INTRODUCCION

En este informe descriptivo se citan y explican los tipos de fallas más importantes que se registran en estructuras de concreto reforzado y mampostería, tras la ocurrencia de eventos sísmicos o fallas por esfuerzos. Los aquí citados corresponden a eventos sísmicos-estructurales anteriores en distintas localidades del Cajamarca.

“El entendimiento del comportamiento sísmico de las estructuras ha requerido de la identificación de las características que han conducido a las fallas, o bien, a un buen comportamiento estructural, y, también, del análisis de los tipos de daños y de sus causas” (Serrano L.R. 2001).

Por lo general, estas fallas pueden deberse a:

a) Inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos tales como columnas y muros.

b) Grandes esfuerzos de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas.

c) Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas, o a falla de cortante.

d) Grandes esfuerzos en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o acoplados.

e) Falla por impacto de tanques elevados

f) Punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planas,

g) Falla por piso blando

h) Golpeteo entre edificios.

i) Amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios.

j) Grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causado por elementos no estructurales.

La importancia de las fallas estructurales relaciona muy estrechamente a la calidad que se tiene en la construcción, es por eso que detallaremos algunos conceptos sobre calidad en construcción y condiciones en las que se encuentra la actual situación de la construcción en Perú.

I. CALIDAD EN LA CONSTRUCCION:

El sector de la construcción el cual es muy importante para la creación de grandes cantidades de dividendos, es fundamental para el desarrollo de una región; ha evolucionado hasta tomar diferentes formas que se adaptan a las necesidades de cada país.

En nuestro medio encontramos diferentes sistemas constructivos, dentro de los cuales se pueden apreciar obras de toda índole, en donde podemos apreciar desde obras altamente técnicas hasta obras con los mínimos requisitos de calidad y en condiciones deplorables. Teniendo en cuenta lo anterior podemos dividirlas en tres grupos:

1. Construcciones de buena calidad1.1 Proyectos de empresas tecnificadas1.2 Proyectos de presupuestos limitados pero con las intenciones de cumplir

cabalmente los requisitos técnicos.2. Construcciones de mala calidad

2.1 Proyectos a cargo de personas no idóneas2.2 Proyectos a cargo de personas poco éticas

3. Construcciones informales

II. CONTROL DE CALIDAD:

La construcción es un proceso muy complejo, debido al gran número de participantes y a la dificultad de coordinar satisfactoriamente su trabajo en la obtención de un producto terminado que satisfaga al usuario. En la actualidad existen proyectos de mala calidad en donde se nota la insatisfacción e inseguridad del usuario y que además repercuten en los altos costos de construcción y mantenimiento, es por eso que se requiere de un control de calidad en todas las etapas en las que se lleva a cabo el proyecto.

Como carácter general se puede afirmar que en nuestro país existen muchos controles tanto en la etapa de diseño como en la construcción de la obra; lastimosamente en nuestro país, pese a tener rigurosos controles se nota claramente la informalidad de las construcciones.

1. Control de calidad en el diseño.Desde el punto de vista del control de calidad, el diseño es la etapa más importante del proyecto, pues es cuando se determinan las características funcionales y de seguridad del a construcción. La calidad del diseño depende fundamentalmente de los requerimientos del usuario, sea este independiente o sea público, en cualquiera delos dos casos mientras más concretas y precisas sean las especificaciones, más fácil será para el proyectista la elaboración de un diseño que satisfaga al usuario, que tengan a su vez un buen desempeñó estructural y de un costo real y justo.

2. Control de calidad en obra.Una vez definidos los diseños, es necesario asegurar la calidad de conformación de la obra con las especificaciones establecidas. Ello implica una acción de control sobre los siguientes puntos:

Selección de contratistas y subcontratistas Selección e inspección de materiales Selección de tecnologías Control de la construcción Inspección final

Es indudable que la calidad de la construcción de la obra depende esencialmente de la calidad de la mano de obra empleada. Ello se debe a la gran cantidad de operaciones en donde tiene que ver directamente la habilidad, experiencia y conocimientos de las personas involucradas.

Todo lo acontecido anteriormente es de gran importancia en el campo del análisis estructural, debido a que la gran mayoría de las patologías y fallas producidas en las estructuras es debido a la importancia que tiene el control de calidad, y más aún cuando es de tipo constructivo.

III. PATOLOGÍAS EN LAS EDIFICACIONES

La vulnerabilidad de las estructuras suele reflejase a través de patologías que aparecen en las edificaciones, ocasionando múltiples efectos, desde pequeños daños y molestias para sus ocupantes, hasta grandes fallas que pueden causar el colapso de la edificación o parte de ella. La diversidad de patologías que se manifiestan en las edificaciones es infinita; además de ser un tema muy complejo. Difícilmente se logra determinar con precisión, las causas o motivos de muchas de las manifestaciones que presentan las estructuras; en muchos casos ni siquiera la experiencia de un experto es suficiente para dar una respuesta totalmente certera. Por ejemplo, las causas de aparición de una grieta en una edificación, pueden ser múltiples; algunas veces es posible identificarlas fácilmente, pero otras veces no lo es. Una manera sencilla de clasificar las patologías que se presentan en las edificaciones, es subdividiéndolas según su causa de origen. De acuerdo a esto, las patologías pueden aparecer por tres motivos: Defectos, Daños o Deterioro.

1. Patologías causadas por defectos:Diversos estudios realizados por diferentes entidades del sector de la construcción, han concluido que los daños que surgen en las edificaciones, se deben en mayor medida, a los defectos durante las fases de diseño y construcción del proyecto.

Las fases de diseño y construcción son cruciales en la permanencia, durabilidad y conservación de la edificación durante su vida útil, son fases determinantes en el comportamiento de la estructura cuando sea sometida a fuerzas externas, como las impuestas por los sismos, o a cualquier otra carga adicional e imprevista que pueda presentarse.

Debido a que las fuerzas sísmicas son las que inciden con mayor impacto sobre las estructuras, y son las que han causado mayores daños en edificaciones escolares a nivel mundial, nos enfocaremos en el estudio de los efectos que producen los eventos de esta naturaleza, los eventos sísmicos; así como en las consideraciones necesarias para elaborar un apropiado diseño de estructuras sismorresistentes.En términos generales, las cualidades de un buen diseño sismorresistente se pueden resumir en:

A continuación se presentan los tipos de fallas más comunes en estructuras.

1. FALLA DEL BLOQUE DE UNIÓN EN LAS CONEXIONES VIGA-COLUMNA DEBIDA AL DESLIZAMIENTO DE LAS VARILLAS ANCLADAS, O A FALLA DE CORTANTE:

Con frecuencia, en las conexiones entre los distintos elementos estructurales se presentan elevadas concentraciones y complejas condiciones de esfuerzos, mismos que han conducido a distintos y numerosos casos de falla especialmente en las uniones entre muros y losas de estructuras a base de paneles, entre vigas y columnas en estructuras de marcos, entre columnas y losas planas, y entre columnas y cimentaciones.La figura 3.1 muestra una falla por desconchamiento del concreto debido a un anclaje defectuoso entre viga y columna.

FIGURA 3.1 Desconchamiento del concreto en unión viga-columna

La falla de una conexión viga-columna debida a la escasez de anclaje del refuerzo de la columna en su unión con el sistema de piso se ilustra en la figura 3.2.

FIGURA 3.2 Falla en unión viga-columna por escasez de anclaje en la conexión de la columna con el sistema de piso.

FIGURA 3.3 Falla por deficiente adherencia en conexión viga-columna y croquis de anclaje a 90º para el desarrollo de la fluencia

requerida ante solicitaciones cíclicas propias de la acción sísmica.

FIGURA 3.4 Mala confinación al momento de realizar la construcción

FIGURA 3.5 Grafico de acción de cargas en la intersección viga columna

2. FALLA FRÁGIL EN MUROS DE CORTANTE:

En los proyectos estructurales, los muros de cortante son destinados a resistir principalmente los esfuerzos producto de las fuerzas horizontales sísmicas. Ante esta solicitación, las fallas que suelen presentarse son en su unión con los sistemas de piso.Durante el sismo de San Fernando, California, los muros de cortante de los edificios del Centro Médico Indian Hills y del Hospital Holy Cross, presentaron una gran grieta horizontal y desconchamiento del concreto en su unión con el sistema de piso. La figura 4.1 muestra esta situación.

FIGURA 4.1 Daños en el muro por este tipo de falla

Fallas similares a las antes mencionadas se pudieron observar en dos edificios de apartamentos en Anchorage, Alaska. El Mt. McKinley y el de la Calle 1200 “L”, ambos de 14 pisos, muy similares entre sí tanto en forma como en el tipo de daño sufrido después del sismo de Alaska de 1964. Un detalle muy interesante fue que ambos edificios fueron construidos en la misma orientación, aunque estaban separados cerca de 1500 m. Para resistir las fuerzas sísmicas, el edificio Mt. McKinley estuvo diseñado con muros exteriores de cortante unidos mediante vigas de acoplamiento, mientras que el de la Calle1200 “L”, además de las paredes exteriores, tuvo núcleos de muros de cortante en los cubos de escaleras. En ambos edificios, los muros exteriores presentaron fracturas horizontales en su unión con las losas así como grietas en forma de X por tensión diagonal en los antepechos.

FIGURA 4.2 Grieta y desconchamiento del concreto en muro de cortantey acercamiento del daño del edificio del Hospital Holy Cross

Este último tipo de falla es típico en las vigas de acoplamiento y se debe a demandas de gran ductilidad y de elevadas fuerzas cortantes como consecuencia de su corta longitud.

FIGURA 4.3 Daños en fachada norte del edificio Mt. McKinley

FIGURA 4.4 Vista y acercamiento de daños con falla enX de vigas de acoplamiento en muros de cortante

FIGURA 4.5 Daño en fachada norte del edificio de la Calle1200 “L”, y esquema que ilustra la falla por tensión

diagonal en vigas de acoplamiento de muros de cortante.

Sin un diseño adecuado para los niveles de ductilidad a flexión y a cortante esperados ante sismos intensos, se pueden presentar fallas por flexión o por cortante en muros estructurales que constituyen la resistencia primaria a fuerzas laterales de edificios.

FIGURA 4.6 Daño en fachada de una casa ubicada en la la Av. Nuevo Cajamarca

Las fuerzas cortantes impuestas por los sismos, originan fallas por tensión diagonal. La manifestación típica es la formación de grietas inclinadas, en ángulos de aproximadamente 45° y en forma cruzada de X.

Es muy importante recalcar que este evento es ocurrido por la ausencia de muros en las direcciones especificadas, debido a que los pocos muros que fallan, son los únicos que resisten las fuerzas horizontales del sismo, fallando por cortante como se vio en las figuras anteriores.

Para evitar esto se debe tomar en cuenta que debe distribuirse de manera equitativa las cantidad de albañilería en toda la estructura, cumpliendo con la densidad de muros establecida en la Norma NTP E 030. A continuación se muestra una imagen ilustrativa.

Los muros cortantes deben colocarse de manera simétrica en la estructura para que tengan un comportamiento adecuado. Si se diseña una estructura con muros colocados asimétricamente, pueden originarse problemas de torsión por irregularidades en la rigidez.