospital Nacional Carlos Alberto Segun Escobedo de Arequipa no tuvo daoestructural; pero, debido al dao generalizado en los muros divisorios de tabiquera de ladrillo, sedesalojaron todos los pisos salvo el primero (figura 8).

Figura 7. Hospital en Arequipa-Edif. de 7 pisos Figura 8. Tabiques daados en Hospital

En el Hospital Hiplito Unanue en Tacna (Figura 9), adems de los daos en la tabiquera, seprodujeron daos en las redes de agua y desage (Figura 10). Se desalojaron todos los pisossuperiores del edificio ms alto y se improvisaron instalaciones de emergencia.

Figura 9.Hospital Hiplito Unanue de Tacna con dao entabiquera, se desaloj los pisos superiores.

Figura 10.Daos en instalacionessanitarias en el Hospital

Hiplito Unanue de Tacna.


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El hospital Juan No Crevani de la ciudad de Arica comprende un edificio de seis pisos que tuvoimportantes daos en tabiques y servicios a raiz del sismo de junio 2001. Su estructura estconformada por prticos de concreto armado ms las cajas de ascensores y escaleras (que sonmuros de albailera), con excesiva flexibilidad lateral. El edificio fue construido hace ms de 30aos y por su cercana al mar ya tena problemas de corrosin en las armaduras de columnas. Estacircunstancia ya hubiera ameritado la ejecucin de un proyecto de reforzamiento. El sismo ha

venido a agravar el estado de la edificacin, por la fisuracin de una gran cantidad de tabiques,especialmente en las fachadas, y la falta de operatividad de los ascensores producto de ladeformacin ocurrida en los rieles apoyados en muros de albailera (fig. 11).

Figura 11. Daos en el Hospital Juan No Crevani de Arica: muros de fachada fisurados(izq.) y ascensor fuera de servicio (der.)

La estructura de estos hospitales consiste en prticos de concreto armado, ms los muros de lascajas de ascensores y escaleras. Esto significa que hospitales importantes de la zona afectada, quese construyeron hace varias dcadas no cuentan con los criterios de seguridad ni los conocimientosde Ingeniera de hoy en da. Los prticos de concreto armado slo se disearon bsicamente paratomar cargas de gravedad, razn por la cual no tienen la resistencia, ductilidad ni rigidez adecuadasfrente a sismos. Sin embargo, en ambas direcciones de estos edificios, existe una cantidad

importante de tabiques adosados a la estructura de concreto, los cuales redujeron losdesplazamientos laterales, disiparon energa y protegieron el sistema resistente de carga vertical.

6.0 OBJETIVOS, METODOLOGA Y ESTRATEGIA DE REFORZAMIENTO

6.1 ObjetivosCuando se desarrollaron los proyectos de reparacin y de reforzamiento de edificios educativos y desalud en el periodo 2001-2002, la norma peruana de diseo sismorresistente en vigencia desde1997, estableca que toda estructura reforzada deba tener igual desempeo que una edificacinnueva. En cambio la ltima revisin de esta norma, por entonces an no oficializada, aceptaba la

posibilidad de emplear otros criterios en este tipo de intervenciones. A pesar que recin en el 2003

esta nueva versin se oficializ [Ref 4], el documento de alguna manera ampar muchas de lasdecisiones que tuvieron que tomarse durante la planificacin de las obras.


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La zona en que se ubican los edificios afectados es de alta sismicidad, la Tabla 1 muestra laaceleracin esperada en roca para sismos con 75 y 500 aos de periodo de retorno [Ref 5].

Tabla 1. Aceleracin en roca para la zona afectada

SismoTr

( aos)Aceleracin pico

en roca (g)

Frecuente 75 0.2Raro 500 0.4

Los recursos econmicos limitados, la poca informacin disponible, y la celeridad con que sedeban ejecutar los trabajos, obligaron a la eleccin de objetivos de desempeo menores que losconsideramos como bsicos por FEMA [Ref 6] ATC [Ref 7]. Se fij como objetivo central elresguardo de la vida para un sismo de 500 aos de periodo de retorno y slo en algunos casos fue

posible lograr un desempeo funcional ante las demandas de los sismos frecuentes (Tabla 2).

Tabla 2. Objetivos de desempeo

DesempeoSismo Funcional Resguardo de la

vidaFrecuente ?

Raro

6.2 MetodologaDefinidos los objetivos de manera general, la metodologa de trabajo para cada obra en particular seredujo a la lista siguiente:

Recopilacin de la escasa informacin de obra y condiciones locales.

Levantamiento de informacin en el sitio. Estudio de mecnica de suelos, elaboracin deplanos de daos y esquemas estructurales. Identificacin de la configuracin estructural ydefectos de forma.En contadas ocasiones se ensayaron probetas diamantinas de concreto.Definicin del sistema de reforzamiento.Anlisis del sistema reforzado por procedimientos elsticos.Verificacin general del diseo slo para sismo raro mediante el control de la deriva y loscocientes demanda capacidad para acciones internas.Diseo y detallado del sistema de reforzamiento.Presupuesto

6.3 Estrategia general de reforzamientoLas edificaciones intervenidas tenan poca rigidez lateral, poca resistencia y ductilidad limitada. Laestrategia general consisti en incrementar la resistencia general de las edificaciones y en reducir laderiva para controlar las demandas de ductilidad sobre los elementos existentes. Se emplearon engeneral nuevos muros de concreto y de albailera generalmente acoplados, y slo en pocasocasiones se recurri al reforzamiento general de elementos.

7.0 TCNICAS DE REFORZAMIENTO PARA EDIFICACIONES ESCOLARES.

El reforzamiento se orient a reforzar la direccin longitudinal de estas edificaciones, originalmenteconformada por prticos flexibles de concreto armado. En general no fue necesario reforzar la

direccin transversal debido a la buena densidad de muros de albailera confinada existentes.


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Para edificaciones de un piso se opt por incorporar muros de albailera en la direccinlongitudinal, debidamente confinados por las columnas reforzadas de los prticos existentes y porvigas nuevas en el techo. Las figuras 12 y 13 ilustran el sistema de reforzamiento tpico empleado.

Figura 12.Edificio de un piso antes de la intervencin

Figura 13Sistema de Reforzamiento para edificios

de un piso

Los edificios de dos a cuatro pisos se reforzaron incorporando muros de concreto y vigas deacoplamiento. Los muros de concreto generalmente se construyeron incorporando a las columnasexistentes; las vigas de acoplamiento, de peralte importante, se dispusieron sobre las losas de cada

piso. Las figuras 14 y 15 muestran el esquema de reforzamiento para un edificio de dos niveles.

Figura 14.Edificio de dos pisos antes del

reforzamiento.

Figura 15Sistema de Reforzamiento paraedificios de dos a cuatro pisos

En algunos casos, por razones econmicas, los muros de corte se tuvieron que reducir en altura osustituir por muros de albailera en los pisos superiores, con la consiguiente reduccin deldesempeo global. Sin embargo, gracias a decisiones como sta, es que fue posible reforzarmuchos edificios para los cuales la intervencin se habra reducido a simples reparaciones deacabados e instalaciones.

Los costos de reparacin general y reforzamiento en edificios educativos estuvieron entre 75 y 150dlares americanos por metro cuadrado de rea construida.

8.0 REFORZAMIENTO DEL HOSPITAL MS IMPORTANTE DE LA ZONA AFECTADA

El Hospital Nacional Carlos Alberto Segun Escobedo de la ciudad de Arequipa se desarrolla en unterreno de 47000 m y sus 12 edificios de entre 1 y 7 pisos hacen un total de 32 000 m de rea

construida. Slo se cont con los planos incompletos de algunos edificios, los que en muchoscasos fueron slo referenciales, ya que durante el desarrollo del trabajo se encontraron cambios enarquitectura e instalaciones y algunas modificaciones y reparaciones estructurales no documentadas.


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El edificio ms alto del hospital, destinado a hospitalizacin y consultorios, es de 7 pisos con unrea construida de 14 000 m y est separado en dos bloques por una junta (figura 7). La estructuradel edificio fue concebida fundamentalmente para tomar cargas de gravedad y consista de prticosde concreto armado; adems, existen algunos muros de concreto en las cajas de ascensores yescaleras. Las limitaciones arquitectnicas y de equipamiento prcticamente limitaron laintervencin a las fachadas longitudinales y algunos ejes interiores. El sistema de reforzamiento

consisti en formar prticos longitudinales rgidos y dctiles, encamisetando las columnas y vigasde ambas fachadas. En la direccin transversal se incorporaron algunos muros de concreto. Lafigura 16 muestra la planta del bloque izquierdo con los elementos de reforzamiento en otro color.

Figura 16.Esquema general de reforzamiento del edificio de 7 pisos del Hospital en Arequipa.

La tabla 4 muestra los resultados de la evaluacin de la estructura con reforzamiento. Los periodosfundamentales de cada direccin se redujeron a la tercera parte y los desplazamientos laterales a lamitad. La resistencia lateral aument hasta cuatro veces el valor antes del reforzamiento.

Tabla 4. Evaluacin del esquema de reforzamiento por control de deriva

Direccin Longitudinal Direccin Transversal

Sin Reforzar Reforzado Sin Reforzar Reforzado

Periodo (seg) 1.2 0.4 1.5 0.8

Desplazamiento del techo (cm) 18 8 22 14

Deriva mxima de entrepiso (%) 1.0 0.5 1.2 0.7

A pesar del reforzamiento proyectado, la junta entre los bloques del edificio fue insuficiente y se

tuvo que ampliar. En la zona de la junta se construyeron nuevas columnas para poder demoler lasexistentes al ampliar la junta. El monto del reforzamiento proyectado para todos los edificios fuecercano a los tres millones de dlares americanos ( aproximadamente US.$ 95 /m). En la figura 17se puede apreciar el estado del trabajo de reforzamiento del edificio del hospital dos aos despusdel evento y cuatro aos despus, ya en funcionamiento.

Figura 17. Reforzamiento ssmico del edificio del hospital de 7 pisos en 2003 (izq.) y 2005 (der.).


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9.0 DAOS POR SISMOS RECIENTES EN EDIFICIOS EDUCATIVOS Y HOSPITALESEN OTROS PASES DE SUDAMERICA

En los ltimos ocho aos han ocurrido varios sismos en los pases de Sudamrica que hanproducido daos e incluso colapsos de edificios educativos y de salud. Esto implica que hay muchoque trabajar an para dotar de seguridad a estas edificaciones esenciales e importantes, aumentando

su rigidez y resistencia ssmica. Los casos ms conocidos de daos y colapsos son: 1) terremoto deCariaco, Venezuela (Ref 8, fig. 18 izq.) de julio 1997, donde dos centros educativos colapsaron convarios alumnos y profesores muertos; 2) terremoto de Baha de Carquez, Ecuador (Ref 9) deagosto 1998, con daos de columnas cortas en el Hospital Regional; y 3) terremoto de Quindo,Colombia (Ref 10, fig. 18 der.) de enero 1999 con daos en centros educativos, clnicas, y colapsosde estaciones de policas y de bomberos. Estos sismos se suman al de junio 2001 que afect el surde Per y el norte de Chile, para configurar una serie de pases vecinos con sismos moderados perocon daos inaceptables en edificaciones de salud y edificaciones educativas.

Figura 18. Edificios educativos con dao severo en Cariaco, Venezuela 1997 (izq.) y enArmenia, Colombia 1999 (der.).

10.0 CONCLUSIONES

Las edificaciones educativas que sufrieron dao en el terremoto de junio del 2001 fueronedificaciones de prticos flexibles de concreto armado, casi todas por columnas cortas.

Las edificaciones hospitalarias construidas hace 30 o ms aos, con estructura conformadapor prticos de concreto armado, son demasiado flexibles y vulnerables ante sismos. Si bienprcticamente no tuvieron daos estructurales, muchas de ellas sufrieron agrietamiento de latabiquera y daos en las instalaciones, quedando reas importantes fuera de servicio.

Al proyectar el reforzamiento de los edificios afectados se debi proceder con gran celeridady escasos recursos. Casi nunca se cont con planos de obra, ni estudios de sitio.

No fue posible seguir las sugerencias de organismos como FEMA o ATC en cuanto aprocedimientos y objetivos generales debido a la poca informacin de partida, al cortotiempo disponible para proyectar los trabajos y fundamentalmente a fuertescondicionamientos econmicos.

Los trabajos se orientaron fundamentalmente a garantizar un desempeo de resguardo de lavida para un evento con 475 aos de periodo de retorno. Slo en algunos casos fue posiblegarantizar el nivel funcional para sismos de 75 aos de periodo de retorno.

La estrategia general de reforzamiento consisti en incrementar la resistencia global de losedificios y la rigidez lateral, reduciendo la deriva.

En la mayora de las edificaciones reforzadas se incorporaron muros de albailera o deconcreto acoplados por vigas de peralte importante. En el edificio principal del Hospital

ms importante de la zona afectada no fue posible incorporar muros de concreto en ambasdirecciones, por lo que se emplearon muros en la direccin transversal y prticos dctiles enla direccin longitudinal.


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Las sugerencias de FEMA, ATC o SEAOC para el reforzamiento de edificacionesconstituyen un marco referencial de poca aplicabilidad en pases con dificultadeseconmicas. Es necesario desarrollar una metodologa para la reparacin de edificacionescon objetivos de proteccin acordes a las posibilidades econmicas y a las condiciones detrabajo de pases en vas de desarrollo.

11.0 REFERENCIAS

1. Instituto Geofsico del Per (IGP). El Terremoto de la Regin Sur del Per del 23 de juniodel 2001, Lima, Per, 2002.

2. Quiun, San Bartolom, Torrealva, Zegarra. El Terremoto de Nasca del 12 de noviembre de1996, Pontificia Universidad Catlica del Per, Departamento de Ingeniera, SeccinIngeniera Civil, Lima, Per, 1997.

3. SENCICO. Reglamento Nacional de Construcciones, Norma Tcnica de Edificacin E.030 Diseo Sismorresistente, Lima, Per, 1997.

4. SENCICO. Reglamento Nacional de Construcciones, Norma Tcnica de Edificacin E.030

Diseo Sismorresistente, Lima, Per, 2003.5. Muoz A. Fuerzas de Diseo y Control de Desplazamientos en la Norma Peruana de

Diseo Sismorresistente, Pontificia Universidad Catlica del Per, Lima, Per, 1997.6. Building Seismic Safety Council. FEMA 356 - Prestandard and Commentary for the

Seismic Rehabilitation of Buildings. Washington D.C.: Federal Emergency ManagementAgency, 2000.

7. Apply Technology Council (ATC). Seismic Evaluation and Retrofit of ConcreteBuildings. ATC-40. Redwood City, California: Apply Technology Council, 1996.

8. EERI M6.9 Cariaco, Venezuela Earthquake July 9, 1997 EERI Special EarthquakeReport, http://www.eeri.org/lfe/pdf/venezuela_cariaco_eeri_preliminary_report.pdf, 1997.

9. EERI M7.0 Bahia de Caraquez, Ecuador Earthquake August 4, 1998 EERI SpecialEarthquakeReport, http://www.eeri.org/lfe/pdf/ecuador_caraquez_eeri_preliminary_report.pdf,1998.

10. EERI M6.2 Quindio, Colombia Earthquake January 25, 1999 EERI Special EarthquakeReport, http://www.eeri.org/lfe/pdf/colombia_el_quindio_eeri_preliminary_report.pdf,1999.
http://www.eeri.org/lfe/pdf/venezuela_cariaco_eeri_preliminary_report.pdfhttp://www.eeri.org/lfe/pdf/ecuador_caraquez_eeri_preliminary_report.pdfhttp://www.eeri.org/lfe/pdf/colombia_el_quindio_eeri_preliminary_report.pdfhttp://www.eeri.org/lfe/pdf/colombia_el_quindio_eeri_preliminary_report.pdfhttp://www.eeri.org/lfe/pdf/ecuador_caraquez_eeri_preliminary_report.pdfhttp://www.eeri.org/lfe/pdf/venezuela_cariaco_eeri_preliminary_report.pdf

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