Factores que afectan el grado de daño de los terremotos en los edificios

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Varios factores, como columnas débiles, elementos rígidos, plantas bajas flexibles, columnas cortas, forma, tamaño, número de pisos, tipo de cimiento, ubicación de los edificios adyacentes y diseño estructural, afectan la extensión del daño del edificio durante un terremoto. Discutimos estos factores que influyen en el grado de daño que sufren las estructuras durante un terremoto.

Figura 1: Derrumbe de un edificio a causa de un sismo

Factores que afectan el grado de daño de los terremotos en los edificios

Los factores que afectan la extensión del daño del terremoto a las estructuras incluyen:

1. Desviación entre el diseño y el espectro de respuesta real
2. pilar frágil
3. Disposición asimétrica de elementos rígidos en planta
4. planta baja flexible
5. cola corta
6. forma de planta
7. Forma de edificio de elevación
8. Losas apoyadas en columnas sin vigas
9. Daños causados ​​por el terremoto anterior
10. Edificio de hormigón armado con sistema estructural de marco
11. numero de pisos
12. tipo de cimiento
13. Ubicación de los edificios adyacentes dentro de la manzana
14. Nivel de losa de estructura adyacente
15. Mal diseño estructural

Desviación entre el diseño y el espectro de respuesta real

La evaluación inadecuada de las propiedades sísmicas esperadas utilizadas en el diseño sísmico de estructuras es el contribuyente más común e importante al daño de la construcción. Pero esta no es la única razón. Esto se debe a que la estructura del edificio puede reducir su resistencia sísmica.

FIGURA 2: ESPECTRO DE RESPUESTA DE DISEÑO

pilar frágil

Se informa que muchas de las estructuras que colapsan en los terremotos se deben a la falla de la columna. Las columnas pueden fallar debido al deterioro del hormigón como resultado de la carga cíclica y el número insuficiente de tirantes empotrados en la columna en lugares críticos.

Figura 3: Fractura frágil de columna

Disposición asimétrica de elementos rígidos en planta

El núcleo de una estructura es el elemento rígido fundamental, y la posición del núcleo en relación con el edificio influye en el comportamiento de la estructura durante un terremoto y, en última instancia, en la extensión del daño. Sin embargo, se informa que un pequeño porcentaje de los edificios que fallaron se debió a la excentricidad en los núcleos de las escaleras y los ascensores.

primer piso flexible

Una planta baja flexible es otro factor que contribuye al daño que una estructura puede sufrir durante un terremoto. Una caída brusca de la rigidez en un nivel dado de la estructura aumentará la tensión en los elementos estructurales de la capa flexible y luego fallará. Por esta razón, la presencia de capas blandas amplía el rango de falla sísmica estructural. Se crea un primer piso flexible cuando este piso se usa con fines comerciales y necesita proporcionar más espacio.

Figura 4: Una planta baja flexible de una estructura de varios pisos que puede causar una falla estructural durante un terremoto

Figura 5: Problemas de almacenamiento blando durante un terremoto

cola corta

Las fallas de columnas cortas inducidas por terremotos son mucho menos comunes en comparación con las fallas de columnas normales. Las columnas cortas, sin embargo, pueden destruirse explosivamente por corte, lo que en última instancia conduce al colapso de la estructura.

Figura 6: Columnas cortas del edificio

forma de planta

Se ha demostrado que una planta cuadrada exhibe el mejor comportamiento sísmico en comparación con otras geometrías como X, I y +. Por lo tanto, el grado de daño sísmico de un edificio se ve afectado por la forma del piso.

Forma de elevación del edificio

Se ha demostrado que las estructuras con pisos superiores regulares exhiben una resistencia sísmica superior en comparación con los edificios con pisos superiores retranqueados.

Losas soportadas por columnas sin vigas

Los sistemas de losa plana son sistemas estructurales bastante frágiles y poco resistentes a los efectos sísmicos. Dichos sistemas estructurales son bastante flexibles y tienen baja ductilidad. Por lo tanto, EC8 prohíbe el uso de losas planas a menos que también se usen otras estructuras sísmicas como muros de corte o pórticos flexibles.

Figura 7: Sistema de losa plana

Daños a estructuras causados ​​por terremotos pasados

Los edificios que han sufrido algún daño por terremotos anteriores experimentarán formas similares de colapso si no se implementan las técnicas de reparación apropiadas. Se ha encontrado que las estructuras reparadas hace mucho tiempo sufren el mismo daño, pero esto es menos común en las estructuras reparadas recientemente. Esto se debe a que se han desarrollado métodos de remediación y sus efectos se han vuelto más severos.

Edificio de hormigón armado con sistema estructural de marco

Los sistemas de estructuras de marcos son una fuente de vulnerabilidad de los edificios. Esto se debe a que están sujetos a una deriva significativa de piso a piso durante la excitación sísmica. Desplazamientos tan grandes dañan las paredes del relleno y son muy caros de reparar. Por lo tanto, el punto principal que hace que los sistemas estructurales de marcos sean vulnerables es el alto costo requerido para reparar las paredes de relleno dañadas.

numero de pisos

Los datos estadísticos muestran que la vulnerabilidad de las estructuras a las fuerzas sísmicas disminuye a medida que aumenta el número de pisos. Los terremotos de Bucarest y Ciudad de México de 1997 demostraron que los edificios altos (de tres pisos o más) sufrieron daños más graves que los edificios bajos. Se sabe que la presencia de relleno de mampostería en un edificio no solo aumenta la resistencia de la estructura, sino que también aumenta su rigidez. Estas mejoras son más pronunciadas y efectivas en edificios de poca altura que en edificios de gran altura.

Tipo de cimentación

El tipo de cimentación utilizada afecta la extensión del daño del terremoto de dos maneras: directa e indirecta. Los efectos directos de la forma de los cimientos incluyen grietas en el suelo de los cimientos, daño a los miembros de los cimientos, como grietas en las vigas de los cimientos, hundimiento del suelo, que es el efecto más común, y licuefacción del suelo, que rara vez ocurre, entre muchas otras características. Efectos catastróficos y deslizamientos totales o parciales del suelo subyacente. Los efectos indirectos del tipo de cimentación incluyen el movimiento fuera del plano de las bases de las columnas individuales en el caso de cimentaciones independientes que no están conectadas entre sí o en el caso de vigas flexibles entre cimentaciones. Por lo tanto, los cimientos aislados aumentan la severidad del daño sísmico.

Ubicación de los edificios adyacentes dentro de la manzana

La ubicación de los edificios adyacentes en el bloque afecta en gran medida la respuesta sísmica de las estructuras. Por ejemplo, los edificios en las esquinas de los bloques están más dañados y son más sensibles a los terremotos en comparación con las estructuras independientes. Factores como la distribución asimétrica de la rigidez en la planta del edificio y la transferencia de energía cinética de los impactos suelen aumentar la vulnerabilidad de los edificios en las esquinas.

Nivel de losa de estructura adyacente

Se ha encontrado que las cargas de impacto recibidas por las estructuras de los edificios adyacentes tienen un efecto significativo en la extensión del daño sísmico. Se ha informado que las estructuras con diferentes niveles de losa de piso sufren un daño significativamente mayor que los edificios con el mismo nivel de losa de piso. Esto se observa claramente en los terremotos de la Ciudad de México de 1985 y Tesalónica de 1978.

mal diseño estructural

En general, la mala colaboración entre los ingenieros arquitectónicos y estructurales durante la etapa de diseño conceptual da como resultado un diseño estructural deficiente. Los ejemplos de diseño estructural deficiente incluyen cortes de columnas, colocación asimétrica de elementos rígidos en planta y alzado, e irregularidades en la geometría de planta y alzado. Según los informes, el diseño estructural deficiente fue responsable de aproximadamente un tercio de las estructuras que se derrumbaron en el terremoto de Atenas de 1999.