Lecciones sobre el sismo de Ecuador el 16/04/2016 [Ingeniero Estructural Marcelo Romo]

Agradecemos el valioso aporte del Ingeniero Marcelo Romo, quien ha dado varias lecciones de errores que comúnmente ocurren en construcciones por falta de supervisión técnica en la obras; facilitamos esta información y hacemos un llamado a todos los ingenieros a leer estas lecciones para no caer en los mismos errores constructivos. 

LECCIÓN 1 DEL SISMO DE PEDERNALES UNO DE LOS ERRORES CONSTRUCTIVOS MÁS COMUNES EN PEDERNALES: CONSTRUCCIÓN POR ETAPAS, SIN CRITERIO TÉCNICO.

Se construía un piso, y se dejaban pasadas, a modo de chicotes, las varillas longitudinales de las columnas; en algún momento posterior se construía el segundo piso, y nuevamente se dejaban esas varillas-chicotes, para luego de unos años construir el tercer piso (en las fotografías se ven esos chicotes, protegidos contra la corrosión
por trozos de manguera).

El detalle es extremadamente ineficiente para dar continuidad vertical a flexión a las columnas, tanto por la falta de longitud de traslape, como porque jamás se debe traslapar todas las varillas en el mismo sitio, pues se destroza al hormigón.

Se forma sólo por carga vertical una articulación, en la base de la segunda planta, y también en la tercera, lo que hace que los momentos flectores en cabeza de columna de segunda planta y tercera planta prácticamente se dupliquen. Es por eso que se encontró un número altísimo de estructuras que colapsaron en su segundo piso, quedando el tercer piso encima del primer piso.

Esto es algo que no se había observado o reportado en otros sismos en el mundo.

LECCIÓN 2 DEL SISMO DE PEDERNALES UN ERROR QUE APARECE PRÁCTICAMENTE CON CADA SISMO OCURRIDO EN LA HISTORIA, QUE TAMBIÉN SE OBSERVÓ EN PEDERNALES: COLUMNA CORTA

Diseñamos para una cierta longitud de columna, conforme a los modelos, pero los detalles arquitectónicos y de construcción integran a las columnas con la mampostería. En lugar de producirse articulaciones plásticas en pie y cabeza de columna, se produce en pie y columna de columna corta (entre el nivel de la mampostería y la viga superior, en las 2 fotografías. El cortante de plastificación que normalmente es (M + M’) / L, ahora incrementa pues en lugar de que la altura efectiva de columna sea la altura total del elemento, se reduce a la altura de la columna corta, que en los casos anteriores prácticamente triplican el cortante sísmico.

¿CÓMO ELIMINAR EL EFECTO NEGATIVO DE COLUMNA CORTA?

– Podemos separar la mampostería de las columnas y losa superior, mediante una faja de neopreno perimetral, pero requerimos que la mampostería tenga su propia estructura de arriostramiento, con columnetas-riostras verticales ancladas a la losa y viga inferior, y viguetas-riostras horizontales unidas a las columnas-riostras, también separados de la estructura principal. Con eso, durante el sismo, las columnas se desplazan lateralmente, de manera
independiente a la mampostería (esta solución generalmente sirve para mampostería exterior)

– También podemos reemplazar la mampostería resistente por 2 placas poco rígidas de gypsum o de fibrocemento, rellenas en el medio con lana de fibra de vidrio como aislante acústico y térmico. La caída de una placa liviana de gypsum no mata ni hiere, pero la caída de un tramo de mampostería mata, hiere, y destroza los contenidos de las edificaciones.

LECCIÓN 3 DEL SISMO DE PEDERNALES (EN PEDERNALES) OTRO ERROR TÍPICO QUE QUEDA DESNUDADO POR EL SISMO EN PEDERNALES: FALTA DE DETALLAMIENTO DE ARMADURA TRANSVERSAL.

El primer estribo de confinamiento no debe ubicarse a más allá de 5 cm de la cara exterior asociada al nudo (en el presente caso fue de 15 cm). El resultado fue que reventó a cortante la viga de apoyo de escalera, y con ello de paso reventó al nudo. El espaciamiento máximo en zona de confinamiento es la cuarta parte de la menor dimensión del elemento estructural. En el caso de la primera foto, el problema fue claramente constructivo.

Por otro lado, el ángulo de doblez del gancho en estribos debe ser 135°, y no 90°, pues el último fácilmente se abre con el sismo, y se pierde confinamiento.

Las arenas, con granulometría demasiado uniforme, al ser depositadas en los procesos de sedimentación, no ocupan la posición más compacta. Con la presencia de sismos, esas arenas tratan de reacomodarse, por vibración, en posiciones más compactas para sus granos, liberando espacios, que cuando no existe nivel freático alto se transforman en asentamiento importantes del suelo, que normalmente no son uniformes, sino mayores en ciertas partes y menores en otras.

El problema se complica más cuando el nivel freático es alto, como en la proximidad de ríos o del mar, pues el espacio liberado por las arenas al tratar de compactarse queda ocupado por agua a presión, que trata de escapar por donde puede; el chorro de agua que escapa al fluir, va llevando consigo granos de arena, generando huecos o boquetes dentro de la estructura del suelo de cimentación, volviendo más grave el problema de los asentamientos, que al ser aún menos uniformes puede hasta volcar a las estructuras.

Las 3 fotos que acompaño, deben ser observadas en conjunto, pues cada una revela partes del problema de licuefacción.

PRIMERA FOTO:

En la primera foto se observa el asentamiento de todo un bloque de un coliseo, respecto a los otros bloques, de alrededor de 25 cm, provocado por la licuefacción de las arenas de cimentación.

SEGUNDA FOTO:

En la segunda foto se observa un desplazamiento del mismo bloque de coliseo, en la dirección transversal. La presencia de un río muy cerca de ese bloque (a solo 30 – 40 m) provocó que el escape del agua, y sobre todo de la arena a presión, se dirija hacia el río, pues la arena no presentaba confinamiento que es una de las características claves para su buen funcionamiento como suelo de cimentación. Por debajo del bloque de coliseo hubo un auténtico río de arena y agua fluyendo hacia afuera, lo que causó tanto el asentamiento general como el desplazamiento en dirección al río.

TERCERA FOTO:

Hacia afuera del coliseo, en dirección al río, pudo observarse los clásicos cráteres en medio del suelo arenoso, que fueron ductos de escape para el agua y la arena, durante el sismo.

Debo reconocer que es la primera vez que veo que se reporte que un edificio (o un bloque de edificio) fue desplazado de un sitio a otro, por rodillos de arena licuable, durante un sismo severo. Por cierto, el desplazamiento uniforme y el sentamiento uniforme, más las deformaciones importantes concentradas en la cubierta flexible de acero, vuelven a la estructura del coliseo una ESTRUCTURA TOTALMENTE REPARABLE; pero también tenemos que REPARAR el suelo licuable de cimentación.

¿QUÉ HACER CON SUELOS ARENOSOS?

LECCIÓN 5 DEL SISMO DE PEDERNALES (EN CHONE Y PORTOVIEJO) LA AMENAZA DE LOS EDIFICIOS MAL CONCEBIDOS, MAL DISEÑADOS, O MAL CONSTRUIDOS, SOBRE LAS EDIFICACIONES VECINAS

Voy a analizar 2 edificios a punto de colapsar, que requieren ser demolidos, y presentaré 1 edificio que colapsó y cayó sobre los edificios cercanos.

FOTOS 1 y 2:

Corresponden a un edificio que requiere un procedimiento especial de demolición, en la ciudad de Chone. Los errores de concepción y diseño pudieron provocar su colapso durante el sismo principal, y se hubiera volteado sobre otros edificios.

Las columnas de planta baja, cercanas a la esquina más cercana de la foto, se encuentran destruidas, y el edificio sólo se sostiene por los puntales metálicos que se han colocado junto a esas columnas.

Las losas de todos los pisos carecen de vigas descolgadas, lo que es un sin sentido para un edificio tan alto; las losas con vigas embebidas sólo deberían utilizarse hasta edificaciones de hasta 3 pisos, pues las derivas de piso excesivas no solamente afectan a la mampostería, sino también a las columnas.

Las autoridades del Ministerio de Transporte y Obras Públicas han recomendado rellenar con material pétreo toda la planta baja, que está descubierta, para iniciar la demolición desde la parte superior, lo que podría ser aceptable siempre que se utilice maquinaria livianísima, tipo bobcat, para el relleno.

Además, seguramente se necesitará algo de terrocemento para poder asentar el edificio en ese relleno de altura completa del primer piso.

FOTO 3:

Corresponde a un edificio de una mutualista, colapsado en la zona cero de la ciudad de Portoviejo, a punto de terminar su caída, sobre los edificios vecinos. Por fotos previas se detecta que las 2 réplicas fuertes recientes causaron que el edificio se incline aún más.

La demolición representa un reto, pues el uso de explosivos está muy limitado pues no sabría decir qué ingeniero estructural estaría dispuesto a ingresar al edificio, en el estado en que se encuentra, para analizar el estado de los elementos de sustento y poder recabar la información confiable que necesita el ingeniero en demoliciones para recuperar la inclinación visible, y convertir la caída hacia el frente del edificio en una implosión.

FOTO 4:

tomada de un periódico local; Un edificio cercano al Edificio Mutualista en Portoviejo, que colapsó y cayó sobre un edificio colindante. Permite visualizar lo que sucede cuando un edificio alto colapsa, afectando no solamente a las personas y bienes en ese edificio, sino también a vecinos y edificios vecinos.

MEDIDAS REQUERIDAS PARA MINIMIZAR EL IMPACTO DE EDIFICIOS ALTOS MAL CONCEBIDOS

Las edificaciones de más de 3 pisos deben requerir un porceso de aprobación municipal diferente, y un control de construcción diferente, pues su colapso afecta, no sólo a la propia edificación, sino también a las edificaciones vecinas, pudiendo generar un efecto dominó. La ley debería exigir un control especial de parte del Colegio de Ingenieros Civiles local, o un organismo de nivel similar.