EL PORTAL DE LA ENCICLOPEDIA MUNDIAL DE LAS CONSTRUCCIONES DE VIVIENDA EN ZONAS SISMICAS. Marcial Blondet, Svetlana Brzev, César Loaiza RESUMEN

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1 EL PORTAL DE LA ENCICLOPEDIA MUNDIAL DE LAS CONSTRUCCIONES DE VIVIENDA EN ZONAS SISMICAS Marcial Blondet, Svetlana Brzev, César Loaiza RESUMEN Durante los últimos cuatro años, el Instituto de Investigación en Ingeniería Sísmica de los Estados Unidos (EERI) y la Asociación Internacional de Ingeniería Sísmica (IAEE) han venido desarrollando una enciclopedia virtual que reúne las técnicas constructivas de vivienda empleadas en las zonas sísmicas del mundo. El objetivo de esta enciclopedia es realizar una categorización global de las técnicas constructivas de vivienda empleadas en el mundo, mostrando un particular énfasis en sus características sísmicas. La enciclopedia virtual ha sido desarrollada como una base datos para la consulta de los visitantes del portal ubicado en Este proyecto se inició como un esfuerzo voluntario de más de 180 eminentes ingenieros y arquitectos de 47 países. El portal de la enciclopedia brindó a estos profesionales la oportunidad de compartir sus conocimientos sobre técnicas constructivas de vivienda y de comunicarse entre sí como usuarios de la base de datos resultante. La enciclopedia virtual contiene actualmente 92 técnicas constructivas correspondientes a 34 países, y la información se sigue incrementando continuamente. Para algunas de las tipologías constructivas, éste es el único portal virtual con información detallada, disponible en inglés. La información contenida en el portal de la enciclopedia incluye ejemplos de las contribuciones de los países participantes. Cada contribución describe una técnica constructiva distinta y contiene información sobre más de 60 temas. Por ejemplo, se describen las características arquitectónicas y estructurales, la información socioeconómica de los habitantes, las características sísmicas (resistencia y vulnerabilidad), el comportamiento sísmico, y las técnicas de refuerzo empleadas en cada país. La enciclopedia enfatiza el comportamiento sísmico de las técnicas constructivas durante sismos pasados y las estrategias de refuerzo sísmico empleadas en cada país participante. Con más de 3000 visitantes por mes, la enciclopedia virtual está probando ser una herramienta efectiva de intercambio de información entre una audiencia grande y geográficamente variada. Este artículo presenta la estructura del proyecto de la enciclopedia mundial de vivienda, incluye algunos ejemplos de la información contenida en ella, y da a conocer su valor como instrumento virtual para el intercambio de conocimiento. 1. INTRODUCCIÓN El proyecto de la Enciclopedia Virtual se inicio gracias al esfuerzo del Instituto de Investigación en Ingeniería Sísmica de los Estados Unidos y la Asociación Internacional de Ingeniería Sísmica del Japón. Estas instituciones desarrollaron un portal virtual, dinámico e interactivo de las construcciones de vivienda en zonas sísmicas del mundo, el cual esta ubicado en: El principal objetivo del proyecto es crear una herramienta eficaz de intercambio de conocimiento sobre técnicas constructivas de viviendas empleadas en zonas sísmicas del mundo. La Enciclopedia Virtual es una herramienta de gran utilidad para ingenieros estructurales, expertos en desarrollo urbano y organismos internacionales preocupados por el desarrollo sostenible y la reducción del riesgo sísmico. 1

2 El proyecto de la Enciclopedia se inicio en Enero del 2000, realizando su primera convocatoria de participantes en el 12avo Congreso de Ingeniería Sísmica realizado en Auckland, Nueva Zelanda. Este congreso contó con una renombrada audiencia internacional de más de 200 participantes. Como resultado de esta primera convocatoria se registraron más de 100 voluntarios, quienes contribuyeron con su conocimiento sobre las técnicas constructivas empleadas en sus países. El comité organizador de la Enciclopedia realiza reuniones periódicas entre sus participantes para discutir sobre los avances del proyecto. La primera reunión se realizo en Junio del 2001 en el Colegio Europeo de Estudios Avanzados de Riesgo Sísmico en Pavia, Italia. En esta reunión se discutieron los progresos, se intercambio información sobre sistemas constructivos, y se realizaron recomendaciones para mejorar la Enciclopedia. A esta reunión acudieron 36 participantes del proyecto correspondientes a 26 países. En el Portal de la Enciclopedia se puede apreciar un reporte detallado sobre los principales temas discutidos en esta reunión. 2. FORMA ESTANDAR DE CONTRIBUCION El comité organizador del proyecto desarrolló una forma estándar de contribución, la cual permite describir las tipologías constructivas de cada país. Esta forma contiene 60 preguntas sobre diversos aspectos relevantes de las construcciones de vivienda, los cuales incluyen: características arquitectónicas, características estructurales, resistencias de materiales, deficiencias sísmicas, comportamiento sísmico, técnicas de refuerzo, materiales de construcción, procedimientos constructivos e información sobre pólizas de seguro contra sismos. Los miembros del comité identificaron más de 30 sistemas estructurales agrupados según el material constructivo predominante: albañilería, concreto, acero o madera. La información proporcionada en la forma es complementada con ilustraciones, fotos y figuras, que describen las características de la tipología constructiva en estudio. Si bien la forma estándar contiene preguntas comunes para todas las técnicas constructivas, cada contribución presenta información única sobre un determinado tipo de sistema estructural. El hecho de responder a un juego común de preguntas permite comparar los diversos aspectos de las técnicas constructivas. En una primera etapa del proyecto se logro recolectar una gran cantidad de formas correspondiente a diversos países participantes, las cuales fueron publicadas en el Portal Virtual. En una segunda etapa, la cual se encuentra actualmente en marcha, se sigue recolectando formas y se les está reuniendo en una sola base datos interactiva. Los usuarios del Portal Virtual tienen ahora la flexibilidad de decidir los tipos de preguntas y reportes que deseen generar. La tabla 1 muestra la relación de países participantes y sistemas estructurales disponibles en el Portal Virtual de la Enciclopedia. 2

3 TABLA 1 Algeria: mampostería de piedra Argentina: albañilería simple, albañilería confinada, mampostería de adobe Canadá: muros de corte de concreto armado, pórticos de madera Chile: columnas de acero y muros de corte de concreto armado, muros de corte de concreto armado, pórticos y muros de corte de concreto armado, albañilería armada, albañilería confinada China: albañilería simple con cimientos aislados Chipre: pórticos de concreto armado Colombia: albañilería simple, pórticos de concreto armado, albañilería armada El Salvador: mampostería de adobe Eslovenia: mampostería de piedra, albañilería simple, albañilería confinada Estados Unidos: pórticos de madera Federación Rusa: albañilería armada, muros prefabricados, paneles de madera Grecia: pórticos de concreto armado, mampostería de piedra India: mampostería de piedra, albañilería simple, muros de tierra compactada, pórticos de concreto armado con muros de albañilería simple Indonesia: albañilería simple Irán: pórticos de acero, albañilería confinada Italia: pórticos de concreto armado, albañilería simple, mampostería de piedra Kazajstán: paneles de concreto prefabricado Malasia: pórticos de concreto armado Malawi: muros de tierra, albañilería simple de ladrillos de arcilla no cocida Nepal: mampostería de piedra Perú: albañilería confinada, mampostería de adobe República de Kyrgistan: paneles de concreto prefabricado, pórticos de concreto prefabricado, muros de baldosas de arcilla, pórticos de madera, albañilería simple, columnas y losas de concreto armado sin vigas, muros de corte de concreto armado, muros de tierra Siria: pórticos de concreto armado, pórticos de concreto armado y muros de corte Taiwán: pórticos de concreto armado con muros de albañilería simple Territorios Palestinos: pórticos de concreto armado, muros de albañilería y concreto simple Turquía: pórticos de concreto armado con muros de albañilería simple Uzbekistán: pórticos prefabricados de concreto armado Venezuela: albañilería confinada Yugoslavia: pórticos de concreto pretensados y prefabricados, albañilería confinada 3. CATEGORIAS DE CLASIFICACION DE LA INFORMACION La forma estándar contiene información clasificada en las siguientes categorías: Información General, Características Arquitectónicas, Información Socio-económica, Características Estructurales, Comportamientos Sísmico y Vulnerabilidad Sísmica, Patrones de Daño Sísmico, Materiales y Procedimientos Constructivos, Costos de Construcción, Seguros contra Sismos y Técnicas de Refuerzo Sísmico. A continuación se detallan cada una de estas categorías. Información General En esta categoría se presenta un resumen general que describe las principales características de la técnica constructiva. Adicionalmente, se indica el periodo de práctica, las regiones del país en las cuales se emplea la técnica, y si la tecnología constructiva es comúnmente empleada en zonas urbanas o rurales. Las Tablas 2 y 3 muestran los resúmenes generales y algunas fotos e ilustraciones de las contribuciones realizadas por los países de Colombia y Estados Unidos. 3

4 TABLA 2 COLOMBIA Edificio con muros de albañilería simple de arcilla y losas de concreto armado Este un típico edificio multifamiliar ubicado en las zonas urbanas de Colombia. Esta técnica constructiva considerada moderna, constituye aproximadamente el 50% de los edificios de vivienda de mediana altura (entre 4 y 6 pisos) construidos en los últimos 25 años en Colombia. Si bien esta técnica es anterior a la publicación de los códigos sísmicos colombianos, algunos de los edificios de este tipo fueron construidos después de la primera edición del Código Sísmico Colombiano de Este tipo de construcción puede ser encontrado sobre terreno planos o sobre pendientes de cerros. Su irregularidad de rigidez vertical puede generar efectos sísmicos desfavorables. Este tipo de construcción es considerada como sísmicamente muy vulnerable, debido a la prácticas constructivas deficientes y a sus inadecuados refuerzos sísmicos. Características Arquitectónicas Se responde en esta categoría a una serie de preguntas sobre las principales características arquitectónicas de la tipología constructiva en estudio. Se detallan: número y dimensiones de puertas y ventanas, ubicación de la vivienda (en terrenos planos o sobre pendientes de cerros), configuración típica en planta, uso de la vivienda, principales vías de escape y modificaciones comúnmente realizadas a la vivienda. Información Socio-económica En esta sección se incluye información socio-económica relevante sobre los habitantes de la vivienda. A través de una serie de cuadros y preguntas puntuales el participante debe indicar: número de habitantes por unidad de vivienda, número de baños o letrinas, nivel económico de los habitantes, fuentes típicas de financiamiento para la adquisición de la vivienda, entre otros datos. También se incluye información estadística sobre los porcentajes de población de los distintos niveles económicos, y el ratio del valor de la vivienda y los ingresos anuales de sus habitantes. 4

5 TABLA 3 ESTADOS UNIDOS Vivienda unifamiliar de madera Las viviendas de madera son de uso muy común en los Estados Unidos. Estas viviendas pueden ser encontradas en zonas rurales, suburbanas y urbanas del país. Antiguamente en el este, centro y sur de los Estados Unidos se empleaba el ladrillo y la piedra en la construcción de viviendas, sin embargo, aproximadamente a inicios del siglo XIX estas técnicas fueron reemplazadas por construcciones de madera. Desde entonces, las viviendas de madera fueron altamente desarrolladas y producidas masivamente. Los elementos estructurales de madera fueron estandarizados gracias a la compatibilidad de las dimensiones de puertas, ventanas, e instalaciones eléctricas y sanitarias. Los muros de madera permiten diferentes niveles de flexibilidad arquitectónica. Las construcciones de madera tienen un buen comportamiento sísmico debido a su poco peso, su adecuada densidad de muros y sus eficientes conexiones clavadas. Estas construcciones son supervisadas y reguladas según normas de construcción en zonas sísmicas. En pueblos pequeños o en zonas rurales puede no existir un control de calidad en la construcción de estas viviendas. Características Estructurales Esta categoría es una de las de mayor importancia para la Enciclopedia. Los participantes explican en esta sección las principales características de los elementos del sistema estructural encargados de resistir las fuerzas sísmicas y las fuerzas de gravedad. Se emplean diversas tablas para describir el tipo de sistema estructural, la cimentación y las losas de entrepiso o techos. Toda esta información se complementa con una vista en planta de la vivienda típica e ilustraciones en tres dimensiones del sistema estructural. Adicionalmente, se detallan algunos parámetros típicos de la vivienda como: dimensiones en planta, número de pisos típico, altura de entrepiso, luz promedio entre ejes y densidad de muros. En un último acápite se indica el posible rango de variación de la información proporcionada en esta sección. Las Tablas 4 y 5 ilustran las principales características estructurales de la tecnología constructiva de albañilería confinada empleada en el Perú y en Yugoslavia. Esta técnica constructiva es una de las más usadas alrededor del mundo, particularmente en Latinoamérica y Europa Mediterránea. 5

6 TABLA 4 PERU Albañilería Confinada Material: Albañilería de arcilla y concreto armado Sistema Estructural: Albañilería y Concreto Subtipo: Albañilería confinada con columnas y vigas de concreto armado Tipo de Cimentación: superficial cimientos corridos de concreto ciclópeo Sistema de losa y techo: Losa: viguetas de concreto armado y bloques de arcilla Techo: viguetas de concreto armado y bloques de arcilla Comentarios adicionales: Las losas y techos se consideran como diafragmas rígidos en el análisis sísmico. Número de pisos típico: de 3 a 5 pisos Densidad de muros típica: 9% TABLA 5 YUGOSLAVIA Albañilería Confinada Material: Albañilería de arcilla y concreto armado Sistema Estructural: Albañilería y Concreto Subtipo: Albañilería confinada con columnas y vigas de concreto armado Tipo de Cimentación: superficial cimientos corridos de concreto armado Sistema de losa y techo: Losa: viguetas de concreto armado y bloques de arcilla Techo: viguetas de concreto armado y bloques de arcilla Comentarios adicionales: de acuerdo al reglamento nacional de construcciones yugoslavo las losas y techos se consideran en el análisis sísmico como diafragmas rígidos. Número de pisos típico: de 2 a 4 pisos Densidad de muros típica: 6 a 12% Comportamiento Sísmico y Vulnerabilidad Sísmica La forma estándar contiene en esta categoría una tabla muy detallada que describe las principales virtudes y deficiencias sísmicas de la técnica constructiva. Esta tabla se creo en base al Manual de Evaluación de la Vulnerabilidad Sísmica en Edificaciones desarrollado en los Estados Unidos. Los participantes deben responder en esta tabla a una serie de afirmaciones como verdaderas, falsas o no aplicables, como por ejemplo la edificación es simétrica tanto en planta como en elevación. Adicionalmente, en una segunda tabla se indican los principales rasgos sísmicos de los elementos estructurales como muros, columnas y losas. Finalmente, se evalúa la vulnerabilidad sísmica de la vivienda en base a la Escala Macro-sísmica Europea, preparada por la Comisión Europea de Sismología. La información presentada en esta sección se complementa con fotos o ilustraciones 6

7 apropiadas. La Foto 1 muestra algunas de las deficiencias sísmicas de las construcciones con muros portantes de albañilería de piedra de Grecia. Patrones de daño sísmico FOTO 1 Los participantes en esta categoría detallan información sobre terremotos pasados ocurridos en sus países que hallan afectado a la tecnología constructiva en estudio. Los terremotos son agrupados mediante una tabla según el año, el epicentro, la magnitud en escala Richter, y la máxima intensidad en la escala Modificada de Mercalli. Esta tabla incluye además comentarios sobre los tipos de daños ocurridos durante estos terremotos. En esta categoría se muestran fotos en las que se puede apreciar el daño causado por los terremotos. Estas fotos son de gran utilidad para ingenieros estructurales, ya que les permite comparar el comportamiento sísmico de las diversas tipologías constructivas. La Foto 2 muestra el colapso parcial de un edificio de albañilería sin refuerzo con losas de concreto armado prefabricadas en la República de Kyrgistan. La Foto 3 muestra el colapso total de un edificio de pórticos de concreto armado con muros de relleno de albañilería en Turquía. FOTO 2 FOTO 3 7

8 Materiales y Procedimientos Constructivos Esta sección incluye: principales propiedades mecánicas de los materiales empleados, características generales del proceso constructivo, experiencia de los ingenieros o arquitectos encargados del diseño y construcción, reglamentos de construcción, licencias de construcción, rol de los ingenieros y arquitectos involucrados en la construcción, etapas de la construcción, mantenimiento de las edificaciones, códigos de supervisión y problemas típicos relacionados a los procesos constructivos. Costos de la Construcción Los participantes indican el costo por m 2 de construcción de la técnica constructiva, expresado en moneda local y en dólares americanos. Adicionalmente, se explican los principales detalles de las labores de construcción y el número de días requerido para finalizar la obra. Seguros contra terremotos En esta categoría se detalla información sobre pólizas de seguro contra sismos. Se indica primero si existen pólizas de este tipo y si cubren costos de reparación o construcción de una edificación nueva. Finalmente, los participantes explican los tipos de coberturas de las pólizas y si es común que los habitantes las adquieran. Técnicas de Refuerzo Sísmico Otra categoría importante de la Enciclopedia es el estudio de las técnicas de refuerzo sísmico disponibles para cada técnica constructiva. Si bien en algunas tipologías constructivas no se requieren refuerzos o no se ha implementado ninguno, existen otras tipologías que cuentan con un amplio rango de técnicas de refuerzo. La enciclopedia cumple por medio de esta categoría con su objetivo de permitir el intercambio de conocimiento. En esta sección se incluye información muy detallada sobre estas técnicas de refuerzo, y se les pide a los participantes proporcionar la mayor cantidad de información posible sobre las técnicas de refuerzo que hallan sido probadas durante terremotos reales. La Figura 1 ilustra los detalles de las técnicas de refuerzo de un edificio de pórticos de concreto armado en Turquía. La Foto 4 muestra la realización de los trabajos de reforzamiento para este mismo edificio después del terremoto de Turquía de FIGURA 1 FOTO 4 8

9 4. LA BASE DE DATOS INTERACTIVA En esta segunda etapa del proyecto se viene desarrollando la base de datos interactiva, por medio de la cual el usuario del Portal Virtual podrá buscar información concerniente a parámetros particulares que seleccione, tales como: país, construcción urbana o rural, riesgo sísmico, uso de la edificación, materiales de construcción, sistema estructural, ranking de vulnerabilidad sísmica y nivel socio-económico de los habitantes. Adicionalmente, el usuario podrá generar gráficos, tablas y presentaciones, visualizar fotos y dibujos, e imprimir reportes de las formas. La Figuras 2 y 3 ilustran algunas de estas características de la base de datos interactiva. FIGURA 2 FIGURA 3 Los usuarios del portal podrán comparar las resistencias y vulnerabilidades de los diversos sistemas constructivos y tecnologías de refuerzos que hayan sido probados en los diferentes países. La Enciclopedia también podrá brindar información general sobre el número total de habitantes de cada tipología constructiva en el mundo, y un indicador de la percepción general de la vulnerabilidad sísmica de las tipologías constructivas en cada país. El Portal Virtual contendrá información básica sobre la naturaleza de los terremotos, el comportamiento sísmico de las edificaciones, y las estadísticas globales de las viviendas compiladas según los indicadores del Banco Mundial y las Naciones Unidas. Algunas de estas variables incluirán porcentajes de población rural y urbana, precio de la vivienda e ingreso familiar promedio. La Enciclopedia también contendrá enlaces a páginas web de interés de los participantes, y enlaces a páginas con publicaciones desarrolladas por los propios participantes del proyecto sobre temas de vivienda. La Enciclopedia incluirá información específica de cada país sobre: riesgo sísmico, códigos sísmicos, tasa general de incremento de viviendas en zonas urbanas y rurales, densidad urbana y rural de viviendas, patrones general del clima e información de viviendas colapsadas en terremotos pasados. El proyecto de la Enciclopedia culmino su primera etapa a fines del año Sin embargo, se continuará recopilando información sobre técnicas constructivas, por lo que serán bienvenidos los ingenieros y arquitectos que deseen participar en el proyecto. 9

10 5. AGRADECIMIENTOS Este proyecto sólo se pudo realizar gracias al esfuerzo voluntario de todos sus participantes. Nos gustaría agradecer particularmente a los autores de las primeras contribuciones: T. P. Tassios, Grecia; Chris Arnold, Estados Unidos; John Robertson, Canadá; Cesar Loaiza, Perú; Ofelia Moroni, Chile; Behrokh Hosseini-Hashemi, Irán; Louis Mejia C., Colombia; y Polat Gulkan, Turquía. 10

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