Daños en adobe por sismo

8/3/2019 Daos en adobe por sismo

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Pontifica Universidad Catlica del PerDepartamento de IngenieraSeccin Ingeniera Civil

SERIE CUADERNOS DE ADOBE

TITULO 1: CARACTERIZACIN DE DAOS EN

CONSTRUCCIONES DE ADOBE.

DANIEL TORREALVA DVILA JUNIO 2003


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AGRADECIMIENTO.

El presente trabajo ha sido desarrollado como parte de las actividades del

Semestre de Estudio e Investigacin otorgado por el Consejo Universitario

para el perodo de Agosto a Diciembre del ao 2002 a quienes expreso mi

agradecimiento.

Este trabajo forma parte de una serie de artculos sobre construcciones de

tierra que se realizaron en gran parte durante ese semestre, entre ellas se

encuentran las siguientes: Recopilacin de Investigaciones sobre la

Resistencia Ssmica de Construcciones de Adobe, Caractersticas

Estructurales de las Construcciones de Tierra Prehispnicas en Amrica, y

Recopilacin de Proyectos de Implementacin y Difusin de Tecnologa

Mejorada de Construccin con Tierra.


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BORRADOR

CARACTERIZACIN DE DAOS EN CONSTRUCCIONES DEADOBE.

1. INTRODUCCIN.

Es ampliamente aceptado el hecho que las construcciones de adobe son

altamente vulnerables frente a fenmenos naturales como los sismos e

inundaciones. Su casi nula resistencia a la traccin y la alta inestabilidad de

sus propiedades mecnicas cuando son afectadas por la humedad han

producido efectos desastrosos en incontables construcciones de este tipo alo largo de la historia. Pese a ello, es todava el material de construccin

mas utilizado por habitantes de las zonas rurales en el Per y otros pases

del tercer mundo.

La investigacin sobre vivienda rural de adobe ha estado orientada por lo

general a encontrar un procedimiento factible de refuerzo ssmico y a

estabilizar el material frente a los efectos de la humedad. Desde el punto

de vista del refuerzo ssmico, es imprescindible conocer y comprender

como afectan los sismos a estas construcciones y una forma de obtener este

conocimiento es analizando los diversos tipos de falla que han ocurrido en

construcciones de adobe en el pasado.

En este trabajo se describen diversos tipos de fallas ocurridas en

construcciones de adobe cuya tipologa arquitectnica corresponde a la

utilizada en el continente americano, es decir construcciones de uno y dos

pisos por lo general, con muros ortogonales entre s y entrepisos de madera

y techos que pueden ser livianos o pesados, planos o inclinados. Se

incluyen construcciones rurales y urbanas y dentro de estas ltimas,

construcciones coloniales y contemporneas.

Adicionalmente, y con la finalidad de ampliar el entendimiento sobre el

comportamiento ssmico, se muestran algunas fallas que han podido ser

reproducidas en laboratorio mediante el uso de simuladores ssmicos.

Asimismo, se muestran fallas producidas por efectos de la humedad, fallas

del terreno, influencia de los techos y otros, que pueden presentarse en

forma simultnea con las fallas ssmicas y cuya combinacin las hace an

mas vulnerables.


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2. DAOS PRODUCIDOS POR TERREMOTOS

La actual documentacin sobre los daos producidos por terremotosintensos es esencial para entender como se han comportado histricamente

las edificaciones de adobe durante terremotos. Mientras es cierto quealgunas partes o la edificacin en su totalidad pueden colapsar durante

terremotos fuertes, esto no significa que las edificaciones de adobe seaninestables, simplemente porque los muros estn agrietados.

Es necesario hacer previamente una distincin entre muros gruesos y muros

delgados, es decir tomar en cuenta la esbeltez de los muros, ya que el

comportamiento y la posibilidad de supervivencia ante sismos vara

sustancialmente segn sea la esbeltez de los muros. La Norma Peruana de

Diseo en Adobe NTE.080 del ao 2000, recogiendo este diferentecomportamiento, hace una clasificacin del tipo de refuerzo mnimo segn

la esbeltez de los muros, por otro lado, Tolles et al (2) en un exhaustivo

trabajo sobre las construcciones histricas de adobe en California dice El

comportamiento de una edificacin de adobe, es sustancialmente afectado

por el espesor de sus paredes. Los muros delgados, intermedios y gruesos

son definidos en trminos de su relacin altura/espesor (SL) de la siguiente

manera muros gruesos SL


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2.1 Daos causados por fuerzas perpendiculares al plano del muro.

Como se ha mencionado, las grietas que se originan por fuerzas fuera del

plano del muro son por lo general las primeras que se presentan y ocurren apueden ocurrir a niveles bajos de intensidad ssmica, sin que esto signifique

necesariamente la prdida de estabilidad. Los principales factores que

afectan la estabilidad de los muros de adobe que son sometidos a fuerzas

fuera de su plano son:

El grosor del muro y su esbeltez.

La conexin entre el muro y el techo o el sistema de piso.

Si el muro es portante o no.

La longitud libre del muro o distancia entre la interseccin de los

muros transversales.

La condicin de la base del muro.

A continuacin se describen los casos ms comunes de este tipo de accin.

2.1.1 El Colapso de tmpanos

En zonas lluviosas es comn en las viviendas de adobe el techo a dos aguas

hecho que por lo general conlleva la construccin de un tmpano como una

continuacin de los muros extremos. La mayor altura de estos muros loshace especialmente vulnerables al colapso fuera del plano an cuando

puedan estar ligeramente arriostrados por el techo de la vivienda que por logeneral se apoya sobre ellos. Dos tipos de falla fuera del plano se presentan

en estos casos: el primero cuando se genera una grieta horizontal en el nivel

inferior del tmpano produciendo el colapso del mismo y el segundocuando la mayor masa del muro produce el agrietamiento en la parte

superior de las esquinas de conexin con los muros transversales, llegando

a producir el colapso total del muro fuera del plano.


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Figura 1

Foto 1. Inicio de la grieta en la parte superior del tmpano, Cuzco 1985.

Foto: D. Torrealva


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Foto 2. Grieta vertical en parte superior del tmpano, Cuzco 1985. Foto: D.

Torrealva

Foto 3. Grieta vertical que se inicia por efecto del tmpano, Castilla,Arequipa 2001. Foto: D. Quiun.


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Figura 2.

Foto 4. Colapso total de la pared del tmpano.


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2.1.2 Grietas verticales en las esquinas y volteo del muro fuera delplano.

En la casi totalidad de viviendas de adobe en Amrica no se puede

catalogar sus techos como diafragmas rgidos, por lo tanto las aceleracioneshorizontales generan una vibracin independiente de cada muro respecto a

los restantes. Por otro lado la masa de los techos es por lo general mucho

menor que la masa de los muros, llegando a tener estos el 80% de la masa

total de la edificacin.

Cuando ocurre un movimiento ssmico en viviendas de techo liviano, la

vibracin fuera del plano de muros ortogonales entre s genera entonces

una concentracin de esfuerzos de traccin en la parte superior de las

esquinas, generando una grieta vertical que se propaga hacia abajo. Esta

grieta vertical hace que el muro quede suelto vibrando libremente en

sentido perpendicular a su plano, lo que a la postre causa su colapso fuera

del plano.

En ensayos de mdulos de vivienda a escala natural, realizados en la

Pontificia Universidad Catlica del Per en mesa rebatible y en simulador

ssmico se ha verificado que es el primer tipo de falla que se presenta.

Asimismo, estudios realizados por Krawinkler y Tolles (3) en modelos a

escala sometidos a ensayos dinmicos, demuestran que los muros que no

son portantes son ms vulnerables a este tipo de falla que los muros sobrelos cuales se apoyan las vigas del techo, las cuales sirven de arriostre lateral

mientras no se exceda la fuerza de friccin.

Figura 3 Figura 4


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Foto 5. Grieta vertical en esquina superior de muro, Castilla, Arequipa,

2001. Foto: D. Quiun

Foto 6. Grieta vertical en esquina superior de muro, Castilla, Arequipa,

2001. Foto: D. Quiun.


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Foto 7 . Grieta vertical en esquina en casi toda la longitud del muro,

Castilla, Arequipa, 2001. Foto: D. Quiun

Foto 8. Grietas verticales en esquina, reproducidas en ensayo dinmico en

mesa vibradora. Mdulo sin techo. Foto: LEDI


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Foto 9. Grietas verticales en esquina, reproducidas en ensayo dinmico en

mesa vibradora. Mdulo con techo. Foto: LEDI

Foto 10. Volteo lateral de muros en zona rural.


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Foto 11. Colapso lateral de muro. Las viguetas del techo se apoyan en los


(5a) (5b)

Figura 5a y 5b.


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Foto 12. Colapso lateral de muro. Las viguetas del techo se apoyan en los


Foto 13. Colapso lateral del muro.


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Foto 14. Colapso lateral de muro que produce la cada del techo.

Foto 15. Colapso lateral de muro, el techo tiene una solera horizontal que

impide su cada. En el lado derecho se aprecia un colapso de esquina.

Cayambe, Ecuador 1986. Foto: D. Torrealva.


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Foto 16. Colapso lateral del muro de una iglesia. La solera de madera

impide la cada del techo. Santa Tecla, El Salvador 2001. Foto D. Torrealva

Foto 17. Colapso lateral del muro de una iglesia que produce la cada deltecho.


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2.1.3 Grieta por flexin fuera del plano.

Este tipo de grieta es tpica de los muros libres y se produce por lo general

cerca de la base debido a la flexin fuera del plano, una vez producida lagrieta el muro se balancea como slido rgido en un movimiento tipo

rocking en el cual la posibilidad de colapso depende de la espus del

muro. Estudios hechos por Bariola (4) en muros a escala natural sobre una

mesa vibradora muestran que los muros gruesos pueden mantener su

estabilidad an espus de agrietarse completamente.

Foto 18. Volteo lateral de cerco. Caravel, Arequipa, 2001. Foto D. Quispe


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Foto 19. Volteo de cerco por longitud excesiva sin arriostre transversal.

Palpa, Ica, 1997. Foto: D. Torrealva

Foto 19. Volteo de cerco de ladrillo asentado con barro. Moquegua, 2001.

Foto: E. Fierro


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2.1.4 Grieta horizontal por flexin fuera del plano a media altura delmuro.

Este tipo de dao se puede producir por efecto de volteo lateral, tal como semuestra en la foto 20, en que algunos machones cortos de adobe han

impedido el volteo desde la base o por una combinacin de volteo lateral y

cortante en el plano del muro como lo indica la foto zz en que la fisura se

vuelve diagonal en el extremo. Vargas et al han reproducido este segundo

tipo de falla en ensayos estticos en muros delgados sometidos a fuerza

cortante en el plano, ver foto 22.

Foto 20. Colapso lateral del muro a partir del alfizar de la ventana.


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Figura 6

Foto 21. Colapso lateral a media altura en una combinacin con efecto de

fuerza cortante en el plano del muro.


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Foto 22. Reproduccin de la falla de la foto anterior en ensayo esttico.

Foto: DI-PUCP.

2.2 Daos causados por fuerzas cortantes en el plano del muro.

Las grietas que se originan por fuerzas cortantes en el plano del muroocurren cuando por alguna razn se ha controlado la falla por volteo y a

niveles mayores de intensidad ssmica. Esta falla est directamente

relacionada con la resistencia de la mampostera a la fuerza cortante. Los

principales factores que influyen en los muros de adobe que son sometidos

a fuerzas fuera de su plano son:

El espesor del muro.

La calidad de la mano de obra en la construccin del muro.

La calidad del mortero.

El peso del techo, que es directamente proporcional a la fuerza de

inercia.

El estado de conservacin del muro.

A continuacin se describen los casos ms comunes de este tipo de accin.

2.2.1 Grietas diagonales por fuerza cortante en el plano del muro.

Cuando la falla fuera del plano est controlada ya sea porque los muros sonsuficientemente gruesos o porque el techo es a cuatro aguas produciendo un


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amarre al nivel superior de los muros, se produce, a un nivel mayor de

intensidad ssmica las tpicas grietas en forma de X debido a la fuerza

cortante en el plano del muro. Estas grietas hacen que el muro quede luego

dividido en grandes bloques los cuales pueden disipar energa por friccin

en las grietas producto de la combinacin de carga vertical y fuerzahorizontal.

El colapso en este caso es por lo general parcial cuando uno o ms de los

bloques independientes se torna inestable por accin de las fuerzas fuera

del plano actuando conjuntamente con la fuerza cortante coplanar.

Se concluye entonces que este tipo de grieta se presenta en caso de muros

gruesos o en caso de muros delgados siempre y cuando el techo funcione

como un diafragma rgido produciendo un movimiento uniforme en la parte

superior de los muros.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Figura 7


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Foto 23. Grietas de corte en el plano del muro. El techo pesado a cuatro

aguas ha impedido el volteo lateral de los muros. Popayn, Colombia 1983.

Foto: D. Torrealva

Foto 24. Grieta inclinada por fierza en el plano del muro interior de un

convento. Cuzco 1985. Foto D. Torrealva


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Foto 25. Grietas verticales e inclinadas en el plano del muro. El techo

pesado a cuatro aguas ha impedido el volteo lateral de los muros. Popayn,

Colombia 1983. Foto D. Torrealva.

Foto 26. Agrietamiento del muro por accin de fuerzas cortantes en suplano. Santa Tecla, El Salvador, 2001. Foto D. Torrealva


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Foto 27. Agrietamiento generalizado del muro con desprendimiento del

estuco por accin de fuerzas cortantes en su plano. Santa Tecla, El

Salvador, 2001. Foto M. Hardy.

2.2.2 Grietas cerca de los vanos

Estas grietas son tambin causadas por la accin de fuerzas cortantes en el

plano del muro y se presentan usualmente en las esquinas superiores o

inferiores de las aberturas de puertas y ventanas extendindose en forma

diagonal hacia la parte superior o inferior del muro respectivamente. Son

debidas a la concentracin de esfuerzos en las esquinas de las aberturas y a

la incompatibilidad de las propiedades mecnicas del adobe y el material delos dinteles.


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Foto 28. Grieta diagonal en esquina superior del vano. Casa republicana en

Chorrillos, Lima. Foto D. Torrealva.

Foto 29. Grietas diagonales en vano de puerta. Casa republicana enChorrillos, Lima. Foto D. Torrealva.


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Foto 30. Colapso lateral del muro causado por las grietas en los vanos.Ica, 1997. Foto D. Torrealva.

Foto 31. Grietas diagonales en esquina del vano, reproducidas en ensayo

dinmico en mesa vibradora. Mdulo con techo. Foto: LEDI


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2.2.3 Grietas en las esquinas y desplome parcial.

Esta grieta comienza en la parte superior del muro y se propaga en forma

inclinada aislando un tringulo superior del muro, el cual colapsa por una

combinacin de fuerza cortante en ambos muros ortogonales y el efecto dela carga vertical. En la foto zz se muestra un caso de falla similar

reproducido en laboratorio con fuerza ssmica en una sola direccin.

Figura 8

Foto 32. Colapso de la esquina por grieta diagonal en dos direcciones.

Castilla, Arequipa, 2001. Foto: D. Quiun.


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Foto 33. Colapso de muro en esquina combinado con colapso lateral en el

segundo piso. Cuzco 2002. Foto D. Torrealva.

Foto 34. Dao en esquina reproducido en ensayo dinmico de un mdulo

sin refuerzo. Foto: COPASA-GTZ-PUCP


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3. CARACTERIZACIN DE LOS DAOS PRODUCIDOS POROTRAS CAUSAS.

Los daos descritos hasta ahora corresponden a la accin de fuerza ssmica

horizontal, pero hay tambin otras causas de daos como el dao producido

por la vibracin ssmica vertical, la influencia del techo, la humedad y

asentamiento del suelo.

3.1 Daos por influencia del techo.

Los techos, especialmente los techos pesados a dos aguas pueden causar

empujes horizontales no previstos en la parte superior de los muros cuando

los tijerales no estn construidos adecuadamente. Si a esto se suma que encasos de sismos intraplacas, con foco superficial, la aceleracin vertical

puede llegar a tener valores importantes, el resultado es el colapso de los

muros por el incremento de dicho empuje horizontal con el consecuente

colapso del techo dentro de la vivienda.

Foto 35. Colapso del techo de una casa colonial por falla de las columnas

de madera del pasadizo. Izalco, El Salvador 2001. Foto M. Hardy.


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(a) (b)

Figura 9

Foto 36. Techo pesado apoyado sobre un muro de adobe y columnas demadera, en precario estado de equilibrio. Izalco, El Salvador, 2001. Foto

M. Hardy.


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3.2 Daos por humedad.

El agua y la humedad son enemigos naturales de la construccin con tierra,

la resistencia a la compresin y al corte de la mampostera de adobe

disminuyen drsticamente con el contenido de humedad.

La humedad en las paredes tiene las siguientes causas:

- Proteccin inadecuada de los muros contra las lluvias.

- Presencia de humedad en el suelo y una inadecuada cimentacin o

ausencia total de ella.

- Instalaciones de agua defectuosas empotradas en los muros de adobe.

Esto es especialmente comn en casas tugurizadas de los centros

histricos de ciudades como Lima.

La presencia de humedad es particularmente peligrosa cuando ocurre en la

base de los muros, debido a la carga vertical que soportan, los muros

hmedos comienzan a hincharse transversalmente llegando a producir el

colapso por el peso propio.

Es obvio por tanto, que si un muro en estas condiciones se ve afectado

adems por fuerzas ssmicas, su posibilidad de supervivencia ser mnima.

Foto 37. Humedad en parte baja de muro con disminucin de seccin

transversal. Izalco, El Salvador, 2001. Foto: M. Hardy.


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Foto 38. Detalle del dao de la foto anterior con disminucin de seccin

transversal por erosin. Izalco, El Salvador, 2001. Foto: M. Hardy.

3.3 Daos por erosin.

Usualmente las casa de tierra poseen un enlucido cuya finalidad es proteger

los muros de acciones erosivas externas tales como el viento, la accin del

hombre o animales. Cuando no existe este enlucido o se pierde por falta de

mantenimiento, el efecto de la erosin es disminuir la seccin neta del

muro reduciendo su resistencia al corte y a cargas verticales con los

consiguientes efectos adversos en caso de sismos.


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Foto 39. Erosin en pared que ha perdido el recubrimiento. Chorrillos,

Lima. Foto D. Torrealva.

Foto 40. Erosin y humedad en parte baja de un pilar en la Iglesia Matriz

de San Pedro de Lloc. Se ha erosionado el ladrillo del sobrecimiento y el

adobe. La Libertad. Foto D. Torrealva.


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3.4 Daos por combinacin del adobe con materiales rgidos ymodificaciones a la estructura original.

A menudo se encuentra el adobe combinado con otros materiales como

concreto armado, porciones de albailera de ladrillo o enlucidos de

cemento, todos ellos materiales mucho ms rgidos que el adobe. Es por lo

general el resultado de intervenciones estructurales por daos de sismos

anteriores o modificaciones arquitectnicas a la distribucin original de la

construccin de adobe. Sismos posteriores, demuestran que la interaccin

dinmica entre ellos producen fisuras en la zona de contacto entre los dos

materiales, especialmente cuando se trata de muros relativamente anchos.

Foto 41. Desprendimiento del enlucido de mortero de cemento que

descubre una modificacin arquitectnica y mezcla de muro de ladrillo de

arcilla y de adobe. Popayn, Colombia, 1983. Foto D. Torrealva.


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Foto 42. Desprendimiento del mortero de cemento y mezcla de ladrillo con

adobe. Popayn, Colombia, 1983. Foto D. Torrealva.

Foto 43. Detalle del espesor del mortero de cemento. Popayn, Colombia,

1983. Foto: D. Torrealva.


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Foto 44. Esquina de ladrillo y pared de adobe. Popayn, Colombia, 1983.

Foto: D. Torrealva.

Foto 45. Vano original cerrado con adobe y esquina de ladrillo. Enlucido

de barro con paja. Popayn, Colombia, 1983. Foto: D. Torrealva.


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Foto 46. En la misma vivienda de la foto anterior, fisuras en pared de adobe

con enlucido de barro con paja. Popayn, Colombia, 1983. Foto: D.

Torrealva.

Foto 47. Daos mnimos en casa colonial enlucida con mortero de cemento

aplicado sobre una malla de repelo. Popayn, Colombia, 1983. Foto: D.Torrealva.


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Foto 48. Detalle de la malla de repello en la vivienda de la foto anterior.

Popayn, Colombia, 1983. Foto: D. Torrealva.

Foto 49. Columnas de concreto insertadas en muro de adobe. Intervencin

despus del sismo. Popayn, Colombia, 1983. Foto: D. Torrealva.


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Foto 50. Detalle de la columna de concreto en la vivienda de la foto

anterior. Popayn, Colombia, 1983. Foto: D. Torrealva.

3.5 Daos por asentamiento o deslizamientos de terreno.

Ocurre por lo general en la vivienda rural andina, en viviendas que se

asientan en las laderas de cerros o en terrenos de inclinada pendiente, esnecesario realizar un trabajo de corte y relleno para poder ubicar la

explanada de la vivienda. Es en este proceso, en el cual la parte del relleno

se hace en forma manual y sin criterio tcnico, que muchas veces este cede

ante el peso de la vivienda produciendo grietas que pueden convertirla en

inhabitable.

Tambin es obvio que si a esta situacin de inestabilidad se le suma un

efecto ssmico, las probabilidades de colapso total de la vivienda son muy

altas ya que lo primero que fallar ser el terreno de cimentacin. Un claroejemplo de esto es el colapso generalizado de viviendas de adobe en el

barrio de San Francisco en la ciudad de Moquegua, Arequipa en el sismo

del 23 de Junio del 2001.


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Foto 51. Daos por deslizamiento provocado por un sismo. Moquegua,

2001. Foto: CIP

Foto 52. Daos por deslizamiento provocado por un sismo. Moquegua,

2001. Foto: CIP


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4. DAOS POR COMBINACIN DE EFECTOS.

Debido a que los movimientos ssmicos producen aceleraciones endirecciones perpendicular y paralela a los muros adicionalmente a la

aceleracin vertical, es comn que se presenten daos debidos a ms de una

causa, lo que implica una mayor complejidad en la identificacin ycaracterizacin de ellos. La complejidad se vuelve an mayor cuando

adicionalmente a lo mencionado estn presentes causas no ssmicas como

el deterioro por humedad o erosin y fallas del suelo.

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