UNIVERSIDAD DEL VALLEESCUELA DE INGENIERIA CIVIL Y GEOMATICACONSTRUCCIONES Y EDIFICACIONES

ANALISIS DE VULNERABILIDAD SISMICA DE UNA CASA DE MAMPOSTERIA CONFINADASantiago Gmez, Jonathan CardenasResumen:

1. INTRODUCCIN

La mampostera es uno de los materiales con un mayor nmero de aplicaciones en la construccin de obras civiles. Su uso data desde las primeras civilizaciones, las pirmides de Egipto, las mayas, la muralla china etc. son unos ejemplos de ello. Con el transcurso de los aos los procesos de construccin han ido evolucionando, sin embargo la forma de colocacin de los materiales continua en su mayora siendo a mano y esta es una de las variables que induce en el comportamiento final de la estructura.

Todas las construcciones en mampostera en el pasado eran realizadas a partir de reglas empricas y eran diseadas solo para cargas de accin gravitatoria usando la carga muerta para estabilizar las estructuras frente a sismos y a cargas de viento. Posteriormente surgen las primeras normativas y reglamentaciones de diseo.

La aplicacin de los principios de ingeniera estructural y ssmica ha significado un avance importante en el conocimiento de las propiedades y del comportamiento de la mampostera no reforzada. Consecuentemente, esta ha sido re adoptada como un material ingenieril.

El primer paso para determinar si es necesario intervenir una estructura y a qu nivel, consiste en un anlisis estructural que permita determinar su vulnerabilidad, para las condiciones de servicio y de amenaza ssmica existente.

2. OBJETIVOSObjetivo General:Determinar el grado de vulnerabilidad ssmica de una casa de un piso, teniendo en cuenta los aspectos considerados en el titulo E de la norma NSR-10.Objetivos Especficos: Determinar los aspectos geomtricos de la casa Determinar los aspectos constructivos de la casa Determinar los aspectos estructurales de la casa.

3. METODOLOGIA

Para evaluar la vulnerabilidad ssmica de la vivienda, como primer paso se hicieron las mediciones correspondientes para as poder crear un plano en planta, uno de cimentaciones, uno de fachada y uno de corte longitudinal, para poder apreciar as las caractersticas ms representativas de la vivienda y as poder determinar posteriormente los aspectos que afectan a la estructura.

Como paso a seguir se usaron los planos creados junto con los datos recopilados sobre el suelo donde est construida la vivienda y sus alrededores para chequear los requerimientos descritos en el Manual de Construccin, Evaluacin y Rehabilitacin sismo Resistente de Viviendas en Mampostera. Se toma en cuenta adems, toda la informacin que fue proporcionada por el propietario actual de la vivienda sobre sta.

Como paso final, luego de determinar las deficiencias que posee la vivienda, segn los aspectos mencionados en el manual se darn las recomendaciones pertinentes para reforzar la estructura en los puntos vulnerables encontrados, de esta forma la vivienda ser ms segura ante un sismo.

4. CLASIFICACIN DEL TIPO DE VIVIENDA

Mampostera Confinada: De acuerdo a lo que se puede apreciar en la estructura de la vivienda y en los planos creados, se clasifica la vivienda como una construccin de mampostera de muros confinados ya que sta se basa en la conformacin de muros que luego se confinan con vigas y columnas de concreto reforzado. Esta forma constructiva se muestra en la figura a continuacin.

Fig. No.1. Construccin en mampostera de muros confinados por vigas y columnas. Tomado del Manual de Construccin, Evaluacin y Rehabilitacin sismo Resistente de Viviendas en Mampostera.

5. DESCRIPCION GENERAL DE LA CONSTRUCCION

La construccin escogida para el anlisis de vulnerabilidad ssmica, es una casa de un piso la cual se encuentra ubicada en la Calle 3C No. 66B 30 en el Barrio el Refugio de la ciudad de Cali. Esta casa fue construida hace aproximadamente 40 aos, lamentablemente no se sabe si hubo ingenieros o arquitectos involucrados en su construccin por consiguiente no se tiene conocimiento si se construy siguiendo los requerimientos sismo resistentes de la poca y desde aquel entonces se le han venido haciendo remodelaciones. Se comprob que la vivienda se encuentra construida en mampostera confinada con columnas y vigas de confinamiento a partir de las mediciones realizadas a la estructura y de la informacin proporcionada por el propietario. Se averiguo adems que debido a la ltima remodelacin realizada a la casa esta se encuentra construida sobre vigas de cimentacin cuyas dimensiones se encuentran detalladas en el plano de cimentaciones mostrado en Anexos.Como se mencion, la estructura tuvo varias modificaciones en los ltimos aos, en las que se aadieron y quitaron muros para cambiar los espacios interiores.

6. ANALISIS DE VULNERABILIDAD SISMICAA partir de la visita realizada a la vivienda se obtuvo el registro de los detalles estructurales mas importantes de esta, como es el caso de su cimentacin, del tipo de cubierta que posee y de la disposicin de sus muros exteriores e interiores. Con esta informacin se procede a analizar los aspectos de la estructura mencionados en el manual. Aspectos GeomtricosIrregularidades en la planta de la Vivienda: De acuerdo a los planos de la vivienda, mostrados en Anexos, el ancho de esta es 9,84 m y el largo es de 13,27 m de lo que se puede determinar que el ancho es menor a 3 veces el largo, por lo cual, mediante el Manual se determina que la estructura presenta una Vulnerabilidad Baja ante un sismo. Este aspecto se puede apreciar en la siguiente figura.

Fig. No.2. Dimensiones generales para una vivienda que presenta vulnerabilidad baja en cuanto a irregularidades de la planta. Tomada del Manual de Construccin, Evaluacin y Rehabilitacin sismo Resistente de Viviendas en Mampostera. Cantidad de Muros en las Dos Direcciones: En la casa hay una longitud totalizada de muros en cada una de las direcciones las cuales deben ser por lo menos iguales al valor dado por:Lo= (1)Donde: Lo = Longitud mnima del muro en cada direccinMo = Coeficiente que depende de la amenaza ssmicaAp = rea en m de la planta de la casat = Espesor del muro en mmPara hallar el factor Mo debemos conocer el valor del parmetro Aa que se le asigna a las zonas en el mapa de amenaza ssmica segn Ingeominas, con ese valor encontramos el valor Mo correspondiente. A continuacin observamos el mapa con las zonas y los valores de Aa correspondientes.

Fig. No. 3. Mapa de amenaza ssmica del suroccidente colombiano y los valores de Aa correspondientes.

Con el valor de Aa encontrado, para el caso de la ciudad de Cali como se puede apreciar es 0,25, proseguimos a determinar el valor de Mo, a partir de la siguiente tabla.

Tabla No. 1. Relacin entre los valores de Aa, Mo y Nivel de zona de amenaza ssmica.

Ap=111,47 m2Mo=21t=150 mmLo=En la vivienda, la longitud totalizada de muros en el primer piso en la direccin X es 34,33m y la longitud de muros totalizada en la direccin Y es 46,52 m, por tanto se puede decir que en este aspecto la casa posee una vulnerabilidad baja.Irregularidad en Altura: De acuerdo a los planos de la vivienda y con ayuda de las especificaciones del manual, se puede concluir que los muros estructurales de la casa son continuos desde la cimentacin hasta la cubierta dado que es una casa de un solo piso, Por tanto, en este aspecto la estructura tiene una vulnerabilidad ssmica baja.

Fig. No.4. Muros continuos desde la cimentacin hasta la cubierta, tomada del manual.

Aspectos Constructivos

Calidad de las Juntas de Pega en Mortero: En el anlisis realizado a la vivienda se pudo apreciar en una de las paredes que no tena repello y por tanto se pudo observar los ladrillos y las juntas del mortero de pega. Se procedi a hacerles la medicin a las juntas y todas posean ms de 1,3 cm de grosor sin embargo haban algunas que tenan un grosor de hasta 4 cm por tanto no se consideran uniformes, adems, dada la antigedad de la casa el mortero ya se encontraba bastante deteriorado. Por todo lo anterior, se puede determinar que la vulnerabilidad presente en este caso es media segn lo dictaminado por el manual.

Tipo de Disposicin de las unidades de Mampostera: De igual forma que para el anlisis anterior, a partir de la pared estaba al descubierto se pudo notar la disposicin de los ladrillos y mediante esto se determin que estos se encuentran trabados y todos se encuentran colocados de manera uniforme y continua hilada tras hilada, sin embargo debido a su antigedad algunos presentan grietas. Por tanto se determina que la vulnerabilidad en este aspecto es media.

Calidad de los Materiales: Segn los pasos descritos en el manual, se hizo la prueba de calidad al mortero de las juntas con el uso de un clavo y este se desmorono un poco, su aspecto no era el mejor, presentaba algunos hormigueros. En cuanto al ladrillo pareca ser de buena calidad ya que no presentaba fisuras apreciables y en cuanto al refuerzo de estribos en los elementos de confinamiento de concreto no se pudo conseguir los planos pero, dada la antigedad de la casa se asume que su construccin no se hizo con los requerimientos actuales en cuanto a estos. Por lo anterior se determina que en este aspecto la vulnerabilidad es alta.

Aspectos Estructurales

Muros Confinados: Una de las observaciones as sobresalientes que se pueden hacer basndose en la informacin dada por el propietario y los planos estructurales, es que el confinamiento est presente en todos los muros de la casa, sin embargo algunos elementos de confinamiento exceden el espaciamiento mximo de 4 metros dictado por el manual y por lo que se sabe el refuerzo tanto de vigas como de columnas no es tan bueno, por tanto se determina que la vulnerabilidad de la estructura en este aspecto en media.

Fig.No.5. Descripcin grafica de algunas edificaciones que tienen algunos muros confinados, tomado del manual para describir una vulnerabilidad media.

Detalles de Columnas y Vigas de Confinamiento: Las vigas de cimentacin son las que confinan los muros en la parte inferior, el confinamiento vertical lo dan las columnas continuas hasta la cubierta y el confinamiento horizontal lo cierran las vigas de amarre. Segn la informacin dada por el propietario, la estructura cuenta con vigas de cimentacin de 30x20 cm alrededor de toda la casa y cuenta tambin con vigas de amarre para todos los muros, sin embargo, el refuerzo que poseen tanto vigas como columnas, dada la antigedad de la casa se supone no es suficiente ni adecuado. De acuerdo a esto, la vivienda se puede clasificar en este aspecto como de vulnerabilidad ssmica media.

Vigas de amarre o Corona: en este punto se tiene en cuenta si existen vigas de amarre en todos los muros, parapetos, fachadas y culatas de mampostera. Analizando la informacin dada por el propietario y los planos de la casa podemos decir que la estructura si cuenta con vigas de amarre en todos los muros, parapetos, fachada y culatas de mampostera, por lo que en este aspecto la estructura se clasifica como de vulnerabilidad baja.

Fig. No.6. Ejemplo de una casa que posee vigas de amarre en todos sus muros, tomada del manual.

Caractersticas de las aberturas: Para determinar si las aberturas pueden afectar la casa en caso de un sismo, esta debe cumplir que las aberturas de los muros suman menos del 35 % del rea total del muro y que la longitud de las aberturas sean menos de la mitad de la longitud del muro.

Tomando la fachada de la vivienda para el anlisis se pudo determinar que la suma del rea de los huecos (6,92 m2) 30,9% es menor al 35% del rea total (22,33m2). Tambin la longitud total de las aberturas es 5,19 m que no es menor a la mitad de la longitud del muro 9,84. Por ltimo se analizaron la posicin de los huecos en relacin al borde de muro ms cercano y es menor a 50 cm. De todo lo anterior se puede decir que en este aspecto la vivienda tiene una vulnerabilidad media.

Fig.No.6. Representacin de un muro cuya rea de muros representa un porcentaje menor al 35%.Entrepiso: Segn la informacin otorgada por el propietario, la cubierta de la casa posee una combinacin de materiales en madera y concreto, sin mencionar que sta no ha sido reforzada estructuralmente desde la poca en la que se construy, por tanto se asume que la vulnerabilidad de la vivienda en este aspecto es alta.

Fig. No.7. Ejemplo de una casa con cubierta monoltica que si cumple estructuralmente para otorgar una vulnerabilidad baja, tomada del manual.

Amarre de Cubiertas: De acuerdo a la informacin otorgada por el propietario, la cubierta se encuentra amarrada a los muros mediante tornillos y alambres, posee arrostramientos y est debidamente apoyada a la estructura, en la mayora de los muros, por tanto se asume que la vulnerabilidad en este caso es media.

Fig.No.8. Ejemplo de una cubierta que puede generar una vulnerabilidad media, tomada del manual.

Cimentacin: Dado que no haban planos de cimentacin de la casa, el anlisis para este caso se hizo nicamente con la informacin brindada por el propietario, quien menciono que en una ltima remodelacin hecha a la casa se encontr que la cimentacin de esta eran vigas corridas en concreto reforzado que conforman anillos cerrados. Sin embargo, debido a su antigedad lo ms probable es que no cumplan con los requerimientos del captulo I del manual, por tanto se determina que la vulnerabilidad en este aspecto es media.

Fig.No.9. Ejemplo de una vivienda cuya cimentacin causa una vulnerabilidad intermedia, tomada del manual.

Suelos: En este caso, analizamos el mapa de microzonificacin de la ciudad de Cali y a partir de la direccin de la vivienda podemos determinar el tipo de suelo en el que est construida. Para este caso, como se muestra en la siguiente figura, la casa est construida sobre la zona 4D, esta zona corresponde al Abanico del Rio Melndez y Lili, caracterizada por la presencia de una capa superficial de materiales limosos de consistencia dura de unos 10 m de espesor suprayaciendo a estratos granulares con cantos, gravas y bloques de rocas diabsicas, en resumen, el suelo es de mediana resistencia debido a que tiene mucha presencia de limos, pueden presentarse algunos hundimientos y vibraciones. Por tanto, la vulnerabilidad en este aspecto es media.

Fig.No.10. Mapa de microzonificacin ssmica de Cali.

Entorno: Haciendo un reconocimiento de los al redores de la vivienda se pudo determinar que la vivienda se encuentra en un terreno plano por tanto la vulnerabilidad en este aspecto es baja.

RESUMENResumen Evaluacin del Grado de Vulnerabilidad Ssmica de la Vivienda

ComponenteVulnerabilidad

Calificacin de ComponentesCalificacin de Cada AspectoFactores de PonderacinVulnerabilidad ponderada

Aspectos Geomtricos

Irregularidad en Planta de la Vivienda:21,333320%0,27

Cantidad de Muros en las dos direcciones:1

Irregularidad en Altura de la Vivienda:1

Aspectos constructivos

Calidad de las juntas de Pega en Mortero22,000020%0,40

Tipo y Disposicin de las Unidades de Mampostera1

Calidad de los Materiales3

Aspectos Estructurales

Muros Reforzados22,1666666730%0,65

Detalle de Muros Estructurales2

Vigas de Amarre o Corona2

Caractersticas de la Aberturas2

Entrepiso3

Amarre de Cubierta2

Cimentacin2210%0,2

Suelos2210%0,2

Entorno 1110%0,1

Calificacin Global de la Vulnerabilidad Ssmica de la ViviendaBajaMediaAlta

X

7. CONCLUSIONES

A pesar de la antigedad de la vivienda se encontr que su vulnerabilidad es media por tanto los refuerzos estructurales que se le deben aplicar son menores. Entre ellos se recomienda hacer una reparacin a la cubierta, cambiar los materiales de madera por unos de concreto y mejorar su unin con los muros.

La cimentacin de la vivienda ha sido muy resistente a pesar de la edad de la estructura, sin embargo se recomienda chequear que vigas de cimentacin necesitan refuerzo o reparacin.