universidad nacional de trujillo
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
TESIS
“Estudio sobre Diseño Sísmico en Construcciones
de Adobe y su Incidencia en la Reducción de Desastres”
PRESENTADA POR :
LLENQUE QUISPE DAVID
ALVARADO CORCUERA , DONALDO
LIMA PERÚ
2014
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INDICE
ABSTRACT.......................................................................................................... 1
INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 3
CAPITULO I
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 7
1.1 ANTECEDENTES Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .............................. 7
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA................................................................ 9
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ...................................................................... 10
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................... 14
1.4.1 Objetivo General ................................................................................ 14
1.4.2 Objetivos Específicos......................................................................... 14
CAPÍTULO II
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LA INVESTIGACIÓN.................................. 2
2.1 MARCO HISTORICO .................................................................................... 15
2.2 MARCO TEÓRICO ....................................................................................... 18
2.2.1 Comportamiento sísmico en las construcciones de adobe ................. 18
2.2.2 Sismo ................................................................................................... 20
2.2.3 Causas de los sismos .......................................................................... 21
2.2.4 Características de los sismos............................................................... 21
2.2.5 Tipos de daños debido a sismos .......................................................... 23
2.2.6 Tsunamis.............................................................................................. 24
2.2.7 Licuefacción de arenas ........................................................................ 27
2.2.8 Predicción de sismos ........................................................................... 28
2.2.9 Medidas básicas de seguridad contra sismos y otros fenómenos
naturales............................................................................................. 29
2.2.10 Análisis y diseño estructura de edificaciones de adobe .................... 48
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2.3 FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS.................................................................. 76
2.3.1 Hipótesis Principal................................................................................ 76
2.3.2 Hipótesis Específicas ........................................................................... 76
2.4 VARIABLES E INDICADORES DE LA INVESTIGACIÓN ............................. 76
2.4.1 Variables Independientes (VI) .............................................................. 76
2.4.2 Variables Dependientes (VD) ............................................................... 76
CAPITULO III
3. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ..................................................... 77
3.1 MÉTODO ....................................................................................................... 77
3.2 DISEÑO ......................................................................................................... 77
3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA ............................................................................ 77
3.3.1 Población ............................................................................................ 77
3.3.2 Muestra ............................................................................................... 78
3.4 TÉCNICAS QUE SE UTILIZÓ EN LA INVESTIGACIÓN ............................... 79
3.4.1 Técnicas de Investigación................................................................... 79
3.4.2 Instrumentos ....................................................................................... 79
3.4.3 Contrastación y validación de hipótesis .............................................. 80
CAPÍTULO IV
4. PRESENTACIÓN, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS 81
4.1 PRESENTACIÓN .......................................................................................... 81
4.1.1 Impacto de desastres y situaciones de emergencia en el Perú .......... 81
4.1.2 Vulnerabilidad de la salud e impacto de emergencias y desastres .... 92
4.2 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS DE LAS
ENCUESTAS APLICADAS A DOCENTES ................................................... 94
4.3 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS DE LAS
ENCUESTAS APLICADAS A LOS ALUMNOS ............................................. 104
4.4 CONTRASTACIÓN DE HIPÓTESIS ............................................................. 114
4.4.1 Contrastación de Hipótesis Principal .................................................... 114
4.4.2 Contrastación de Hipótesis Específica ................................................. 114
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CAPITULO V
5. PROPUESTA DE UN MODELO DE DISEÑO SÍSMICO ................................. 119
5.1 VERIFICACIÓN POR CAPACIDAD PORTANTE (muro bajo carga vertical) 129
5.2 METRADO DE CARGAS .............................................................................. 130
5.3 VERIFICACIÓN POR CORTANTE (Cargas Horizontales Coplanares) ........ 131
5.4 CHEQUEO POR VOLTEO ............................................................................ 135
5.5 MURO CON REFUERZO VERTICAL DE CAÑA .......................................... 137
5.6 MURO CON REFUERZO HORIZONTAL DE CAÑA..................................... 138
5.7 DISEÑO DE PARED CON PARED .............................................................. 139
5.8 VIGA SOLERA (Viga Collar) ........................................................................ 140
5.9 ESPECIFICACIONES Y DETALLES ............................................................ 142
CAPITULO VI
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................... 152
6.1 CONCLUSIONES ........................................................................................... 152
6.2 RECOMENDACIONES ................................................................................... 152
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 153
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INTRODUCCIÓN
El territorio del Perú es un escenario de múltiples peligros debido a su compleja
conformación geológica y geodinámica muy activa, asociada a la complicada
configuración morfológica y topográfica que influye notablemente en la
variabilidad climática que, bajo la influencia del cambio climático global, da
lugar al incremento de la frecuencia e intensidad de los eventos potencialmente
destructivos.
Estos escenarios de peligros o amenazas corresponden a espacios donde se
han registrado eventos ocurridos en el pasado y también donde, de acuerdo
con los estudios de riesgo, se determina una mayor probabilidad de ocurrencia
de los fenómenos. Los factores que son considerados para la identificación de
estos escenarios son los siguientes:
Las características y el tipo de variabilidad climática.
Las características de la sismicidad y vulcanismo
Los procesos de geodinámica externa
Los fenómenos que adquieren la categoría de peligros que ocasionan los
desastres de mayor envergadura en el país son: los terremotos, las
inundaciones, los huaycos y aluviones (avalanchas de lodo) y las sequías. Hay
muchos otros fenómenos que ocurren eventualmente pero que tienen un
impacto menor en términos territoriales, así como en cantidad de víctimas,
daños y pérdidas económicas que los anteriormente citados.
Los terremotos son el peligro mayor en nuestro país. La actividad sísmica en el
Perú tiene un amplio desarrollo cuyo origen está relacionado con las
condiciones tectónicas regionales y locales, y las condiciones locales de los
suelos que determinan la aceleración y la severidad de sacudimiento, que a su
vez van a tener notable influencia sobre las estructuras.
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CAPITULO I
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 Antecedentes y Formulación del ProblemaLos antecedentes referidos al estudio de investigación, después de haberse realizado la búsqueda bibliográfica estuvo orientada a determinar a aquellas Instituciones o Investigadores que han efectuado estudios relacionados con las propiedades sismos resistentes en construcciones de adobe, quienes de alguna manera contribuirán a su desarrollo y para lo cuál se señala a continuación:
Julio Kuroiwa, Ernesto Deza y Hugo Jaén1, señalan que, la gran actividad sísmica en nuestro territorio ha cobrado siempre sus mayores víctimas en las construcciones de adobe. “....Más del 90 por ciento de los edificios dañados eran de adobe y su colapso causó más de 40,000.00 muertes”. Por otro lado, sin embargo, algunas construcciones de adobe resistieron sorprendentemente, los embates del sismo.”.....En Coishco, a 40 kilómetros del epicentro y sobre terreno rocoso, el daño fue mínimo y muchas de las construcciones de adobe sobrevivieron y están habitadas”.
Debe aceptarse, entonces, que existen ciertas condiciones bajo las cuales este tipo de construcción puede ofrecer un comportamiento “satisfactorio” ante sismos severos.
Lo que constituye un comportamiento “satisfactorio” ante sismos, está adecuadamente resumido en una de las filosofías en boga en la ingeniería antisísmica.
Estudiaron primeramente, el c o m p o rt a m ie n t o s í s m ico d e las c on s t ruccio ne s d e ad o b e con énfasis principal en la detección de los mecanismos de falla, lo que permitió identificar los tipos de esfuerzos que era necesario estudiar principalmente. Se estudió luego experimentalmente, algunas de las p ro p ie d a d e s me c án i c a s de la albañilería de adobe, especialmente su resistencia, bajo diferentes solicitaciones. En base a esos estudios se estableció los esfuerzos admisibles para el diseño.Finalmente, usando información de diversas fuentes y cálculos adicionales prepararon una propuesta de normas para el diseño de estas construcciones.
Es en ese contexto, que la Tesis aportará un método analítico, que servirá de
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modelo en la aplicación de cálculos antisísmicos en el diseño de una vivienda de adobe.
La resistencia de la albañilería de adobe se determinó mediante especimenes a escala natural, así en lo concerniente a la resistencia en tracción, en un
estudio experimental, Vera4 encontró, como era de esperar una bajísima
resistencia en tracción, de la albañilería de adobe, apenas 0.036 kg/cm 2 . Parasu aplicación al diseño de muros reforzados con caña se encontró un dramático aumento en la resistencia del encuentro, hasta de 14.7 veces la resistencia del espécimen sin reforzar.
En el diseño de esta vivienda de adobe, que incluye cálculos antisísmicos se usa la caña - puede ser caña brava, carrizo o caña de Guayaquil -, como refuerzo, para brindarle a la vivienda mayor resistencia frente a la ocurrencia de un sismo.
La caña se comporta elásticamente casi hasta la rotura. Echazú5 determinó experimentalmente un valor medio del módulo de elasticidad de 1.52 x
10 5 kg/cm 2 con un coeficiente de variación de 6.2 % y un valor medio de
la resistencia de 1350 kg/cm 2 con un coeficiente de variación de 17.7 %.Con la humedad se encontró una disminución de la resistencia del orden del 25por ciento; en otros experimentos se ha encontrado una disminución mayor.
1.2 JUSTIFICACIÓN El presente trabajo de investigación tiene como objetivo principal el interés de conocer como el fenómeno sísmico viene causando estragos en las viviendas de Lima y que medida se viene aplicando a fin de atenuar los desastres, así mismo proponer un modelo de diseño sísmico con propiedades sismo resistentes mediante la construcciones de adobe y su posible efecto en la reducción de contingencias futuras, en beneficio de la comunidad.La importancia de la investigación radica en que con el uso de este método, se obtiene una vivienda de adobe con mejor comportamiento que el tradicional, frente a un sismo severo. Ello es posible debido a la aplicación de un cálculo estructural - M É TODO E L Á STICO CL A SICO -, que nos proporcionará el área de refuerzo en caña estructural, que hará que este tipo de vivienda tenga mejor comportamiento frente a un sismo severo y que ha pesar de colapsar la edificación, la vida humana quede a salvo.Así mismo la importancia de esta investigación, radica en que contribuirá a
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orientar a las familias y a la sociedad en la prevención e implementación de medidas adecuadas; así como llegar a conclusiones valiosas y aportes que podrán ser tomadas en consideración por investigaciones futuras.
1.3 DEFINICIÓN DEL PROBLEMALa ocurrencia de desastres naturales a nivel mundial es bastante frecuente y sus secuelas van mas allá del corto plazo, y en ocasiones con cambios irreversibles, tanto en la estructura económica, social y ambiental. En el caso de los países industrializados los desastres ocasionan pérdidas de vidas limitadas, gracias a la disponibilidad de sistemas eficaces de alerta temprana y evacuación, así como a una mejor planificación del desarrollo urbano y códigos de construcción mas estrictos.
Se prevé que el costo mundial de los desastres llegará a los 300 mil millones de dólares anuales para el año 2050. Estimándose además que 24 de los 49 países menos desarrollados enfrentan elevados niveles de riesgo por desastres de origen natural.
El Perú constituye un país con alta exposición a fenómenos naturales como sismos, inundaciones, deslizamientos, huaycos, sequías, heladas y de otra naturaleza con potencial destructivo. En ese sentido, el número de muertes suele ser elevado por cuanto afecta en mayor medida a grupos de población mas pobres y vulnerables. Y sin duda uno de los impactos mas comprometedores es el deterioro de las condiciones de vida de la población.
En ese contexto, la geografía diversificada del Departamento de LA LIBERTAD hace que grandes áreas de este territorio estén expuestas a una serie de fenómenos naturales recurrentes cuyos efectos sobre las poblaciones alcanzan niveles impredecibles.
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Ciertamente, las zonas alto andinas de TRUJILLO son las áreas de frecuentes fenómenos naturales que desencadenan en algunos casos en desastres, alterando el normal desarrollo de sus comunidades. De igual forma, la alta prevalencia de fenómenos climatológicos (sequías y heladas) causan graves impactos sociales y económicos.
El sur del Perú y especialmente algunas regiones se encuentran situados dentro del Cinturón de Fuego del Pacífico, zona caracterizada por su gran actividad sísmica; esto hace que la amenaza y el riesgo sísmico sea inminente para esta región.
La ocurrencia de estos sismos en general y en el Perú, se producen por su ubicación en el Cinturón Sísmico del Pacífico donde la actividad sísmica principal es el resultado de la subducción de la placa de Nazca bajo la placa Sudamericana, con una velocidad relativa de 8 cm/año.
Es la cadena volcánica, la que le otorga a los departamentos gran parte de su personalidad. De su activo pasado y presente geológico son testimonio las abundantes erupciones volcánicas que ha brindado un material que se apila en las canteras que son explotadas para extraer el insumo con el que se ha construido históricamente en el Departamento: el sillar.
De todos estos problemas se eligió para la presente Investigación, el TEMA del ADOBE SÍSMICO - que es un problema -, debido a que existen investigaciones que se han realizado en Sismología e Ingeniería Asísmica, así como en los campos del Concreto Armado y el Adobe Sísmico, con el propósito de que a través de un estudio integral del caso, se proporcione un método que permita ser aplicado en las construcciones de adobe a fin de evitar pérdidas humanas aunque la estructura colapse.
C r it e r i o T e m p o ral El proceso constructivo que se plantea y el método de análisis que se utiliza es de total vigencia tanto en nuestro país como en otros países, que padecen este problema. La idea es como se ha dicho: “evitar pérdidas humanas aunque la estructura colapse”. El colapso de las viviendas de adobe frente a la ocurrencia de un sismo sucede en el Perú y el mundo, como por ejemplo en Moquegua - Perú, Irak, etc.
Crite rio T eó rico
La Investigación concluye en métodos de análisis y síntesis que serán
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fácilmente utilizados por los profesionales para analizar de forma análoga otros materiales.
Como estudio complementario al problema planteado en la investigación podemos resumir algunas ocurrencias sísmicas ocurridas en nuestro País y el Mundo.
22 enero 1582 sismo que destruyó Arequipa. Se destruyeron alrededor de
300 casas y murieron 30 personas sepultadas entre escombros.
12 mayo 1664 a las 4.30 am., Ica, tembló violentamente la tierra
destruyendo la ciudad y ocasionando la muerte de 400 personas. En Pisco causó serias averías y en Lima fue sentido con gran intensidad, sin causar daños.
05 agosto 1933 Fuerte y prolongado temblor en Lima, Callao e Ica. Causó
ligeros deterioros en las casas antiguas de la Capital y su intensidad causó alarma. Rotura de vidrios en la Ciudad de Ica donde alcanzó cierta violencia.
25 abril 1939 Temblor en Cañete, intensidad Grado VI Escala Modificada
de Mercalli, fuertemente percibidos en las ciudades de Pisco, Chincha,
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Lima y en las poblaciones de Matucana y San Mateo en la CarreteraCentral. El observatorio San Calixto daba una distancia epicentral de 1200Km.
24 mayo 1940 a las 11.35 am., la Ciudad de Lima y poblaciones cercanas
fueron sacudidas por un fortísimo temblor, cuya intensidad, apreciada por sus efectos sobre las construcciones urbanas, se aproximó al Grado VII-VIII de la Escala Modificada de Mercalli. Este sismo dejó un saldo de 179 muertos y 3,500 heridos, estimándose los daños materiales en unos3‟600,000 de soles, las estadísticas oficiales decían que sufrieron daños un38% de las viviendas de quincha, 23% de las casas de adobe, 20% de las casas de ladrillos, 9% de concreto armado y un 10% de casas construidas con material diverso.
13 enero 1960 Terremoto en Arequipa. Murieron 63 personas.
Sismos recientes ocurridos en el Perú:
- 24 de mayo de 1940 Lima – Perú- 17 de octubre de 1966 Lima – Perú M = 7.5 Escala de Richter.- 31 mayo de 1970 Lima – Perú- 03 octubre de 1974 Lima – Perú
En la ocurrencia de todos estos sismos peruanos, han habido colapsos de viviendas de adobe, trayendo consigo la perdida de vida humana.
Ello justifica la investigación de una vivienda, que involucre al sismo en su cálculo, a fin de dotarle de propiedades sismos resistente que permitan disipar la energía que trae un sismo y de esta forma evitar la perdida de vidas humanas pese a que la vivienda colapse. Este es el caso de la Vivienda de Adobe Sísmico.
1.4.3 Problema Principal¿En qué medida la implementación de un modelo de diseño sísmico en construcciones de adobe, permitirá reducir el nivel de desastres sísmicos en la ciudad de Lima ?
13.2 Problemas Secundarios ¿De qué manera la prevención de desastres, ocasionada por medidas
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de construcciones de adobe antisísmicas permitirá mitigar los desastres?
¿La falta de medidas y acciones pertinentes para prevenir la acción de
desastres sísmicos, contribuyen a deteriorar la infraestructura física de las viviendas?
¿Cuál es la incidencia de desastres sísmicos, derivados de la falta de
prevención y capacitación para prevenir acciones emergentes ?
1.5 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.5.1 Objetivo General Analizar en qué medida la implementación de un modelo de diseño
sísmico en construcciones de adobe, permitirá reducir el nivel de desastres sísmicos en la ciudad de LAREDO?
1.5.2 Objetivos Específicos Explicar de qué manera la prevención de desastres, ocasionada por
medidas de construcciones de adobe antisísmicas permitirá mitigar los desastres
Determinar si la falta de medidas y acciones pertinentes para prevenir la
acción de desastres sísmicos, contribuyen a deteriorar la infraestructura física de las viviendas
Establecer cuál es la incidencia de desastres sísmicos, derivados de la
falta de prevención y capacitación para prevenir acciones emergentes
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