Contenido1. Objerivos........................................................................................................................................................................2

Objetivo general.................................................................................................................................................................2

Objetivos específicos..........................................................................................................................................................2

2. Introducción....................................................................................................................................................................3

3. Marco Teórico................................................................................................................................................................4

1. Kobe-Japón Sismo del 17 de enero de 1995.............................................................................................................4

1. El sismo de Enero de 1995...................................................................................................................................5

2. Tipos de fallas estructurales.................................................................................................................................7

2. Terremoto Chile......................................................................................................................................................11

1. Características Geológicas..................................................................................................................................11

2. LA NORMATIVA SÍSMICA CHILENA..............................................................................................................13

3. FORMAS DE FALLA EN LOS MUROS DE CONCRETO ARMADO..........................................................14

1. Objerivos

Objetivo general

Encontrar las causas principales por las que los edificios fallaron en los terremotos de kobe y los de chile.

Objetivos específicos

Explicar el comportamiento del suelo en el terremoto de kobe. Explicar el comportamiento del suelo en el terremoto de chile.

2. Introducción.

Es un fenómeno de sacudida brusca y pasajera de la corteza terrestre producido por la liberación de energía acumulada en forma de ondas sísmicas. Los más comunes se producen por la ruptura de fallas geológicas. También pueden ocurrir por otras causas como, por ejemplo, fricción en el borde de placas tectónicas, procesos volcánicos o incluso ser producidos por el hombre al realizar pruebas de detonaciones nucleares subterráneas.

El punto de origen de un terremoto se denomina hipocentro. El epicentro es el punto de la superficie terrestre directamente sobre el hipocentro. Dependiendo de su intensidad y origen, un terremoto puede causar desplazamientos de la corteza terrestre, corrimientos de tierras, tsunamis o actividad volcánica. Para la medición de la energía liberada por un terremoto se emplean diversas escalas entre las que la escala de Richter es la más conocida y utilizada en los medios de comunicación.

3. Marco Teórico

1. Kobe-Japón Sismo del 17 de enero de 1995

El sismo de la ciudad de Kobe en Osaka – Japón fue por su característica en cuanto a magnitud, estimada en 7.2, muy cercano al de Loma Prieta en San Francisco – E.E.U.U., pero a diferencia de este el de Kobe fue el más destructivo, cada kilómetro dentro de la zona de efecto del sismo tuvo comportamiento diferente, además de que el epicentro estuvo ubicado cerca de zonas de alta densidad de población, si bien la televisión exageró los daños causados no se debe ser indiferente a las casi 5000 víctimas del sismo y los problemas clásicos causados por un sismo de esta magnitud como la falta de energía eléctrica, agua potable y el colapso del alcantarillado.

Fig. 1Ubicaciónde la zonade desastre.

Japón es uno de los países con estructuras mejor preparadas frente a sismos y aunque la televisión tendió amostrar solo las estructuras dañadas, se debe tomar en cuenta que estas se produjeron en estructuras diseñadas y construidas bajo un reglamento antiguo al nuevo a un reciente estricto reglamento, que dio buenos resultados en otras estructuras, a parte de los problemas de suelos que se presentaron.

Fig. 2Zonificaciónde los daños causados por el sismo

1. El sismo de Enero de 1995

El 17 de enero de 1995, a las 5:46 a.m., hora local, se produce un sismo de 7.2 en al escala de Richter, el epicentro se localizó en las coordenadas 34.6 N y 135.0 E, en la isla Awajishima, a 32 kilómetros al sur de Kobe, que para esa fecha contaba con 1.5 millones de habitantes, siendo la sexta ciudad más grande del Japón.

Fig. 3Se muestra la fallade Nojima, donde se produjo la falla que dio origen al sismo

El sismo producido al norte de la isla Awajishima fue de un largo período, producido por un gran desplazamiento a través de una falla de 9 Km de largo, a consecuencia de una falla existente, llamada la falla de Nojima que corre a lo largo de la costa oeste de la isla de Awajishima. El máximo desplazamiento lateral fue de 1.7 m y el

desplazamiento vertical de 1.3 m. El momento total sísmico se estimó en 2.4 x 1026

dinas –cm.

Fig. 4El movimiento del terreno en la zona de lafalla fue de levantamiento y desplazamiento

El problema de la ciudad de Kobe es que el suelo esta formado por diferentes tipos de suelos sueltos, rocosos y blandos, problema que se presentó también en el de la ciudad de México y de San Francisco. El movimiento del terreno fue de período largo de aproximadamente 16 cm en la dirección horizontal y de 10 cm en la dirección vertical, las más grandes jamás registradas en Japón.

Fig. 5Sismograma

Respecto a las aceleraciones y velocidades máximas se estimó en 832 gals y de más de 40 cm/seg. , Lo cuál varía de acuerdo a la distancia al epicentro, esto significa aceleraciones cercanas al de la gravedad terrestre, lo que indica que muchos objetos e inclusive persona no podían mantenerse en pie, ya que para aceleraciones de 1000 gals, los objetos serían despedidos por los aires, inclusive aceleraciones del 50% de la gravedad arrojarían al suelo objetos de pie; así mismo se muestran (fig. 6) unos sismogramas registrados en una estación ubicada en zonarocosa (izquierda) y otra ubicada en suelos saturados cerca de la costa (derecha).

Fig. 6 Sismogramas referentes al párrafo anterior

Se presentaron amplificaciones del sitio que sumadas con desplazamientos de corta duración provocaron serios daños.

2. Tipos de fallas estructurales

La razón de la falla de algunos edificios se debió a la intensidad del sismo que se alcanzó en algunas zonas de la ciudad, tal como el sismo de México, donde los movimientos del terreno fueron amplificados. El movimiento del suelo se caracterizó por la repetición de un número de ciclos de gran amplitud y frecuencias de 1 a 2 segundos.

Las construcciones de alto período de vibración, respondieron con vibraciones elevadas que introdujeron fuerzas de inercia de gran magnitud y que en muchos casos provocaron daños que redujeron la rigidez de la estructura, aumentando su período de vibración natural, por lo que las solicitaciones aumentaron, que en ocasiones llevaron a la falla e inclusive al colapso.

Muchas casa de madera sufrieron daños estructurales, inclusive en la mayoría de ellos sufrieron colapso, esto debido a que en aquella zona las casas poseen techos demasiado pesados, aunque las casas de madera resistan mejor un sismo, este es un gran inconveniente, algunas casas de albañilería o de concreto resistieron mejor los movimientos del terreno, ya que su gran peso fue la causa de su poco daño.

Fig. 7Se muestra una casa de madera colapsada y en la parte posterioruna casa de concreto y albañileríasin daño alguno

Los techos de cerámicos en japón sobre casas de madera provocan que la fuerza cortante sea mayor y por ende, el momento en la base aumenta, con la consiguiente falla del marco al no tener un puntal o riostra o el volteo de la estructura.

Fig. 8Casa de madera colapsada debido algran peso del techo por causa de cerámicos

Edificios de varios pisos de 20 años de antigüedad colapsaron en el 5to. piso debido a que el antiguo código permitía que la estructura fuera más débil a partir del 5to. piso.

Fig. 9Edificio que falla en el quinto piso porser los pisos superiores diseñados con poca capacidad

En Kobe muchas autopistas aéreas e inclusive ferrocarriles sufrieron daños debido a que la ciudad fue construida hace 20 a 30 años, en esas épocas las estructuras fueron diseñadas sin tomar en cuenta los actuales y modernos métodos de diseño y configuración sísmica.

Las autopistas de un solo pilar sufrieron mayores daños debido al efecto del péndulo invertido.

Fig. 10Colapso de una autopista elevada por causadel poco refuerzo transversal de la columna y el efecto del sistema tipo péndulo. Así también se tuvo problemas de desplazamientos en las juntas con la caída de los tableros.

Las columnas de los puentes o autopistas elevadas fueron construidas y diseñadas tomando en cuenta el gran peso de la superestructura, sin considerar el efecto de la fuerza cortante debido al aumento de la carga durante el sismo, el acero longitudinal era eficiente hasta cierto punto, pero el concreto al no tener confinamiento, debido al pobre refuerzo transversal, estribos o zunchos,estalló.

Fig. 11 obsérvese la toma de la izquierda, se tiene una falla por tracción diagonal, debido al poco refuerzo transversal, esto sumado al efecto de columna corta.

Fig. 12 columna con gran refuerzo longitudinal, bueno para las cargas verticales u horizontales pero Poco refuerzo transversal, la falla es por compresión.

Otro problema grave es el de la licuefacción, este consiste en que ante un movimiento sísmico el terreno baja su capacidad portante.

Fig. 13Problema de licuefacción de suelos, ante elmovimiento sísmico se produce la falla del suel

El problema de licuefacción se presenta en zonas localizadas en suelos de poca densidad, esto provoca el volteo de la estructura, es decir la falla del terreno, antes de que la edificación llegue siquiera al colapso.

Figura 14

2. Terremoto Chile.

1. Características Geológicas

Desde el punto de vista tectónico Chile, en su par- te continental, se ubica en la placa Sudamericana a lo largo de una zona altamente sísmica y volcánica, perteneciente al Cinturón de fuego del Pacífico, en el borde convergente con la Placa de Nazca y la Pla- ca Antártica.

El relieve chileno está integrado por una depresión que cruza al país de forma longitudinal y es flanquea- da por dos alineaciones montañosas: la cordillera de los Andes al este, frontera natural con Bolivia y Ar- gentina, con su punto más alto situado en el Nevado Ojos del Salado, el volcán activo más alto del mundo a 6.893 m sobre el nivel del mar, y la cordillera de la Costa al oeste, de menor altura con respecto a la de los Andes (3.114 m en su punto mas alto).

Entre la Cordillera costera y el Pacífico se en- cuentra una serie de planicies litorales, de exten- sión variable y que permiten el asentamiento de localidades costeras y grandes puertos. Esta zona costera es donde se han concentrado buena parte de los daños provocados por el terremoto y pos- terior tsunami.

En el medio del océano Pacífico, el país tiene sobera- nía sobre diversas islas de origen volcánico, conoci- das en conjunto como Chile Insular, en que destacan el archipiélago Juan Fernández y la isla de Pascua.

2. LA NORMATIVA SÍSMICA CHILENAChile tenía vigentes las siguientes normas sísmicas al momento de la ocurrencia del terremoto:

– Nch 433 Of. 96 “Diseño Sísmico de Edificios”.– Nch 2369 Of. 2003 “Diseño Sísmico de Estructuras e Instalaciones Indus- triales”.– Nch 2745 Of. 2003 “Análisis y Diseño de Edificios con Aislación Sísmica”.

En la actualidad, la norma chilena de diseño del hormigón armado es muy rigurosa y, en esencia, es una adaptación del código ACI318-95 de los EE.UU., con unas pocas excepciones.Una de dichas excepciones se refiere a que no se ha adoptado plenamente el código estadounidense en lo relativo a los elementos de contorno en muros de cortante. Esta decisión se tomó debido a las prácticas históricas de construir muros verticales fuertes y de gran sección que habían respondido excelentemente en los seísmos pasados. Sin embargo, esta falta de elementos de contorno, junto con la continua reducción de la sección de los muros por razones arquitectónicas, ha sido puesta de relieve durante el análisis de este seísmo como una de las causas potenciales de los daños observados en los edificios modernos.

Adicionalmente, Chile disponía de una guía de diseño sísmico de puentes del Ministerio de Obras Públicas (MOP): Manual de Carreteras del MOP. Tomo IV. Volumen N°3: “Introducción y Criterios de Diseño. Capítulo 3.1000 Puentes y Estructuras Afines. Sección 3.1004 Diseño Sísmico”.Además existía un sistema de revisores estructurales independientes de acuer- do a la ley 1928 de 2001.Todas estas normas, con la excepción de la guía de diseño de puentes del MOP, son obligatorias por ley. En particular, la norma Nch 433 Of. 96 de diseño sísmico de edificios en su Sección 5.1 sobre principios e hipótesis básicas, indica en el 5.1.1 c): “Esta norma, aplicada en conjunto con las normas específicas para cada ma- terial, está orientada a lograr estructuras que, aunque presenten daños, eviten el colapso durante sismos de intensidad excepcionalmente severa”. En este sentido la norma, cuya orientación es la protección de vidas, no acepta el colapso de edificios y estructuras, aún para un terremoto de magnitud excepcional como el del 27 de febrero de 2010.Lamentablemente, ocurrió el colapso de 6 edificios, la mayoría de ellos por incumplimiento de esta norma sísmica. Por este motivo se ha considerado, unáni- memente y a nivel internacional, como un éxito el resultado de las normas y de la ingeniería sísmica chilena.En el ámbito de los puentes también hubo que lamentar el colapso de algunos de ellos, que a otra hora podría haber aumentado el número de víctimas, debido principalmente al incumplimiento de los requerimientos del Manual de Carreteras del MOP.

Cambios en las normas de construcción.Basado en el daño observado, se pro- mulgó un código de emergencia para el diseño de hormigón armado (DS 118). En general, los cambios se enfocan a problemas observados en muros. Los cambios principales se resumen a con- tinuación:

1. Limitación de carga axial en muros para reducir la probabilidad de obser- var una falla por compresión.

2. Prevención de pandeo y fractura del refuerzo con refuerzo transversal poco y bien anclado.

3. Prevención de falla por corte amplifi- cando en 1,4 la solicitación, conside- rada para el diseño.

4. Utilización de refuerzo transversal (estribos o ganchos) en empalmes de refuerzo longitudinal que presente cuantías importantes de armadura o recubrimiento de hormigón sobre es- tas barras inadecuado para una co- rrecta transferencia de tensiones.

5. Limitación de los diámetros de ar- madura longitudinal y transversal para favorecer un buen hormigona- do y confinamiento en los bordes de muros. También se ha especificado un espesor mínimo de muros como lu/16, donde lu es el largo de muro no apoyado, para prevenir o minimizar el pandeo global de estos elementos.

3. FORMAS DE FALLA EN LOS MUROS DE CONCRETO ARMADOEn las visitas de reconocimiento efectuadas por Quiun, Silva y Blanco, así como por las fotografías extraídas de internet, se observan las clásicas fallas por flexión, las de fuerza cortante y las de deslizamiento en los muros de concreto armado, producidas también en los diversos terremotos ocurridos en el mundo. Sin embargo, llamó la atención una forma de falla horizontal, localizada en la parte superior de los muros, con un pandeo del refuerzo vertical interno. Puesto que para los autores esta forma de falla no tiene antecedentes, y porque se presentó en muchos edificios, se le trata en forma especial más adelante. Debe mencionarse que el momento flector, la carga axial y la fuerza cortante, actúan de manera simultánea durante el sismo, y que sus valores máximos tienen lugar en los primeros pisos del edificio, por lo que es allí donde tienden a presentarse las fallas, que inclusive pueden darse por una combinación de las tres fuerzas de sección mencionadas.

Falla por flexión

Este tipo de falla se presenta cuando la capacidad de resistencia a la fuerza cortante (proporcionada por el refuerzo horizontal y el concreto) supera a la de flexión (generada por el refuerzo vertical y la carga axial). Esta falla se ca- racteriza por el balanceo del muro en torno a sus extremos, transmitiéndose gran parte de la carga vertical (P, en la Fig. 16) por el extremo comprimido, lo que puede originar la trituración del concreto con el subsiguiente pandeo del refuerzo vertical, en caso de que no exista confinamiento en los extremos (caso muy común en los edificios chilenos, Fig.17). Aunado a esto, experimentalmente se ha observado que una vez formada la grieta de tracción por flexión en el borde del muro, el refuerzo vertical al trabajar en tracción o compresión, trata de expulsar al concreto. Estas continuas aberturas y cierres de las grietas, son las causantes de la trituración del concreto en el borde carente de confinamiento.

Cabe indicar que sólo los bordes libres (sin muros transversales) necesitan ser confinados con estribos a corto espacia- miento, puesto que en el extremo con muros transversales largos, el área flexocomprimida se incrementa notoriamente, aparte que los muros transversales proporcionan confinamiento al muro en análisis (Fig. 18). Asimismo, el refuerzo vertical existente en los muros transversales y la carga de gravedad que baja por esos muros, incrementan notoriamente la capacidad resistente a flexión del muro en análisis y tratan de evitar que se desarrollen las grietas de tracción por flexión en esa unión entre muros. En la Fig. 18, no puede afirmarse que la falla haya sido netamente por flexión; si esto hubiese sido así, los giros por flexión en el muro hubieran sido importantes y habrían generado la formación de una rótula plástica en la viga que arriba coplanarmente al muro; asimismo, se hubiesen presentado otras fisuras de tracción por flexión en el muro y la falla hubiera quedado concentrada principalmente en su base. Como lo indicado no ocurrió, se piensa que la falla del muro se debió a una acción combinada de flexión y fuerza cortante, agravada por la carga vertical concentrada que transmiten las vigas en el extremo libre superior del muro.

Fig. 17. ausencia de confinamientos en los extremos del muro.

Fig. 18. efecto de muros transversales. edificio sol oriente, santiago. nótese que la falla se concentra principalmente en el borde libre.

Conviene señalar que la falla por flexión trata de concentrarse en la zona más débil del muro, por ejemplo, donde hay una reducción significativa de su longitud (Fig. 19), evidentemente porque la capacidad resistente a flexión en la zona más larga del muro es mayor que la existente en la zona de menor longitud.

Fig. 19. efecto de cambio de longitud en los muros.

Falla por corteLa falla por corte se produce en los muros de concreto armado cuando su capacidad resistente a fuerza cortante es inferior a la de flexión. Esta falla se caracteriza por la presencia de grietas diagonales (Fig. 20); al igual que en una falla por flexión, los talones del muro pueden triturarse con el subsiguiente pandeo del refuerzo vertical, si es que el extremo carece de estribos de confinamiento (Fig. 21).

Fig. 20. Falla por corte.

Fig. 21. Falla por corte en un edificio en viña del mar, con trituración de los extremos y pandeo del refuerzo vertical no confinado.

Falla por corte-cizalle (Deslizamiento)Por lo general, este tipo de falla es una derivación de la falla por flexión, producida al conectarse las dos grietas forma- das por flexión en ambos extremos del muro (Fig. 20). Esta falla se produce generalmente en las juntas de construcción del muro (Fig. 22); se agrava cuando existe segregación del concreto, cuando las juntas son lisas o cuando los traslapes del refuerzo vertical son realizados en la misma sección transversal (Fig. 23). También, cuando se diseña al refuerzo vertical sólo por flexión, sin considerar que en simultáneo actúa la fuerza cortante, adoptando sus valores máximos al mismo instante durante el sismo.

Fig. 22. Falla por deslizamiento en la junta de construcción. edificio obispo salas, concepción.

La falla por deslizamiento es muy peligrosa, porque una vez formada ésta, la losa de techo arrastra al muro en la dirección transversal a su plano, haciéndolo girar en torno al borde longitudinal del plano de falla. Por tanto, la carga de gravedad se concentra en ese borde triturándolo y formando una falla en forma de reloj de arena, con la consecuente reducción de la sección transversal y el posible pandeo del refuerzo vertical interno por efectos de la carga de gravedad, o su posible falla por cizalle.

Fig. 23. algunas de las causas de la falla por deslizamiento.

4. Conclusión.

Básicamente los edificios que fallaron en los terremotos de chile y de Kobe fue por el mal uso de normas de construcción. Dando la diferencia que en Kobe se usó la norma al pie de la letra pero en dichas normas al ser antiguas eran obsoletas para los requerimientos que presento el sismo, por ello los edificios más antiguos tuvieron problemas ya que la norma indicaba que después del piso 25 ya no se debía de tener en consideración pisos con estructuras antisísmicas. En chile se tuvo el problema del refuerzo transversal ya que la norma indicaba que este no lo necesitaba pero en la norma indicaba que al no tener este refuerzo transversal se debía de tener muros de mayor sección para poder brindarle a la estructura rigidez que necesitaba, pero por las practicas arquitectónicas estas secciones fueron disminuidas pero no se le proporciono la rigidez que se necesitaba y por ello se tuvo fallas horizontales por poco refuerzo transversal, por esto los edificios más antiguos fueron los que tuvieron un mejor desempeño.

Los problemas que presentó el suelo en Kobe fueron la licuefacción y el hecho que el suelo no estaba consolidado. Otro factor que influyó en que las ondas sísmicas cambiara su amplitud y su frecuencia fue el cambio de un estrato de suelo a otro esto por no ser un suelo homogéneo (por ello estructuras de péndulo invertido fueron muy afectadas y de hecho estas volcaron).

Los problemas que presentó el suelo en Chile fue mayoritariamente la licuefacción hecho que fue muy afectado en rellenos artificiales.

5. BibliografíaBeltrán, J. F. (2011). Efectos y enseñanzas del terremoto del 27 de febrero de 2010 en Chile.

Guillén, J. M. (2000). Kobe – Japón, Sismo del 17 de enero de 1995 . Honduras: UNIVERSIDAD PRIVADA SAN PEDRO.

MAPFRE. (2010). El terremoto de Maule, Chile. Madrid: MAPFRE.