UNIVERSIDAD POPULAR AUTÓNOMA DEL ESTADO DE PUEBLA EVALUACIÓN Y REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO DAÑADAS POR SISMO

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1 UNIVERSIDAD POPULAR AUTÓNOMA DEL ESTADO DE PUEBLA "FACULTAD DI: INGENIERÍA CIVIL EVALUACIÓN Y REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO DAÑADAS POR SISMO Trabajo de Investigación que para obtener el Título de INGENIERO CIVIL Presenta: Ornar Alfredo Castro Orozco Puebla, Pue., México Abril de 2001

2 Puebla. 2 de abril de 2001 A quien corresponda Facultad de Ingeniería Civil Presente Por medio de la presente hago constar que el trabajo de investigación titulado Evaluación y rehabilitación de estructuras de concreto dañadas por sismo, elaborado por Ornar Alfredo Castro Orozco (Matrícula 70209). se ha concluido satisfactoriamente cumpliendo con los objetivos planteados al inicio del mismo. Le agradezco la atención a la presente quedando de Ud. como su atento y S. S. Atentamente Ing. Gerardo ue~tesús López Arciga Departamento de Ingeniería

3 ÍNDICE. 1. INTRODUCCIÓN I 1.1. Antecedentes I Sismos importantes en la historia I Necesidad de rehabilitar estructuras Nueva legislación sísmica Objetivos ()bjetivo general Objetivos particulares 5 2. COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL OBSERVADO Introducción Catálogo de fotografías 6 3. EVALUACIÓN DE DAÑOS Introducción Importancia de una evaluación de daños Objetivos de una evaluación Tipos de evaluación Procedimiento de evaluación Tipos de daños en las estructuras Identificación de problemas que causaron el daño Herramientas y equipo para una evaluación TÉCNICAS DE REHABILITACIÓN Introducción Rehabilitación temporal o inmediata ()bjetivos Reporte de la evaluación preliminar 48

4 Métodos de rehabilitación inmediata Apuntalamiento vertical Apuntalamiento horizontal Rehabilitación definitiva o permanente Objetivo Reporte de evaluación detallada Diseño de rehabilitación Métodos de rehabilitación definitiva Métodos de reparación en elementos de concreto reforzado Métodos de refuerzo en elementos de concreto reforzado CONCLUSIONES ('onclusiones particulares Conclusión general REFERENCIAS 70

5 1. INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES Sismos importantes en la historia. Durante el transcurso de la historia han acontecido infinidad de sismos, debido al constante movimiento de la tierra. Estos fenómenos sísmicos llegan a alcanzar magnitudes que provocan daños graves en estructuras, además de pérdidas de vidas humanas, por lo que se consideran sismos destructivos. Hste problema se presentan en diversos lugares de la tierra, dejando muchos daños para la humanidad. Los daños provocados en las estructura pueden ser corregidas de manera etica/, con un buen estudio. En la tabla 1.1. se muestra una lista de algunos sismos importantes ocurridos a través de la historia de la humanidad, los cuales "afortunadamente" se han logrado registrar como datos importantes para estudios subsecuentes.

6 1. INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES Sismos importantes en la historia. Durante el transcurso de la historia han acontecido infinidad de sismos, debido al constante movimiento de la tierra. listos fenómenos sísmicos llegan a alcanzar magnitudes que provocan daños gnúes en estructuras, además de pérdidas de vidas humanas, por lo que se consideran sismos destructivos. Este problema se presentan en diversos lugares de la tierra, dejando muchos daños para la humanidad. Los daños provocados en las estructura pueden ser corregidas de manera eficaz con un buen estudio. lin la tabla 1.1. se muestra una lista de algunos sismos importantes ocurridos a través de la historia de la humanidad, los cuales "afortunadamente" se han logrado registrar como datos importantes para estudios subsecuentes.

7 Fecha. 22 de mayo de de mar/o de de mar/o de de no\ iembre de de enero de de mayo de de agosto de de junio de de octubre de de abril de de julio de de lebrero de de noviembre de 1998 Localización S 72.6W Chile 61.1 N W Prince William Sound Alaska N W Andrean ol'islands. Aleutian íslands N E Kamchatka. 1.0 N 81.5 W Offthe Coast of Ecuador S E Región de las Islas Macquarie N E Sur ele las Islas de Mariana S W Norte de Bolivia N E Islas de Kuril S W Islas de Tonga S W Cerca de las costas del norte de Chile S E Región de trian Java. Indonesia S E Magnitud Mar de Ceram. I abla 1.1. Registro de sismos importantes en la historia mundial (Neic. 2001).

8 3 Debido a lo devastador que puede llegar a ser un evento de esta magnitud, a continuación se mencionarán algunos datos lamentables que arroja la historia a causa de la presencia de estos fenómenos. Iil sismo de Chile del 22 de mayo de 1960 provocó la muerte de 15 personas, estimando una pérdida por daños de más de 311 millones de dólares estadounidenses. Se registró una duración del exento sísmico aproximado de 3 minutos. El 31 de enero de 1906 en Ecuador el sismo cobró la vida de personas. El 8 de agosto de 1993 al Sur de las Islas Mariana millones de dólares estadounidenses de perdidas, ocasionadas por los daños en edificios. En México han acontecido sismos destructivos, debido a que se encuentra dentro de una zona de alta sismicidad. Los sismos más importantes que han ocurrido se pueden localizar en la siguiente lista (Tlacaelel. 2001): a) Colima. 16 de septiembre de "varios muertos". b) Jalisco. 7 de junio de 1911 (M=7.9), 45 muertos y daños en la Ciudad de México. c) Pinotepa Nacional (Oaxaca). 17 de junio de 1928 (M=8.0). daños en la Ciudad de México. d) Colima. 3 de junio de 1932 (M=8.2). e) Orizaba (Veracruz). 26 de julio de 1937 (M=7.7). 34 muertos. 0 Acapulco (Guerrero). 28 de julio de 1957 (M=7.7). 160 muertos, daños en la Ciudad de México (Ángel de la Independencia caído). g) Oaxaca. 23 de agosto de 1965 (M=7.5). 5 muertos. h) Colima. 30 de enero de 1973 (M=7.5). 56 muertos. i) Orizaba (Veracruz). 28 de agosto de 1973 (M=7.3). 600 muertos. j) Oaxaca. 29 de noviembre de 1978 (M=7.6). k) Petatlan (Guerrero). 14 de marzo de 1979 (M=7.6). 5 muertos. I) I luajuapan de León (Oaxaca). 24 de octubre de 1980 (M=7.0). 50 muertos. m) Michoacán, 19 de septiembre de 1985 (M-8.2) muertos n) Michoacán. 20 de septiembre de 1985 (M=7.6). o) Colima. 9 de octubre de 1995 (M=8.0).

9 4 El sismo más destructivo que se ha presentado en la historia de México es el ocurrido el día 19 de septiembre de 1985 en el Estado de Michoacán. afectando severamente a la Ciudad de México, donde se estima que murieron personas, y económicamente se perdieron aproximadamente millones de dólares estadounidenses. Fue una mala experiencia que demostró no estar preparados adecuadamente para enfrentar la fuerza descomunal de la naturaleza por lo que es necesario seguir trabajando en el tema Necesidad de rehabilitar estructuras. Desgraciadamente después de un evento sísmico importante quedan, como secuela, muchos daños entre los cuales se encuentran afectadas las estructuras de concreto reforzado. Dependiendo de la gravedad de los daños se tomará una decisión, pero sin duda que es necesaria la rehabilitación de todas y cada una de las estructuras dañadas, para lograr el buen funcionamiento del edifico así como la seguridad en la vida activa de todos los involucrados Nueva legislación sísmica. Existen estructuras que se comportan de manera adecuada y segura, pero por los daños que sufren las estructuras vecinas de la zona afectada, se recomienda realizar una revisión a las legislación sísmica existente en el lugar. A menudo se concluye que son obsoletas algunas fracciones toda vez que el empleo de estas legislaciones provocaría nuevas tragedias eminentes, abriendo la opción de remplazarías por nuevas, para asegurar las construcciones futuras. Al evaluar un edificio que se comportó de manera satisfactoria ante el sismo y se encuentra que no logra cubrir los requerimientos de las nuevas legislaciones, se deberá reforzar para llegar al factor mínimo de seguridad que exigen las legislaciones actuales. Aun que de manera inicial producirá un gasto para los dueños de estos edificios, se lograría seguridad y un beneficio a futuro, ya que tendrán la certeza que la estructura se comportará de manera adecuada ante un sismo considerado en estas nuevas legislaciones. Dejando latente la posibilidad que se presente un sismo no esperado que rebase lo contemplado en las legislaciones sísmicas.

10 OBJETIVOS Objetivo General. Presentar un repone que muestre la metodología a seguir por medio de un procedimiento inicial básico para llegar a una rehabilitación satisfactoria para los dueños y usuarios del edificio de concreto afectado Objetivos Particulares. Para ayudar a cumplir el objetivo general es necesario considerar los siguientes objetivos particulares. I. Presentar daños en estructuras y elementos estructurales de concreto reforzado a través de una colección de fotografías seleccionadas, daños provocados por un evento sísmico. II. Mostrar una guía a seguir en la etapa de evaluación en las estructura afectadas. III. Indicar algunos métodos de rehabilitación existente para las estructuras de concreto reforzado y así igualar o mejorar las condiciones originales del edificio en cuestión.

11 2. COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL OBSERVADO INTRODUCCIÓN. l-n el présenle capitulo se muestra una recopilación de fotografías de estructuras de concreto reforzado principalmente, donde se hacen evidentes las fallas más comunes en edificaciones afectadas por un movimiento sísmico, así como en sus elementos estructurales, los cuales se dañan por este fenómeno. Asimismo tiene como finalidad primordial observar el comportamiento estructural de las edificaciones que son desgraciadamente afectadas de manera severa; dando cabida al inicio de los procedimientos de rehabilitación de una estructura de concreto reforzado después de un evento sísmico, dentro de este procedimiento se deben realizar las evaluaciones necesarias por personal profesional que proporcionen resultados confiables para sí poder lomar la mejor decisión con respeto al futuro de la edificación en estudio CATALOGO DE FOTOGRAFÍAS. 6

12 ; g Falla incipiente del edificio (Geohaz, 2001). Fig Inicio del colapso del edificio (Geohaz. 2001). l fc*v ">n fc> Fig Colapso de un edificio (Geohaz. 2001). Fig 2.4. Falla por corlante en la tercera planta (Arch. 2001).

13 K : ig Falla de un edificio por efecto de la llexocompresión (Arch. 2001). Fig Otra vista del edificio de la Fig (Arch, 2001).

14 9 lie Colapso de un edifico por aplastamiento de elementos estructurales (Arch. 2001). Fig Falla en la unión viga - columna del edifico colap.sado. Obsérvese la gran deformación del refuerzo (Arch, 2001).

15 III 4.«& *» l ; ig alia por córtame del edificio afectado (Arch, 2001). N. ^. c "M m «it. * Fig Olía vista del edificio de la l" g. 2. ( ). (Arch. 2001).

16 II l'ig Colapso total de un edificio de uso habitacional (Ció. 2001). Fig Colapso eminente, observando el desplome total de las edificaciones (Gio. 2001). l'ig Otro colapso eminente, observando el desplome total de las edificaciones (Tlacaelel, 2001).

17 12 Fig Aplastamiento de los elementos estructurales de la segunda planta (Areh. 2001). Fig Falla por columna corta (Arch. 2001).

18 13 I-'ig Colapso de un edifico por la fuerza cortante (Arch I-'ig Otra vista del edificio Fig.2.15 (Arch. 2001).

19 11 Fig Falla en columna por concentración de esfuerzos (Geohaz, 2001). Fig Desprendimiento total del concreto (Arch, 2001). Fig Desprendimiento del concreto (Arch 2001). Fig Falla en la unión viga - columna (Arch. 2001).

20 15 Fig Falla típica por cortante en columna de un edificio (Geohaz. 2001). lie Falla típica por columna corta en una edificación con base en marcos (Geohaz. 2001).

21 i ; ig Colapso de la última planta de la construcción (Arch, 2001). l'ig Otro ejemplo de colapso de la úllima planta de la edificación (Arch. 2001).

22 17 Fig Falla en las columnas de la planta baja (Midas, 2001). Fig Aplastamiento de la columna (Arch. 2001).

23 IX l'ig Hdilicio dañado en su segunda planta (Castro. 1999). l ; ig Columna con falla de cortante (Castro. 1999).

24 19 Fig Falla por corlante en la columna y desprendimiento del concreto (Castro. 1999). Fig Falla en la unión de elementos no estructurales con elementos estructurales (Castro. 1999).

25 20 'ig Aplastamiento de concreto (Castro. 1999). Fig Otro ejemplo de aplastamiento de concreto (Castro. 199*?). -w T- Fig Empuje del elemento no estructural a la columna (Castro. 1999). Fig Desprendimiento del concreto (Castro. 1999).

26 21 I'ig Falla por cortante en la columna (Castro. 1999). Fig Aplastamiento del concreto. Obsérvese la falta de estribos (Castro, 1999). I'ig Otra vista de la columna de la lig (Castro, 1999). I'ig Desprendimiento del recubrimiento (Castro. 1999).

27 22 : ig Edificio de concreto en revisión (( Herrero. 2001). Fig Edificio en proceso de reparación (Guerrero. 2001). Fig Aplastamiento de la columna (Guerrero. 2001). Fig Falla en la unión de los elementos (Castro. 1999).

28 23 Fig Colapso eminente de un edificio afectado por sismo (Midas. 2001). SI Fig Otra vista de la fig (Midas. 2001).

29 24 Fig Colapso del techo de una construcción (Midas. 2001). #xti f Fig Otro ejemplo de un colapso (Geocities. 2001). Fig Edificio con un desplome considerable (Arch. 2001)

30 3. EVALUACIÓN DE DAÑOS 3.1. INTRODUCCIÓN. En el présenle capítulo se hablará de la "Importancia de una Evaluación de Daños", sobre sus beneficios, seguridad y un dictamen de carácter serio, que nos proporciona la realización de ésta: por lo que en el "Objetivo de una Evaluación" es prioritaria la localización de las condiciones actuales del edificio en cuestión: de esta manera se expresan los "Tipos de evaluaciones" empleadas como la evaluación preliminar y la detallada mencionando en qué consiste cada una de ellas. Existen diferentes daños que sufren las estructuras de concreto, en este capítulo se señalarán "Los Tipos de Daños en las Estructuras", además se proporcionan ejemplos y se explica cómo identificar el grado de daño según ha sido afectada la construcción por el sismo: dando lugar a "Identificar el Problema que causaron los Daños", de manera necesaria se llevarán a cabo correctamente estas evaluaciones. Es indispensable un conjunto de "Herramientas y Equipo básicos" que nos permitan una evaluación profesional y capacitada para decidir la mejor opción de la construcción en estudio. 25

31 IMPORTANCIA DE UNA EVALUACIÓN DE DAÑOS. Kn México la evaluación de daños representa un proceso de grandes dimensiones e importancia para todos los involucrados en la industria de la construcción. Cuando se lleva a cabo de manera profesional, por personal capacitado es posible detectar problemas presentes y probables fallas futuras en una estructura que ha sido sujeta a un sismo. El conocimiento de la ubicación de la estructura, de su sistema de cimentación, de su diseño estructural, de todos y cada unos de los planos del inmueble, del uso para la cual fue diseñada, de la ubicación de fallas, grietas, asentamientos, desplomes, desprendimientos de concreto, aplastamientos de concreto, cristalería dañada, aceros de refuerzos afectados y pandeo de losas, permitirá identificar la gravedad del asunto y asimismo detectar los principales problemas en sus elementos estructurales que pudieran afectar y reducir la capacidad sísmica al inmueble. De esta manera y bajo un riguroso análisis, se podrá determinar el grado de daño del inmueble. Si no sufrió daños en sus elementos estructurales se procederá a la restauración correspondiente: en caso contrario será necesaria su rehabilitación, tratando de evitar en el peor de los casos la demolición, lis importante que una evaluación de daños genere beneficios para el usuario. I ales beneficios pueden ser: a) Seguridad en el funcionamiento del edificio, que implica el resguardo de vidas humanas: b) Determinación de la mejor solución de rehabilitación o refuerzo que permita un buen comportamiento sísmico la próxima vez que la estructura sufra los electos de un temblor: c) Ahorro de grandes sumas de dinero invertido a causa de un mal comportamiento sísmico de la estructura no evaluada adecuadamente; y. d) Seguridad de las construcciones vecinas.

32 : OBJETIVO DE UNA EVALUACIÓN. E] objetivo de la evaluación de daños después de un sismo es determinar, mediante un proceso riguroso, las condiciones actuales del inmueble en cuestión, localizando las fallas en los diferentes elementos estructurales como en los elementos no estructurales, de acuerdo al sistema de edificación empleado. Con la ayuda de diversos métodos de evaluación, como la utilización de herramienta y equipo necesario para su correcta ejecución, será posible conocer la gravedad en que se encuentra la edificación, la seguridad de todas y cada una de las personas, actividades, construcciones y algún otro Íactor que intervenga en la edificación, la evaluación permitirá al dueño o dueños del edificio decidir su demolición o la rehabilitación del inmueble TIPOS DE EVALUACIONES. De manera general, la evaluación de daños se clasifica en: Evaluación preliminar o rápida y Evaluación detallada. Ambas son importante y cada una tiene características significativas al momento de llevarla a cabo. Independientemente del tipo de evaluación, ésta debe ser realizada por personal capacitado, experto en el área, porque de los dictámenes se loman grandes decisiones. La evaluación debe cumplir y abarcar su objetivo. La evaluación preliminar se caracteriza por ser aquélla que se realiza en un corto periodo de tiempo, después que la estructura sufrió el evento sísmico; dependiendo de la estructuración de la edificación afectada se realiza un recorrido por la misma: como primera instancia el personal capacitado analiza de manera externa, si el edificio es confiable se procederá a su revisión interna, revisando todos los elementos estructurales que lo integran. Con ayuda de equipo y herramientas para la evaluación, se efectúan una serie de pruebas preliminares. De esta forma se da un diclamen preliminar sujeto a una revisión posterior del estado de la estructura. En la figura 3.1. se muestra esquemáticamente la forma básica del procedimiento a seguir en una evaluación.

33 28 Verde Daño Ligero Puede habitarse Sin restricciones Amarillo Daño Modelado Puede habitarse Con restricciones Desocupación Y clausura Rojo Daño Severo Apuntalamiento Zona restringida Demolición Anaranjado Daño Fuelle Apuntalamiento Acceso restringido Se requiere 'enlaje. V Revisión Aprobación i m ig Diagrama de flujo de la evaluación (Takeshi, 1996).

34 2') La evaluación detallada es aquélla que se realiza de manera precisa y con un conocimiento previo de los daños generales del edifieio en cuestión. En forma general, el punto primordial es llevar acabo un análisis minucioso del edificio. Para esto el personal capacitado utilizará el equipo y la herramienta necesaria que les permita mayor exactitud y precisión en la evaluación del estado de la construcción PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN. Después de un exento, donde el inmueble es sometido a un comportamiento sísmico y por consiguiente a sus elementos estructurales, se crea un ambiente de incertidumbre entre los usuarios, ya que estos desean saber las condiciones en que se encuentran las construcciones; es en este momento cuando la evaluación de daños se presenta como el método ideal para conocer el estado de la estructura. La evaluación preliminar que se realiza de manera inmediata, es decir, en el menor periodo de tiempo después del sismo y el cual se lleva a cabo por personal capacitado, consiste en visitar la zona afectada. Lo primero que se hace es una evaluación ocular externa, en todos los alrededores de la construcción, si no existe riesgo de derrumbes, desplomes o colapsos, se da luz verde para efectuar la evaluación interna con la ayuda de herramienta y equipo. El personal inspecciona cada lugar del inmueble, con un conocimiento del tipo de sistema estructural que tenga la construcción, se revisarán sus elementos estructurales principales. Es importante que el personal se auxilie con planos de la construcción y. en caso de no tenerlos. el propio personal, con base a su conocimiento y experiencia, deberá revisar los elementos que sean principales. La utilización del casco es obligatorio como método de seguridad: la cámara fotográfica es indispensable para llevar un control, registro e historial, para el estudio y análisis de la construcción; con la ayuda del grietómetro (lig. 3.1) el personal observará las grietas en los elementos estructurales, dependiendo del tamaño de la abertura se va obteniendo el dictamen: con la utilización del cincel y martillo se podrán quitar elementos no estructurales para

35 M) observar el elemento estructural en función; eon la cinta métrica se efectuarán las mediciones de las dimensiones de todos los elementos que componen la estructura, su sección, el tamaño de la construcción, separación entre cada elemento, la separación de confinamientos, en fin. lodo el croquis de la estructura. Fig Medición de grietas con la ayuda de un grietómetro (Guerrero. 2001). Con esta información el personal capacitado tendrá que dar una orientación al usuario del inmueble así como al dueño para el uso del mismo. Con respecto al nivel de riegos se determinará si es daño menor, daño intermedio o daño grave. Con respecto al nivel de daño se determinará si es daño ligero, daño menor, daño medio, daño grave. Todo esto se llevará bajo la supervisión de un especialista en la rama estructural. La realización de esta inspección debe tener un rango de seguridad, procurando evitar las zonas que presenten colapso eminente. La evaluación detallada, al igual que la rápida, será efectuada por personas dentro de la rama de estructuras: esto para tener resultados seguros y razonables. Después de haber efectuado la

36 31 evaluación rápida, si es necesario se llevará a cabo la evaluación detallada, que consiste en una visita de campo a la estructura afectada por el sismo, realizando una inspección de los posibles problemas de asentamiento, desplomes o fallas en los elementos estructurales que constituyen el edificio. lista investigación, como su nombre lo dice, será minuciosa para poder obtener toda la información posible, además de confiable, y así poder emitir un dictamen que indique la necesidad de rehabilitar la estructura. También se deberán revisar los elementos estructurales que presenten daños importantes y tengan riesgo de desplome. la evaluación de daños a consecuencia del sismo dependerá del sistema de estructuración empleado, por lo que se deberá investigar cómo fue realizada la construcción del inmueble TIPOS DE DAÑOS EN LAS ESTRUCTURAS. Dependiendo del estado de la estructura después del evento sísmico, los tipos de daños estructurales se pueden clasificar de la siguiente manera: Daños no estructurales: Como su nombre lo dice son los daños que han sufrido aquellos elementos que no tienen ninguna función estructural en la construcción, sólo cumplen con funciones que no afectan al comportamiento sismo-resistente de la estructura como son los decorativos empleados frecuentemente en las fachadas vistosas, los muros divisorios que son muy usuales en las estructuras con base en marcos, un elemento que tenga la función aislante. o lodo tipo de cristalería. listos elementos no estructurales lailán comúnmente por la inadecuada colocación o construcción de la estructura, como es una mala liga entre los elementos estructurales. En este caso \w existe peligro alguno en la reducción de la capacidad sismo - resistente de la construcción, de tal manera sigue siendo segura su utilización y no es necesario desocuparla. únicamente se I lev ara a cabo la restauración de los elementos no estructurales dañados.

37 32 K Fig Desprendimiento del muro con la Y: columna (Castro. 1999). Fig Desprendimiento del muro divisorio (Castro. 1999). Fig Desprendimiento del muro divisorio con la viga del marco (Castro. 1999).

38 v> Daño estructural ligero: Aféela a los elementos estructurales que intervienen en la capacidad sismo-resistente de la estructura. De manera práctica se identifica por la aparición de grietas menores de 0.5 nim de ancho en los elementos de concreto, como también las fisuras y caídas de aplanados en paredes y techo. Aun cuando los elementos estructurales han sufrido daño, no existe reducción en la capacidad sismo-resistente de la estructura, al igual que los daños no estructurales no hay necesidad de desocupar la estructura, sólo basta la restauración de los elementos dañados para su reparación. l-'ig Desprendimiento de concreto de recubrimiento (Castro. 1999). Fie Grietas de menos de 0.5mm (Castro. 1999).

39 I Fig Desprendimiento de recubrimiento en las columnas de concreto de la segunda planta de la edificación (Castro, 1999). A Fig Otra toma de la fig (Castro. 1999).

40 35 Daño estructural fuerte: Estos daños en los elementos estructurales son de consideración, se localizan cuando existen grietas de 0.5 nim a 1.0 mm de ancho en los elementos estructurales de concreto. Dada la importancia del daño en la estructura existe una reducción considerable en la capacidad sismo-resistente. Debido a los daños se deben apuntalar de manera inmediata los elementos dañados, dando lugar a mantener un acceso controlado al inmueble, la realización de un proyecto de reparación para la restauración y el refuerzo de la estructura. serán unos factores predominantes. Fig Desprendimiento de concreto en la unión de los elementos estructurales (Mermes. 2001).

41 36 ' «Fig Falla de columna por el mal ligamiento del elemento no estructural (Castro, 1999). Fig Grieta en la columna fallada (Castro. 1999). Fig Desprendimiento de concreto obsérvese la falta de estribos (Castro. 1999). Fig Falla por mala unión de los muros divisorios (Castro. 1999).

42 37 Daño estructural grave: Es el estado más crítico que pueda sufrir la estructura, se localizan grietas de más de 1.0 mm de ancho en elementos de concreto, el desprendimiento del recubrimiento en columnas, el aplastamiento de concreto, la rotura de estribos y el pandeo del refuerzo en columnas como en muro de concreto, agrietamiento de losas planas alrededor de las columnas, el desplome en columnas de más de 1:100 de su altura y el desplome del edificio de más de 1:100 de su altura. Por la gravedad de los daños en los elementos estructurales existe una reducción importante en la capacidad sismo-resistente de la estructura, debe desocuparse de manera inmediata, suprimirse el acceso y la circulación en la vecindad, es decir, alrededor del edificio afectado, de la misma manera es necesario proteger la calle y los edificios vecinos mediante la rehabilitación temporal o. en caso contrario, proceder a la decisión más crítica, la demolición urgente. Dada la gravedad del problema se deberá recurrir a una evaluación definitiva que permita decidir si procede la demolición o bien el refuer/o generali/ado de la estructura. lig Desprendimiento del recubrimiento Fig Otra vista de la fig y falla en la columna (Castro. 1999). (Castro. 1999).

43 38 Fig Falla en unión viga - columna (Mermes. 2001). Fig Falla en la columna de concreto (Castro. 1999). Fig Desprendimiento del concreto en la columna (Castro. 1999). Fig Aplastamiento y desprendimiento total del concreto (Mermes. 2001).

44 39 Fig, Falla en columna por falta de estribos y una mal unión con los muros (Castro. 1999). Fig Aplastamiento de la columna. Obsérvese el pandeo del acero de refuerzo(midas, 2001).

45 II) 3.7. IDENTIFICACIÓN DE PROBLEMAS QUE CAUSARON EL DAÑO. Los daños en elementos estructurales son causados por efecto de los elementos mecánicos que actúan en éstos, como la fuerza axial, la fuerza cortante y los momentos de flexión y torsión. Según el tipo de elemento estructural, los daños se presentan de distintas maneras; de acuerdo con el efecto que actúe será la variedad en sus deformaciones y daños que le afecten al elemento estructural en estudio. Entre los más comunes se pueden mencionar los siguientes: En columnas los daños más frecuentes son las grietas diagonales producidas por una fuerza cortante o momento de torsión en el elemento. Las grietas verticales, el desprendimiento del recubrimiento, aplastamiento del concreto y pandeo de barras, son provocados por el efecto de la flexocompresión. a) Grietas diagonales. b) Aplastamiento del concreto y pandeo de barras. lig Daños en columnas (Iglesias. 1992).

46 i 41 «I al * tm *! I Fig.3.24.Desprendimiento de concreto por aplastamiento (Guerrero. 2001). Fig Falla por columnas cortas (Guerrero. 2001) ig Falla de columna por ílexo - compresión (Guerrero. 2001) Fig Falla de columna por cortante (Guerrero. 2001).

47 i: lin vigas los daños como las grietas diagonales y rotura de estribos son producidos por una fuerza cortante o momento de torsión, en cambio las grietas verticales, la rotura del retuerzo y el aplastamiento del concreto son causados por la flexión. En la unión viga - columna los daños localizados son las grietas diagonales, de igual forma causadas por la fuerza cortante v la falla por adherencia del refuerzo de vigas la causa la flexión. Z Z_ r-\* üi a) Grietas diagonales. I'ig Daños en vigas y uniones (Iglesias. 1992). b) Grietas verticales y también del concreto. Fig Prueba de viga por flexión (Guerrero, 2001).

48 I'ig Falla de la viga por flexión (Guerrero. 2001). V v B "- I-'ig Falla en el elemento estructural (Mielas. 2001).

49 -II En los sistemas de piso los daños son causados por las grietas alrededor de las columnas en losas, debido a la penetración de la columna, y las grietas longitudinales son causadas por la flexión. a) Grietas por penetración b) Grietas longitudinales I-'ig Daños en losas planas (Iglesias. 1992). ig Falla de losa y en la unión viga - columna (Gcohaz. 2001).

50 45 lin los muros de concreto frecuentemente aparecen las grietas diagonales provocada por la fuerza cortante, también aparecen las grietas horizontales, el aplastamiento del concreto y pandeo de barras, provocados por la flesocompresión. x / N i - \ a) uñetas Día b) Grietas horizontales, aplastamiento de concreto y pandeo de barras I'ig Daños en muros de concreto (Iglesias. 1992) 3.8. HERRAMIENTAS Y EQUIPO PARA UNA EVALUACIÓN. Para llevar a cabo una óptima evaluación de daños será necesaria la utilización de herramientas y equipo adecuados. Kn seguida se presenta el equipo básico, quedando abierta la decisión de incorporar otra herramienta y equipo con la cual se considere obtener mayor precisión en una evaluación de daños. Dentro de este equipo básico se encuentra el siguiente: Cinta Métrica o l'lexómetro: lis necesario para la medición de los distintos elementos constitutivos de la estructura y obtener la referencia del daño que causó el sismo.

51 46 Plomada o Nivel: Se observará con esta herramienta si el edificio o algún elemento sufrió desplome significativo. Martillo y cincel o destornillador: Son necesarios para remover parte del recubrimiento y así determinar el grado de daño en los elementos constitutivos, debido al agrietamiento sufrido. Linterna: En ocasiones es necesario para observar las partes que han quedado sepultadas y no es posible ver las con la luz natural. Grietómetro: Es un aparato que se utiliza para la medición de grietas que aparecen después de un evento sísmico (figura 3.2.) (amara fotográfica: Con este equipo se obtiene material de estudio para poder comprender y explicar la razón de la falla en la estructura y llegar a un planteamiento efectivo de rehabilitación. Binoculares: Son utilizados para observar lugares de difícil acceso, que en cierta manera son peligrosos o muy complicados para llegar al sitio de interés.

52 4. TÉCNICAS DE REHABILITACIÓN INTRODUCCIÓN. La definición de la rehabilitación es aquella que "Consiste en restablecer la funcionalidad de un sistema estructural por medio de su reparación y/o refuerzo." (Takcshi. 1996), "Proceso que incluye la reparación y/o refuerzo, por medio del cual una estructura dañada por un sismo recupere sus características de funcionalidad y puede volver a ser usada" (Takcshi. 19%). Kn este capítulo se expone aquellos objetivos que tiene la rehabilitación temporal, la decisión que se debe tomar después de haber realizado la evaluación preliminar y por medio de un reporte se elige que rumbo tomar, se da una explicación de la clasificación de los métodos de rehabilitación inmediata, como son el apuntalamiento vertical y el apuntalamiento horizontal. 47

53 48 Además se tratará lo referente a la rehabilitación definitiva o permanente, donde se menciona su objetivo, el reporte de la evaluación detallada, que se toma en cuenta para el diseño de la rehabilitación, y contiene algunos de los métodos principales de una rehabilitación definitiva para elementos estructurales de concreto reforzados, después de ser afectados por un evento sísmico REHABILITACIÓN TEMPORAL O INMEDIATA Objetivos. Los objetivos de la rehabilitación temporal son: I. Salvaguardar las vidas humanas, los bienes materiales, las edificaciones vecinas, así como también a la propia edificación. II. La disminuir cargas verticales del edificio hacia los elementos estructurales dañados mediante el uso de un apuntalamiento vertical, ante posibles réplicas del evento sísmico principal. III. Proteger contra las acciones laterales debido a posibles réplicas del temblor principal. por medio del apuntalamiento horizontal Reporte de la evaluación preliminar. Realizada ya la evaluación preliminar en el menor tiempo posible y una vez tomada la decisión de lle\ar a cabo la rehabilitación estructural del edificio, se procede de inmediato a ejecutar la rehabilitación temporal, es decir, se realiza una protección temporal, liberando de carga que aléela a los elementos dañados por el fenómeno natural, de esta manera se continúa con el estudio de la evaluación detallada.

54 Métodos de rehabilitación inmediata. Es importante emplear los métodos de la rehabilitación inmediata para evitar problemas de magnitudes mayores por exceso de carga en los elementos alectados y lograr de una forma más eficiente el proceso adecuado, recuperando sus características originales o el mejoramiento de las mismas. I.a rehabilitación inmediata o temporal se clasifica en: a) apuntalamiento vertical, y b) apuntalamiento horizontal. liste último es el de mayor dificultad para su diseño, localización y colocación, lin ambos métodos se debe tener cuidado en colocar las cuñas que van en la parle inicial y final en cada apoyo del puntal para lograr así un área mayor donde repartir las cargas concentradas que bajan y además evitar posibles fallas por penetración en los elementos que sean utilizados como apoyo. I.as fallas que se pueden presentar en los apuntalamientos son la penetración y el paneleo. I faciendo mención que la primera es la más común que se presenta. Se debe tener siempre présenle colocar los apuntalamientos, evitando que éstos no dificulten el funcionamiento del edificio, ni mucho menos la reparación del inmueble Apuntalamiento vertical. El objetivo del apuntalamiento vertical es absorber las cargas verticales que actúan sobre elementos estructurales dañados, evitando así el incremento del nivel de daño y asegurando un buen comportamiento estructural ante réplicas subsecuentes. Al llevar a cabo el apuntalamiento de los elementos dañados, debe procurarse diseñar el apuntalamiento de modo tal que las cargas verticales que actúen no excedan la capacidad

55 50 resistente del piso en el cual se apoyará, para evitar la falla por penetración en el sistema de pise. I*s necesario la repartición uniforme de las cargas que son transmitidas en el apuntalamiento, en una superficie de mayor dimensión que la del puntal, auxiliándose de la colocación de una placa de acero o un trozo de viga, al inicio y final del puntal. Es recomendable que el apuntalamiento se lleve de forma simétrica y colineal en los distintos niveles del inmueble, evitando asi una carga excesiva sobre el piso, dando cumplimiento a su función de absorber las cargas verticales que afectan al elemento dañado. II material más común para poder llevar a cabo una rehabilitación temporal, de uso frecuente en la industria de la construcción, es la madera. En realidad la madera se ha convertido en el primer método para el apuntalamiento de las estructuras dañadas por sismo. Entre las recomendaciones para su correcto uso está: emplearla para la transmisión de cargas verticales no muy excesivas y en caso que la transmisión de cargas sea de mayor magnitud se puede recurrir al método de arriostramiento. que consiste principalmente en la unión de secciones simples para la formación de secciones compuestas unidas por pequeños continúenteos a lo largo de la sección de madera. Los perfiles de acero se emplean como apuntalamiento en aquellos caso que las cargas verticales a trasmitir son de gran magnitud y se necesita de un elemento resistente para soportarlas, como lo muestra la figura 4.1. l-'ig Perfiles de acero para apuntalar (Construye. 2001).

56 51 Otros tipo de material que se ocupa con mucha frecuencia son los llamados andamios tubulares formados por marcos de acero, ver figuras se empican comúnmente en la cimbra de las construcciones, pero son utilizados también como método de apuntalamiento. Además podemos encontrar otro tipo de material para apuntalar: los denominados telescópicos, ver fig Estos puede usarse para cargas no muy grandes. I 'na característica de ambos métodos es que su utilización o empleo es de manera sencilla y también en combinación como lo muestra la fig. 4.7.,. - MOD.20 MOD MOD. 10 MOD. 04 Fig Modelos y medidas de los diferentes marcos tubulares para andamios (Construye. 2001). "i.., s- c* Fig Modo de empleo de los andamios (Construye. 2001).

57 52 K&: I-'ig L-mpleo de andamios en obra, semejante para cuando se requieran para apuntalar (Construye, 2001) Z20 l-'ig Sistema denominado telescópico (Construye. 2001).

58 53 *4 ' V r i i p I " MBMfc ^t I 7 ig limpien del sistema telescópico en obra (Construye. 2001). Fig Empleo de ambos sistemas, tanto andamios y telescópicos (Construye. 2001).

59 Apuntalamiento horizontal. El apuntalamiento horizontal, llamado también soporte lateral, tiene como objetivo absorber empujes laterales sobre la estructura en sus elementos dañados, es decir, se recurre a su uso cuando el edificio sufrió un desplome considerable en los elementos estructurales. de esta manera se prevé que el edificio se colapse. dando lugar al empleo del diseño de una protección temporal, procurando que la Iocali/.ación y colocación del soporte lateral afecte lo menos posible al funcionamiento y uso de las actividades del edificio, como también que permita la facilidad a los movimientos de reparación, en las figuras , y 4.12, se muestran ejemplos prácticos del soporte lateral. El apuntalamiento inclinado y los sistema de contraventeo son métodos empleados para lograr un soporte lateral adecuado. fig. 4.S. Se muestra un ejemplo del soporte lateral en la práctica (Construye, 2001).

60 55 Fig Otro ejemplo de soporte lateral (Construye. 2001). I : : - * / ÜJÜJjUl VIII [ llfttfftiñ?iwitnr- " «aii JffiWfflSÉMSB "ig Otro ejemplo de soporte lateral (Construye. 2001).

61 56 Fig Otro ejemplo más de soporte lateral en la práctica. Fn este caso en cimentación (Construye, 2001). Fig Otro ejemplo de soporte lateral (Construye, 2001).

62 57 Finalmente, gracias a la rehabilitación temporal vertical y horizontal se evita que los problemas que se presentan en las estructuras de concreto, en sus diferentes elementos estructurales, se incrementen. Evitan también la posibilidad de un colapso. Hs decir, la rehabilitación temporal cumple con una función importante en su momento para toda edificación, logrando de manera eficaz su objetivo que es principalmente salvaguardar la seguridad de todas y cada una de las vidas que intervengan de una u otra manera en la funcionalidad del edificio, así como la seguridad económica de pérdidas materiales internas o aquéllas que se encuentren en la vecindad del inmueble y. por supuesto, la misma seguridad del edificio REHABILITACIÓN DEFINITIVA O PERMANENTE Objetivo. Ivl objetivo de la rehabilitación definitiva es lograr que el edificio en estudio continúe en funcionamiento de acuerdo a la ocupación programada del inmueble: además de garantizar de cierta forma un mejor comportamiento sismo - resistente de la estructura para eventos sísmicos futuros Reporte de evaluación detallada. De acuerdo a lo visto en el capítulo anterior de evaluación, se obtiene un reporte en el cual el personal capacitado y con el equipo adecuado realizarán la rehabilitación definitiva especifica adecuada para el tipo de daño que haya sufrido el elementos estructural de concreto reforzado, además se proporcionará la solución más óptima al propietario del inmueble para que. junto con los Ingenieros, decida el futuro del inmueble.

63 ^x Diseño de rehabilitación. El diseño de la rehabilitación es un proceso complejo, puesto que abarca muchas situaciones que se deben analizar, pues no es sólo el acto de rehabilitar la estructura, sino además debe cuidarse también la funcionalidad, imagen, economía, entre otros aspectos que se deben conjugar para dar la mejor opción Métodos de rehabilitación definitiva. Debido a que existen diversos métodos de rehabilitación definitiva y cada uno de ellos tiene un fin explícito, es decir, que de acuerdo al problema que presente la estructura, se elige el método de rehabilitación que cumpla eficazmente: en esta sección de la tesis sólo se mencionarán algunos de estos métodos a continuación: Métodos de reparación en elementos de concreto reforzado. Algunas definiciones de reparación son las siguientes: "Es la recuperación de la capacidad sismo - resistente original" (Iglesias, 1992). "Proceso mediante el cual se restituyen las características estructurales originales de un edificio, o de sus elementos constitutivos, que han sufrido daño durante un evento sísmico." (Takeshi. 1996). "Consiste en restablecer las condiciones estructurales, totales y/o parciales, de un sistema estructural, que fueron degradadas por la incidencia de un sismo." (Takeshi. 1996). "Reparar el daño es intentar devolver a la estructura su resistencia original" (IMCYC, 1986). A continuación se presentan los diferentes métodos de rehabilitación considerados en este trabajo.

64 ' ' Invección de grietas.- Este método de reparación es utilizado cuando las grietas a reparar en los elementos de concreto reforzado no han sufrido daños que se consideren graves, es decir, que el concreto no haya sido afectado por aplastamiento, por lo que las grietas deben ser pequeñas, menores de 0.5mm de ancho. El material que se emplea en este método es la resina, principalmente, y en los casos quesea necesario se mezcla la resina con algún agregado para poder emplearlas en grietas de mayor tamaño, pero respetando el rango de que los daños sean menores en los elementos estructurales. Para la inyección de la resina se procura dejar libre de toda impureza la zona de la grieta donde se va a colocar aquello: para eso se auxilia con la utilización de aire a presión para desalojar el polvo y material de residuo que se encuentre en la grieta. Después se procede a colocar boquillas a lo largo de la longitud de la grieta con un espaciamiento de 20 a 50 cm. dependiendo de la longitud de la grieta, posteriormente se sella el resto de la grieta superficialmente con la ayuda de materiales como yeso, lechada ordinaria o en su delecto con cinta adhesiva: se procede a inyectar la resina adecuada al tipo de grieta por las boquillas que se han dejado ahogadas con anterioridad, comenzando la inyección de la resina por la boquilla que se encuentra en la parte más baja y continuado con la inmediata superior hasta terminar con la que se encuentra en la parte más alta. Se muestra en la figura la inyección de resina en una columna. Grietas en la columna / / boquillas para la inyección de resina entre boquilla y boquilla -+ de 20 cm a50cm se inicia rellenando / -la ultima boquilla columna. columna. de abajo. Fie Inyección de grietas en columna, (Iglesias. 1992).

65 60 En método es importante señalar que únicamente se logra recuperar de un 70% a un 80% aproximadamente de su rigidez antes del daño. Dentro de las características que se pueden encontrar son: tiene buena adherencia con el concreto y acero, una alta resistencia y dure/a. gran durabilidad, baja contracción. resistencia al ácido y álcali que se presenta en las construcciones, pero una de sus desventajas muy notable y la de mayor cuidado es que la resina que se inyecta es de baja resistencia a temperaturas elevadas, es decir, que a temperaturas mayores de 100 grados centígrados comienza a afectar sus cualidades mecánicas. II. Sustitución de materiales.- liste método consiste en la sustitución de materiales, es empleado cuando los daños en los elementos de concreto reforzado y estructurales de un edificio son considerados severos. Se procede a eliminar todo material viejo en mal estado. que se concluya que es material que ya no cumple ninguna función para la cual se colocó. dando lugar a rempla/arlo por material nuevo en buen estado para que cumpla las funciones que el elemento estructural necesite. Para poder llevar a cabo el remplazo de cualquier elemento estructural que haya sido dañado es necesario que con anterioridad se haya procedido a la colocación del sistema de apuntalamiento requerido por dicho elemento para poder liberarlo de toda carga como se explicó en la parte de rehabilitación temporal. Después del aplastamiento de concreto en un elemento estructural, es necesario recurrir al remplazo de los materiales afectados por este daño, como es el concreto y el acero de refuerzo. Con respecto al acero, si se encuentra muy dañado se recomienda el remplazo del mismo por medio del retiro del material afectado y la colocación de tramos de acero en buen estado, que pueden ser añadidos al elemento estructural por medio del traslape adecuado con el resto del acero de refuerzo que continúa en el elemento o en su defecto se procede a la colocación de los tramos de acero por medio de la soldadura adecuada, en las figuras y se muestra claramente en qué casos es factible usar este método.

66 (-1 Fig Pandeo del acero de refuerzo (Mermes, 2001). Fig Olro ejemplo de Pandeo del acero de refuerzo (Midas, 2001).

67 62 En el caso del concreto dañado por el efecto del aplastamiento, se debe retirar todo el material en mal estado del elemento fallado, por medio de un limpieza muy detallada en la superficie del material que aún sigue estando un buenas condiciones, la cual debe procurarse que sea impecable, ayudándose de un cepillo de cerdas de acero y con aire a presión, dejando una superficie rugosa para lograr la mejor adherencia entre el concreto nuevo y el concreto ya existente, para esto también es necesario que la colocación de la cimbra se haga holgada para poder proceder al colado del elemento estructural en forma más sencilla, de igual forma se da un ejemplo en el caso que se puede emplear este método. Fie Aplastamiento de concreto (Midas. 2001).

68 Métodos de refuerzo en elementos de concreto reforzado. Algunas definiciones de refuerzo son: "Es el proceso por el cual las características estructurales originales de un edificio, o de sus elementos constitutivos, que fueron dañados por el electo destructivo de un sismo se mejoran con respecto a la condición original que tenia antes de la ocurrencia de dicho exento" (Takeshi, 1996). "Consiste en proporcionara un sistema estructural, condiciones o características estructurales, totales y/o parciales, superiores a aquéllas que tenia hasta antes de que fueran degradadas por la incidencia de un sismo" (Takeshi, 1996), "Incremento de la capacidad sismo - resistente original y mejoramiento de la estructuración" (Iglesias. 1992). "El refuerzo de los elementos de concreto consiste en incrementar su resistencia \ su capacidad de deformación" (IMCYC.I986). "reforzar la estructura es aumentar racionalmente su resistencia y/o rigidez para mejorar el comportamiento del edificio en fuñiros sismos." (IMCYC. 1986). A continuación se presentan los diferentes métodos de refuerzo considerados en este trabajo. I. I'.ncamisado de concreto reforzado.- Existe un método llamado encamisado de concreto en columnas y vigas. Particularmente en columnas consiste en aumentar la capacidad sismo - resistente del elemento estructural, por medio de un tipo de envolvente al elemento afectado por el daño, con acero de refuerzo longitudinal y estribos o en su defecto se puede emplear malla electrosoldada. colocando un recubrimiento de concreto adicional. Para llevarlo acabo se debe tener precaución en la limpieza del elemento estructural a reforzar. dejando una superficie rugosa se obtendrá la mejor adherencia entre los materiales. Dependiendo de cómo se realiza el encamisado de la columna se incrementarán las propiedades de la estructura: si sólo es reforzada la columna en el entrepiso se logra incrementar el buen comportamiento ante fuerza cortante y ante carga axial además de