EFECTOS DEL SISMO DE CHILE EN LAS ESTRUCTURAS

Experto

Cámara Colombiana del Cemento y el Concreto – PROCEMCO

En la madrugada del 27 de febrero de 2010 a las 3:34 a.m. hora local tuvo lugar un sismo de magnitud 8,8 con epicentro a 35 km de profundidad, y localizado a 335 km al suroeste de Santiago, en las costas del Pacífico chileno. De acuerdo con el Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) el fenómeno causó la muerte de al menos 507 personas, gran parte de ellas por el tsunami que golpeó las zonas costeras pocos minutos después, además de daños en por lo menos 200.000 viviendas. El sismo se sintió con intensidad en Chile y Argentina y con menor fuerza en Brasil, Paraguay, Perú y Uruguay. En los 12 días posteriores al sismo se registraron 297 réplicas de magnitud 5,0 o superior, y 21 réplicas con magnitud 6,0 o superior.

 

Normativa de construcción en Chile

La norma NCh 433 contiene las especificaciones mínimas para el diseño sísmico de edificios y en el momento del sismo regía la versión de 1996. Al igual que la normativa Colombiana, la NCh 433 está orientada a:

 

  1. Lograr estructuras que resistan movimientos sísmicos de intensidad moderada sin daños.
  2. Limitar los daños en elementos no estructurales durante sismos de mediana intensidad.
  3. Aunque se presenten daños, evitar el colapso durante sismos de intensidad severa.

 

Tipología estructural de edificios evaluados

En años recientes, Chile ha experimentado un aumento muy notable en la construcción de edificaciones de gran altura, empleando un sistema estructural basado en muros de cortante en concreto caracterizado por concebir edificaciones que omiten los muros exteriores en la dimensión larga (sentido longitudinal), con el propósito de proveer espacios para los parqueaderos en el primer nivel y ventanales amplios de fachada en los siguientes pisos. Así, los únicos muros de cortante en la dirección longitudinal se localizan a lado y lado del corredor central del edificio, dejando espacios abiertos en los ejes exteriores. Dicha configuración pone en situación vulnerable los muros de cortante de la dimensión corta (dirección transversal) ya que ellos son los responsables de soportar los esfuerzos que impone la oscilación generada por el sismo en la dirección corta, que a su vez es la más esbelta. Generalmente los muros transversales son ubicados con espaciamientos fijos a lado y lado del corredor, a diferencia de los dos muros externos que cubren la totalidad del lado. Por lo general, dichos muros presentan aberturas para puertas y ventanas, lo que aumenta su vulnerabilidad. En un estudio que comprendió más de 20 edificaciones no se encontró el uso de losas aligeradas. Únicamente se encontraron losas macizas de concreto con espesores entre 15 y 20 cm sin presencia de vigas de amarre entre los muros y que, en algunos casos, se veían extremadamente delgadas para las luces que salvaban (> 5m), o para los voladizos que formaban (de hasta casi 3 m). A continuación se describen algunos de los edificios que fueron evaluados o sujetos a inspección:

 

Edificio Alto Río, Concepción

Edificio residencial de 15 pisos de altura, construido un año antes de la ocurrencia del sismo. Su dimensión larga en planta estaba orientada en la dirección noroeste. Presentó falla en su base, volcándose hacia el norte, y partiéndose a nivel del piso 9. De acuerdo con testimonios de los sobrevivientes, el edificio no aguantó más de 30 segundos el movimiento sísmico. Según algunos informes, el edificio ya había sufrido daños durante un sismo de magnitud 5,3 que había afectado a Concepción en diciembre de 2009. Durante la inspección visual desde el exterior fue posible apreciar la presencia de barras de acero de 8 o 9 mm de diámetro en el refuerzo vertical principal de los muros estructurales, la carencia de elementos de borde y la presencia de traslapos de longitudes mínimas en la base misma del edificio, sin alternancia de los traslapos dado que absolutamente todas las barras se traslapaban en el mismo punto; igualmente llamó la atención que los fragmentos de concreto presentaban bordes redondeados y no angulosos, lo que sembró dudas sobre la calidad y resistencia del material.

Colapso del edificio Alto Río. La torre se volcó desde la base hacia el costado oriental. Crédito: Archivo PROCEMCO

Torre O`Higgins, Concepción

Edificio de 22 niveles de oficinas, con irregularidades en planta y altura asociadas a detalles y retrocesos arquitectónicos y con su dimensión larga en planta orientada en dirección noroeste. En su momento era el edificio más alto de la ciudad y se inauguró a finales de 2009. Presentó falla en el piso 12, sin sufrir colapso general, pero sufriendo averías irreparables desde el piso 12 hasta la corona. La posibilidad de colapso ante las réplicas obligó a evacuar edificaciones cercanas y a cerrar calles vecinas.

 

Torre O’Higgins, cuyo piso 12 falló aparentemente a causa de la demolición de un eje estructural de muros por parte de los responsables de las oficinas ubicadas en dicho nivel. Crédito: Archivo PROCEMCO

Edificio Olas, San Pedro de La Paz

Proyecto de tres edificaciones adosadas entre sí, que en planta formarían una “S” y que presentaban arquitectura escalonada. En el momento del sismo se habían construido dos torres: la primera variaba entre 5 y 10 niveles, y la segunda entre 11 y 15 niveles, ambas con la dimensión larga en planta orientada en sentido norte sur. La tercera torre estaba proyectada para 20 niveles. La segunda torre presentó daño severo en muros estructurales transversales, sobre todo en el costado sur, donde alcanzaba su altura máxima. El muro del costado sur presentó una fractura en todo su ancho, a nivel del primer entrepiso, con desplazamiento horizontal que indujo una pérdida de verticalidad de toda la edificación. Se evidenciaron pandeo, fluencia y falla de las barras de acero verticales, carencia de amarres adecuados de las barras de acero horizontales con las verticales y presencia de ganchos a 90º en el cierre de las barras horizontales, en ocasiones con longitudes de desarrollo insuficientes.

Detalle de los daños sufridos en el muro de cortante del costado sur de la segunda torre del Edificio Olas Crédito: Archivo PROCEMCO

Edificio Alto Huerto, San Pedro de La Paz

Edificio de 15 pisos de vivienda y oficinas, en etapa de entrega en el momento del sismo, con la dimensión larga orientada en sentido norte-sur. Se observó la existencia de capiteles en la zona de los sótanos, posiblemente para subsanar las grandes luces de la losa maciza, la presencia de muros estructurales de pequeña sección transversal reducidos prácticamente a columnas pero sin los requisitos de refuerzo a cortante de las mismas, y la existencia de grandes voladizos en su perímetro (más de 3 m, con espesor de losa no mayor de 17 cm). Además, muros de corte apoyados sobre vigas, dado que los muros se interrumpían en el sótano para dar lugar a vías y espacios de parqueadero. El edificio presentó daños en muros transversales del primer nivel y del sótano de parqueaderos, en algunos casos con falla por compresión evidenciada por el pandeo y falla de las barras de acero verticales y la desaparición del concreto posiblemente por falla explosiva, y en algunos otros con fallas a flexocompresión. Se observó también la separación y abertura de los estribos o barras horizontales, cerrados con ganchos a 90º. Igualmente se presentó punzonamiento de las losas de entrepiso por parte de los muros en los voladizos, posiblemente por oscilación de los mismos ante la componente vertical del movimiento. Se destaca la falla de los dinteles que coronaban las puertas de acceso a los apartamentos, lo que impidió la evacuación de las viviendas durante y después del sismo, obligando en muchos casos a derribar puertas.

Falla a compresión de muro de cortante ubicado en el sótano de parqueaderos del Edificio Alto Huerto. Crédito: Archivo PROCEMCO
Falla por flexocompresión en muro del primer nivel (sector parqueadero) del Edificio Alto Huerto. Crédito: Archivo PROCEMCO

Torre Conjunto Bosquemar, San Pedo de La Paz

Proyecto que contemplaba 9 torres de alturas entre 16 y 22 niveles. En el momento del sismo solo 2 torres estaban construidas. La torre sur, con 20 niveles y con la dimensión larga orientada en sentido norte sur presentó daño severo en los muros transversales de los niveles 1 y 2, similares a los descritos en los edificios Olas y Alto Huerto, así como la falla de muros de cortante de pequeña sección transversal ubicados en el perímetro; también se identificaron varios muros con patrones de falla en X. Además del daño a nivel de dinteles de puertas, fueron notables los daños a nivel de la cara inferior de las losas de entrepiso frente a dichas puertas.

Daño en muro perimetral de pequeña sección transversal de la Torre Sur del Conjunto Bosquemar. Crédito: Archivo PROCEMCO

Bibliografía

  • Bravo López, Álvaro Camilo, Hewitt Valbuena, Víctor Manuel. “Polos opuestos: Evaluación post sísmica de estructuras tras los eventos de Haití y Chile”.

CONCLUSIÓN

Entre los posibles factores que contribuyeron a la escala del daño apreciado en los edificios se consideran:

  1. las condiciones de suelos blandos, las cuales permiten la amplificación de las ondas sísmicas e inducen una importante interacción suelo-estructura. De hecho, algunos reportes establecen que se presentaron aceleraciones espectrales en el rango de periodos largos mayores que aquellas especificadas por la normativa chilena de sismo resistencia vigente en ese momento.

 

  1. La ausencia de muros exteriores en la dimensión larga de los edificios.

 

  1. Aunque es muy probable que en su diseño los edificios hayan sido modelados considerando diafragmas rígidos -ante lo cual los muros habrían sido diseñados esencialmente como muros de cortante-, sobreestimando las fuerzas de corte y subestimando las fuerzas axiales y las fuerzas actuantes en el plano de dichos elementos verticales- también es posible que el espesor de las losas macizas utilizadas y las luces existentes no garantizaran el cumplimiento de dicha suposición de diseño.

 

  1. Existe alta posibilidad de que el movimiento fuerte generado por el sismo tuviera una tendencia direccional, sobre todo en áreas cercanas al epicentro, creando aceleraciones altas en una dirección.

 

  1. Pobre detallado del acero de refuerzo. Se apreció la carencia de estribos que amarraran las barras de acero perimetrales de los muros, así como el uso de ganchos a 90º en las barras de acero horizontales ubicadas en los extremos de los muros de cortante.

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