EVALUACIÓN SÍSMICA DE EDIFICIOS EXISTENTES
Ingeniero Civil Enrique Galíndez - Ingeniera Civil Analía Molina Triviño
Universidad Nacional de Tucumán - Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología - Instituto de Estructuras “Ing. Arturo M. Guzmán”
San Miguel de Tucumán – Argentina RESUMEN
En Argentina existe un gran número de edificios construidos con anterioridad a la aparición de los Códigos de diseño sismorresistente, lo que plantea la necesidad de contar con herramientas que permitan realizar una evaluación sísmica de los mismos a fin de determinar su capacidad sismorresistente y la necesidad de efectuar o no una rehabilitación sísmica.
En este trabajo se presenta un análisis resumido de la metodología para la evaluación sísmica de edificios construidos sin previsiones sismorresistentes, propuesta en el Handbook for the Seismic Evaluation of Building - A Prestandard de la Federal Emergency Management Agency (FEMA 310), actualmente convertido en la Norma ASCE/SEI 31-03. El objetivo de dicha metodología es determinar si un edificio está adecuadamente diseñado y construido para resistir las acciones sísmicas, considerando todos los aspectos que hacen a su desempeño, tanto los estructurales como los no estructurales y los de fundación y riesgo geológico. A continuación se establecen algunas comparaciones con los Códigos de aplicación en Argentina (INPRES CIRSOC 103) destacando similitudes y diferencias con el objetivo de sentar las bases para la elaboración de un Manual de Evaluación Sísmica de Edificios adaptado a la normativa, tipologías y materiales de construcción propios de nuestro país.
ABSTRACT
In Argentina there is a great number of buildings built prior to the Seismic Resistance Design Code. This shows the need of tools to carry out buildings seismic assessment in order to determine their seismic resistance capacity and the need of seismic retrofitting.
A summarized analysis of the methodology is presented in this work for the seismic assessment of existing buildings without seismic-resistance provisions. This was proposed in the Handbook for the Seismic Evaluation of Building – A Pre-standard of the Federal Emergency Management Agency (FEMA 310), at present Standard ASCE/SEIS 31-03. The objective of this methodology is to determine if a building is appropriately designed and built to resist seismic actions considering all the performance aspects, structural as well as non-structural, foundation and geological risks. Next, some comparisons with the application codes in Argentina (INPRES CIRSOC 103) are done highlighting similarities and differences in order to establish the basis for the Manual of Seismic Evaluation of Buildings adapted to the regulations and building materials of our country.
1. INTRODUCCIÓN
En Argentina existe un gran número de edificios construidos con anterioridad a la aparición de los Códigos de diseño sismorresistente, y en muchos casos, dichos edificios forman parte del patrimonio arquitectónico o histórico, o cumplen funciones esenciales para el desarrollo de la sociedad (escuelas, hospitales, organismos públicos, edificios de oficinas, complejos habitacionales, etc.). Estos constituyen, principalmente en aquellas zonas de moderada y alta peligrosidad sísmica, una de las causas mas importantes de riesgo sísmico en dichas regiones. Teniendo en cuenta las potenciales pérdidas de vidas humanas y económicas que ello significa, se plantea la necesidad de contar con herramientas que permitan realizar una evaluación sísmica de dichos edificios a fin de determinar su capacidad sismorresistente y la necesidad de efectuar o no una rehabilitación sísmica.
Generalmente la evaluación sísmica de un edificio se basa en las prescripciones dadas por los Códigos para nuevos edificios, que abarcan tres tipos básicos de requerimientos: Resistencia, Rigidez y Ductilidad. Si bien los requisitos de resistencia y rigidez pueden ser transferidos a las construcciones existentes a través de análisis adecuados, no ocurre lo mismo con la ductilidad, ya que si un edificio existente no reúne los requisitos de detallado apropiado no se reunirán las expectativas básicas de resistencia y rigidez requeridas, y por lo tanto no podrá dicho edificio evaluarse con códigos para nuevos edificios.
En diversos países del mundo existen organismos que han elaborado documentos que sirven de guías para la evaluación de la resistencia sísmica, el desempeño esperado y la seguridad de edificios existentes, algunas de las cuales se han transformado posteriormente en Normas de aplicación, como es el caso de la analizada en este trabajo. A partir de una revisión rápida de diferentes metodologías existentes1, se presume que la presentada por el Manual FEMA 3102 resume los componentes esenciales de un esquema de evaluación sísmica apropiado para su adaptación e implementación en nuestro país.
Se presenta a continuación un análisis resumido de la metodología para la evaluación sísmica de edificios construidos sin previsiones sismorresistentes, propuesta en el Handbook for the Seismic Evaluation of Building - A Prestandard de la Federal Emergency Management Agency (FEMA 310), actualmente convertido en la Norma ASCE/SEI 31-033, de Estados Unidos.
2. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN
El Manual FEMA 310 presenta una guía para determinar la vulnerabilidad de una estructura existente. El proceso de evaluación sísmica consta de tres niveles o fases, a través de una técnica de análisis progresivo y de complejidad incremental. Para ello se incluye una guía que a través de distintas planillas permite determinar zonas o puntos débiles de la estructura que podrían ocasionar el colapso local o total de la estructura. Para ello relaciona todos los aspectos que hacen al desempeño del edificio, analizando:
• elementos estructurales • elementos no estructurales • problemas de fundación • riesgo geológico
Cabe acotar que el procedimiento de FEMA 310 es utilizado únicamente para evaluar la capacidad de la edificación en cuanto a su vulnerabilidad, pero no para evaluar su capacidad postsismo.
2.1. Requisitos para la Evaluación
Antes de comenzar el proceso de evaluación es necesario determinar el nivel de desempeño deseado, la sismicidad de la región y la tipología del edificio. Para ello se deben recolectar y examinar todos los documentos disponibles pertinentes al diseño y construcción del edificio, verificando además si el edificio fue construido de acuerdo con dicha documentación, y registrando todas las alteraciones detectadas.
2.1.1. Niveles de Desempeño
En el procedimiento se incorpora en el análisis de los edificios la posibilidad de evaluar bajo dos niveles de desempeño:
• Desempeño de Ocupación Inmediata (OI): el edificio puede sufrir daño muy limitado tanto en componentes estructurales como no estructurales, durante el terremoto de diseño. El sistema estructural conserva toda su resistencia y rigidez, las fisuras son moderadas y los componentes no estructurales están asegurados o con daños menores fácilmente reparables al ser ocupado el edificio.
• Desempeño de Seguridad de Vida (SV): el edificio puede sufrir daño significativo en componentes estructurales y no estructurales, pero mantiene un margen sustancial para las deformaciones laterales adicionales antes del colapso estructural parcial o total. Existen tensiones y rigideces residuales en todos los pisos, los elementos soportan las cargas gravitatorias, la mayoría de los componentes no estructurales como sistemas eléctricos, mecánicos y arquitectónicos están dañados.
El nivel de desempeño deseado debe definirse antes de llevar a cabo una evaluación sísmica con este Procedimiento, teniendo en cuenta para ello la importancia del edificio y las consecuencias del daño que ocasionaría el sismo. Para ambos niveles de desempeño, según FEMA 310 la demanda sísmica se basa en los valores de aceleración espectral de respuesta para el mayor terremoto considerado.
2.1.2. Sismicidad de la Región
En cuanto a las regiones de sismicidad, este manual como sus antecesores, tiene en cuenta la diferencia de demanda entre regiones de:
• alta
• moderada • baja sismicidad
Tabla 1 : Regiones de Sismicidad definidas en U.S.A. Región de Sismicidad SDS SD1 Baja <0.167g <0.067g Moderado <0.500g <0.200g Alta >0.500g >0.200g donde: DS
S es el parámetro de aceleración de respuesta de diseño para períodos cortos 1
D
S es el parámetro de aceleración de respuesta espectral de diseño para un período de 1 segundo.
2.1.3. Tipología de los Edificios
El Manual establece una clasificación para los edificios a evaluar tomando como referencia los edificios tipo americanos, en base a lo cual reconoce 15 tipologías diferentes (Tabla 2) que incluyen diversos materiales estructurales (madera, acero, hormigón armado y premoldeado, mampostería) y tienen en cuenta los sistemas resistentes a fuerzas laterales y tipo de diafragmas presentes en el edificio a evaluar. Se designan con una letra que corresponde a las iniciales del material, por ejemplo las Tipologías S1 y C1 corresponden a pórticos de acero y hormigón (Steel y Concrete) respectivamente. Para edificios con diferentes sistemas resistentes a fuerzas laterales en cada una de las dos direcciones ortogonales, deben utilizarse dos tipologías de edificio por separado.
Tabla 2: Tipologías de Edificios Edificio Tipo 1: Pórticos livianos de madera
W1 Viviendas simple o múltiple de uno o más pisos en altura. Cargas livianas y luces cortas. El piso y la cubierta consisten en vigas de maderas poco espaciadas o tipo cabriada.
W1A Edificios de viviendas unitarias de varios pisos similares en construcción a W1, pero con garajes abiertos en el frente del primer piso (P.B.).
Edificio Tipo 2: Pórticos de madera, Comercial e Industrial
W2 Edificios comerciales o industriales con un área de 465 m2 o más. Luces y cargas más altas que en pórticos livianos. Pocos muros interiores. Cubierta y entrepisos armados con vigas reticuladas de madera o acero y columnas de madera o acero.
Edificio Tipo 3: Pórticos de Acero
S1 Pórticos de vigas y columnas ensambladas de acero. Cubierta y entrepisos de losas de hormigón colado in situ o de metal con hormigón soportado por vigas de acero o vigas de celosía.
S1A Similares a S1, excepto que los diafragmas son paneles de madera o metálicos, se consideran como flexibles.
Edificio Tipo 4: Pórticos de acero atirantados o arriostrados con diagonales
S2 Pórticos ensamblados de vigas y columnas de acero, cubierta y entrepisos de losas de hormigón colado in situ o de metal con hormigón soportado por vigas de acero o vigas de celosía.
S2A Similar a S2, excepto por los diafragmas que son cubiertas de madera o metálicas, se consideran flexibles.
Edificio Tipo 5: Pórticos livianos de acero
S3 Edificios de un piso de altura prefabricados con pórticos de acero rígidos transversalmente. Muros y cubierta de metal liviano, paneles cementicios o de fibra de vidrio.
Edificio Tipo 6: Pórticos de acero con tabiques de hormigón
S4 Pórticos ensamblados de vigas y columnas de acero, cubierta y entrepisos de losas de hormigón colado in situ o metalicos con o sin llenado de hormigón.
Edificio Tipo 7: Pórticos de acero rigidizados con muros de mampostería (corte)
S5 Tipo antiguo de construcción, consistente en pórticos de vigas y columnas de acero, cubiertas y entrepisos de losas de hormigón in situ o metálicos. Muros de ladrillo macizo, bloques de hormigón, o bloques huecos de cerámico. Se consideran diafragmas rígidos.
S5A Estos edificios son similares a S5, excepto que los diafragmas son flexibles, sean paneles de madera o metálicos.
Edificio Tipo 8: Pórticos de Hormigón
C1 Pórticos de vigas y columnas de hormigón. Diafragmas: losas de hormigón macizas, losas nervuradas en una o dos direcciones.
Edificio Tipo 9: Tabiques de Hormigón Armado
C2 Entrepisos y techos de losas de hormigón macizas, losas nervuradas en una o dos direcciones, soportadas sobre columnas o muros de hormigón. Los diafragmas se consideran rígidos frente a los muros. C2A Similar a C2, excepto que los diafragmas son flexibles, como paneles
de madera.
Edificio Tipo 10: Pórticos de hormigón rigidizados con muros de mampostería
C3 Tipo antiguo de construcción, consistente en pórticos de vigas y columnas de hormigón, cubiertas y entrepisos de losas de hormigón in situ o metálicos. Muros de ladrillo cerámico macizo, bloques de hormigón, o bloques huecos cerámicos. Se consideran diafragmas rígidos.
C3A Similar a C3, excepto que los diafragmas son flexibles, como paneles de madera.
Edificio Tipo 11: Edificios de Tabiques de hormigón prefabricado
PC1 Edificios de uno o más pisos en altura, tienen en su perímetro muros de paneles prefabricados que son ensamblados en obra. Entrepisos y techo con vigas de madera o de acero. Entrepisos soportados en el interior por columnas y en el perímetro por muros de hormigón.
PC1A Similar a PC1, excepto que los diafragmas consisten en elementos prefabricados, que son montados in situ, o elementos metálicos con llenado de hormigón, y tienen relativa rigidez con respecto a los muros. Edificio Tipo 12: Pórticos de hormigón prefabricado
PC2 Pórticos ensamblados de vigas y columnas prefabricadas con la presencia de muros de corte. Diafragmas: elementos prefabricados interconectados.
Edificio Tipo 13: Mampostería reforzada con Diafragma flexible
RM1 Mampostería de bloques de hormigón o ladrillo reforzada. Diafragma flexible.
Edificio Tipo 14: Mampostería reforzada con Diafragma rígido
RM2 Similar RM1, excepto que los diafragmas consisten en cubiertas de hormigón, placas de hormigón prefabricado; se consideran rígidos. Edificio Tipo 15: Mampostería no reforzada
URM Estos edificios tienen muros perimetrales de mampostería de ladrillo macizo no reforzado. Los diafragmas se consideran flexibles.
URMA Similar a URM, excepto que los diafragmas se consideran rígidos. 2.2. Proceso de Evaluación
El proceso de evaluación de FEMA 310 consta de tres niveles: • Nivel 1: Fase de Inspección
• Nivel 2: Fase de Evaluación
• Nivel 3: Fase de Evaluación Detallada
que se pueden resumir en el siguiente cuadro (Figura 1):
Figura 1 – Proceso de Evaluación
N Niivveell11::FFaasseeddeeIInnssppeecccciióónn R Reeqquuiissiittoossppaarraallaaeevvaalluuaacciióónn P PllaanniillllaassddeeVVeerriiffiiccaacciióónn VVeerriiffiiccaacciioonneessRRááppiiddaass D Deeff?? N Noo SSíí E Evvaall..PPoosstteerriioorr?? NNoo E Evvaall..eeddiiffiicciiooccoommpplleettoooossóóllooddeeffiicciieenncciiaass N Niivveell22::FFaasseeddeeEEvvaalluuaacciióónn P Prroocceeddiimmiieennttooss S Síí D Deeff?? N Noo SSíí E Evvaall..PPoosstt?? NNoo S Síí N Niivveell33::FFaasseeddeeEEvvaall..DDeettaallllaaddaa E Evvaall..AAmmpplliiaa((AAnnaall..NNoolliinneeaall)) N Noo SSíí NNoovveerriiffiiccaa V Veerriiffiiccaa R Reehhaabbiilliittaacciióónn
Nivel 1
El propósito de este nivel es realizar una inspección del edificio para determinar si cumple con los requerimientos del Manual, identificar rápidamente potenciales deficiencias y predecir su probable comportamiento sísmico. Para ello se plantean una serie de interrogantes para cada tipo de estructura a fin de descubrir defectos, puntos débiles o zonas vulnerables dentro de la edificación. Consta de diversos grupos de Planillas de Verificación que permiten, a través de un análisis simple, una rápida evaluación de los elementos en riesgo del edificio (estructurales, no-estructurales, geológicos y/o de fundaciones), y de las condiciones de emplazamiento. En algunos casos se requiere en esta etapa de las llamadas “Verificaciones rápidas”, pero con un nivel de análisis mínimo.
Nivel 2
En este nivel se lleva a cabo un análisis completo del edificio teniendo en cuenta todas las deficiencias detectadas o identificadas en el Nivel 1. Se limita a métodos de análisis lineal simplificados (Método Estático Lineal o Método Dinámico Lineal). Si se identifican deficiencias durante el análisis de Nivel 2, el profesional puede elegir (al igual que en la Etapa anterior) entre concluir la evaluación e informar las deficiencias, o pasar al Nivel 3.
Nivel 3
Consiste en realizar una evaluación sísmica detallada que involucra procedimientos de análisis no lineal, y se limita a casos específicos de estructuras complejas.
2.3. DESCRIPCIÓN DE LOS NIVELES DE EVALUACIÓN 2.3.1. Nivel 1
Los aspectos a evaluar establecidos en las planillas de verificación constituyen el núcleo de la Metodología de Evaluación de Nivel 1.
Se presentan diferentes tipos de planillas, según se detalla a continuación: • Región de Baja Sismicidad
• Estructural Básica (para cada tipología estructural)
• Estructural Suplementaria (para cada tipología estructural) • Riesgo Geológico y Fundaciones
• No Estructural Básica
• No Estructural Suplementaria • General Estructural Básica
• General Estructural Suplementaria
Para iniciar la Evaluación de Nivel 1, se deben seleccionar las planillas de verificación necesarias a completar en función de la sismicidad de la región y del nivel de desempeño propuesto según se indica en Tabla 3.
Tabla 3: Planillas de Verificación Requeridas p/ Nivel 1- Fase de Inspección Planillas de Verificación a completar
R e g ió n d e S is m ic id a d N iv e l d e d e s e m p e ñ o Baja sism. Estruct. Básica Estruc. Suplem. Riesgo Geol. y Fundac. No Estr. Básica No Estr. Suplem. S. V. Baja O. I. S. V. Mode-rada O. I. S. V. Alta O. I.
S. V: nivel de desempeño de seguridad de vida O. I: nivel de desempeño de ocupación inmediata
Cada uno de los aspectos o ítems a evaluar de las planillas de verificación debe marcarse con (C) “cumple”, (NC) “no cumple” o (N/A) “no aplicable”. Los aspectos cumplimentados identifican principios que son aceptables de acuerdo al criterio de este Manual, mientras que los aspectos no cumplimentados identifican principios que requieren una investigación y análisis mas amplios posteriores. Algunos aspectos pueden no ser aplicables a los edificios que están siendo evaluados. Los aspectos a evaluar se basan en los daños estructurales observados en cada tipología estructural durante terremotos ocurridos. Las planillas de verificación no necesariamente identifican la respuesta de la estructura a grandes terremotos; sin embargo, el profesional obtiene una idea general de las deficiencias de la estructura y el posible desempeño durante un terremoto. Mediante una identificación rápida de las deficiencias en la estructura se tiene una mejor idea sobre los aspectos a analizar en la Evaluación de Nivel 2, para lo cual se indica en cada ítem la sección perteneciente al Procedimiento de Evaluación del Nivel 2 correspondiente a cada deficiencia.
La planilla correspondiente a Región de Baja Sismicidad es común a todos las tipologías de edificios, y tiene en cuenta todos los aspectos: Estructurales, Geológicos y de Fundaciones y No estructurales.
Las planillas de Verificación Estructural Básica (específicas para cada tipología) están subdivididas en tres grupos de ítems, cada uno de los cuales controla diferentes aspectos que pueden en general resumirse en:
a. Sistema Estructural § trayectoria de cargas § piso débil § piso flexible § irregularidades geométricas § irregularidad de masa
§ efectos torsionales
§ deterioro de los materiales en los componentes estructurales principales b. Sistema Resistente a Fuerzas Laterales
§ redundancia
§ verificación de tensiones de corte § verificación de distorsión de piso § verificación de tensiones axiales c. Conexiones
§ transferencia de fuerzas desde los diafragmas a los muros § anclajes de las columnas en las fundaciones
Para completar las planillas de verificación estructural básica es necesario realizar las llamadas “Verificaciones Rápidas” para el tipo de edificio que se trate. Estas consisten en calcular la resistencia y rigidez de ciertos elementos o componentes del edificio, y compararlas con valores de referencia especificados en el Manual. Las planillas de Verificación Estructural Suplementaria están subdivididas también en tres grupos de ítems, cada uno de ellos abarca diferentes aspectos que pueden resumirse en:
a. Sistema Resistente a Fuerzas Laterales § columnas cortas
§ falla por corte
§ columna fuerte - viga débil § armadura en nudos
b. Diafragmas
§ continuidad de los diafragmas
§ refuerzos en aberturas de losas o diafragmas § irregularidades en planta
c. Conexiones
§ cabezales de pilotes
§ conexiones entre muros y diafragmas
La planilla de Riesgo Geológico y Fundaciones es común a todos los edificios y engloba aspectos como:
a. Riesgo Geológico § licuefacción
§ deslizamiento de laderas § ruptura de fallas superficiales
b. Condición de las Fundaciones § desempeño de las fundaciones § deterioro
c. Capacidad de las Fundaciones
§ profundidad mínima de las fundaciones § peligro de vuelco
§ vinculación entre elementos de la fundación § fundaciones profundas
Las Planillas de Componente No Estructural (Básica y Suplementaria) también son comunes a todas las tipologías y consideran una gran variedad de elementos no estructurales y su relación con el sistema resistente del edificio.
En el caso de edificios con sistemas estructurales que no se asemejan a los tipos mas comunes de edificios, deben utilizarse las Planillas de Verificación Estructural General (Básica y Suplementaria), que constituyen un listado completo de todos los aspectos a evaluar utilizados en Evaluaciones de Nivel 1. Un esquema del Proceso de Evaluación de Nivel 1 se muestra en la Figura 2.
Figura 2 - Proceso de Evaluación: Nivel 1 - Fase de Inspección Ø Nivel de desempeño
Ø Sismicidad de la región
Ø Descripción general (tipología) Etapa previa
Selección planillas de verificación si no Completar Planilla de Verificación Estructural Básica Completar Planilla de Verificación Estructural Suplementaria Completar Planilla de Verif. p/ Región Baja Sismicidad Reg. Baja Sismicidad y
Desempeño Seg. Vida?
Completar Planilla de Verif. de Fundaciones Completar Planilla de Verificación No Estructural Básica Completar Planilla de Verif. No Estructural Suplementaria Alta Sismicidad (S.V. u O.I.) o Moderada Sismic. (O.I.)? si no Nivel de Des. Ocupación Inmediata? Resumen de Deficiencias Se requiere mayor evaluación? si no
Después de completar la Evaluación de Nivel 1, se analiza según la Tabla 4 en qué casos se requiere una evaluación mas detallada.
Tabla 4: Necesidad de mayor evaluación
Nº de Pisos más allá del cual se requiere una Ev. Nivel 2 o 3 del edif.
Baja Moderada Alta
Tipo de Edificio Modelo
S.V O.I S.V. O.I. S.V. O.I. Pórticos de Madera
Livianos (W1) SL 2 SL 2 SL 2
Varios pisos, grupos de viviendas
unitarias (W1A) SL 3 SL 2 SL 2
Industrial y Comercial (W2) SL 2 SL 2 SL 2
Pórticos de Acero (Flexión)
Diafragma Rígido (S1) SL 3 SL N2 SL N2
Diafragma Flexible (S1A) SL 3 SL N2 SL N2
Pórticos de acero atirantados (Diagonales)
Diafragma Rígido (S2) SL 3 SL 2 SL 2
Diafragma flexible (S2A) SL 3 SL 2 SL 2
Pórticos livianos de Acero (S3) SL 1 SL 1 SL 1 Pórticos de acero con tabiques de
hormigón (S4)
SL 4 SL 4 SL 3
Pórticos de acero rigidizados con muros de mampostería
Diafragma rígido (S5) SL 2 SL N2 SL N2
Diafragma flexible (S5A) SL 2 SL N2 SL N2
Pórticos de Hº (Flexión) (C1) SL 2 SL N2 SL N2 Tabiques de Hormigón Armado
Diafragma Rígido (C2) SL 4 SL 4 SL 3
Diafragma Flexible (C2A) SL 4 SL 4 SL 3
Pórticos de Hormigón rigidizados con muros de mampostería
Diafragma Rígido (C3) SL 2 SL N2 SL N2
Diafragma Flexible (C3A) SL 2 SL N2 SL N2
Tabiques de Hº prefabricado (Corte)
Diafragma Rígido (PC1) SL 1 SL N2 SL N2
Diafragma Flexible (PC1A) SL 1 SL N2 SL N2
Pórticos de Hº Prefabricado
Con muros de corte (PC2) SL 4 SL 4 SL 3
Sin muros de corte (PC2A) SL N2 SL N2 SL N2
Mampostería reforzada
Diafragma Flexible RM1 SL 3 SL N2 SL N2
Diafragma Rígido RM2 SL 3 SL 3 SL 2
Mampostería No reforzada
Diafragma Flexible (URM) SL N3 PS N3 PS N3
Diafragma Rígido (URMA) SL 1 SL N3 SL N3
PS: Procedimiento Especial (se requiere una Evaluación 2 usando el Procedimiento Especial definido para muros no reforzados con diafragmas flexibles; previamente deberán completarse Planillas de Riesgo Geológico, Fundaciones y No Estructural).
SL: sin límite en el número de pisos
N2: se requiere una Evaluación Nivel 2 completa N3: se requiere una Evaluación Nivel 3
2.3.2 Nivel 2
Se presentan dos opciones:
a) realizar un análisis completo de todo el edificio que tenga en cuenta todas las deficiencias detectadas en el Nivel 1, o
b) realizar un análisis de sólo las deficiencias.
Para los edificios con mas pisos que el número especificado en la Tabla 4, se realizará una evaluación Nivel 2 del edificio completo. Para edificios que no requieren una evaluación de Nivel 2 o 3 del edificio completo, puede llevarse a cabo una Evaluación Nivel 2 de sólo las deficiencias, si éstas fueron identificadas en la Evaluación 1, o puede finalizar la investigación e informarse las deficiencias. Una evaluación de Nivel 2 incluye un análisis utilizando uno de los siguientes métodos lineales:
• Método Estático Lineal • Método Dinámico Lineal • Procedimiento Especial
Los dos primeros pueden aplicarse en todos los edificios, excepto en los de muros de mampostería no reforzada con diafragmas flexibles, que deben ser evaluados con el Procedimiento Especial. Además se proveen procedimientos para evaluar los Componentes No estructurales.
El análisis del Nivel 2 utiliza un método a nivel de componentes, similar al desarrollado en FEMA 2734. El mismo se basa en pseudo fuerzas laterales y desplazamientos equivalentes reales, combinado con factores m relacionados con la ductilidad de cada elemento, sobre la base de analizar cada uno de ellos. Se proveen para ambos métodos (Estático Lineal y Dinámico Lineal) los criterios de aceptabilidad que comparan los esfuerzos determinados en el análisis con las capacidades de los elementos obtenidas utilizando los factores m que están relacionados con la ductilidad de los componentes. Los coeficientes m se obtienen de tabla, en función del tipo de componente, del material y del nivel de desempeño.
El Método Estático Lineal se basa en las siguientes etapas: § Se realiza un modelo matemático del edificio
§ Se distribuyen verticalmente las fuerzas laterales
§ Se calculan las fuerzas y desplazamientos de los componentes o del edificio utilizando métodos de análisis elástico
§ Se calculan las fuerzas en los diafragmas
§ Se comparan los esfuerzos en los componentes con los criterios de aceptabilidad establecidos
En este Procedimiento, el edificio se modela con rigidez elástica-lineal y amortiguamiento viscoso equivalente de valores aproximados a los esperados para cargas cercanas al punto de fluencia. La magnitud de la pseudo fuerza lateral ha sido seleccionada con la intención de que cuando ésta sea aplicada al modelo elástico lineal del edificio, resulten amplitudes de desplazamientos de diseño próximas a los desplazamientos máximos esperados durante el terremoto de diseño.
El Método Dinámico Lineal se basa en las siguientes etapas: § Se realiza un modelo matemático del edificio
§ Se define el espectro de respuesta del lugar
§ Se lleva a cabo un análisis modal espectral del edificio
§ Se modifican los esfuerzos y deformaciones multiplicándolos por un factor C que relaciona los desplazamientos inelásticos máximos esperados con los desplazamientos calculados para la respuesta elástica lineal
§ Se calculan las fuerzas en los diafragmas § Se calculan los esfuerzos en los componentes
§ Se comparan los esfuerzos de los componentes con los criterios de aceptabilidad establecidos
El Método Dinámico Lineal se aplica para edificios de más de 30 metros y construcciones con irregularidades geométricas, de masas o de rigideces limitadas.
2.3.3 Nivel 3
El análisis detallado del Nivel 3 se limita a casos específicos de edificios complejos y se realiza con métodos de análisis no lineal.
La Evaluación Detallada debe llevarse a cabo cuando implique una significativa ventaja desde el punto de vista económico o de otro tipo, considerando que las Evaluaciones de los Niveles 1 y 2 son muy conservadoras.
La evaluación de Nivel 3 se debe realizar utilizando los procedimientos disponibles para el diseño de rehabilitación sísmica o para el diseño de nuevos edificios, aplicando en ambos casos un factor de reducción de 0,75 sobre las fuerzas sísmicas. En cuanto a las Normas para Rehabilitación, en USA se encuentran disponibles las Guías y Comentarios para la Rehabilitación Sísmica de Edificios (NEHRP – FEMA 273 y 2745), de alcance nacional, además de otras de aplicación regional desarrolladas para tipologías específicas.
En una evaluación de Nivel 3 el desempeño esperado de los componentes existentes puede evaluarse comparando las demandas calculadas sobre los componentes con sus capacidades.
3. CONSIDERACIONES SOBRE EL ANÁLISIS
El procedimiento de evaluación sísmica de este Manual, así como el de muchos otros, se basa en la filosofía ampliamente aceptada que considera la respuesta no lineal de un edificio cuando es sometido a un movimiento sísmico que es representativo del terremoto de diseño.
El UBC6 y FEMA 1787 tienen en cuenta la respuesta sísmica no lineal en un procedimiento de análisis estático lineal por medio de la inclusión de un único factor de modificación de respuesta R (o factor de reducción) que se aplica sobre toda la estructura, calculando una fuerza de corte basal equivalente reducida (similar a lo establecido en el Método Estático del INPRES CIRSOC 103). Sin embargo, los desplazamientos del edificio utilizando este corte basal son significativamente menores que los desplazamientos que el edificio experimentaría realmente durante el terremoto de diseño. En resumen, se basa en fuerzas laterales equivalentes y pseudo desplazamientos. En forma similar, la norma INPRES CIRSOC 103 en el Capítulo 13: Deformaciones, para realizar el control de la distorsión horizontal de piso, exige que los desplazamientos δ se obtengan multiplicando por la ductilidad global µ los valores de desplazamientos obtenidos con la acción de las fuerzas sísmicas reducidas.
El procedimiento de análisis estático lineal en FEMA 310, así como en FEMA 273, toma un enfoque diferente para considerar la respuesta sísmica no lineal. Para ello se calculan pseudo fuerzas laterales estáticas que se aplican a la estructura para obtener los desplazamientos “reales” durante un terremoto de diseño. La pseudo fuerza lateral calculada representa la fuerza requerida, en un análisis estático lineal, para imponer la deformación real esperada de la estructura cuando es sometida al terremoto de diseño. Esto no representa la fuerza lateral real que el edificio debe resistir en los códigos de diseño tradicionales o en FEMA 178 o en INPRES CIRSOC 103. En resumen, este procedimiento se basa en desplazamientos equivalentes y pseudo fuerzas laterales. La magnitud de la pseudo fuerza lateral se selecciona de tal manera que cuando es aplicada al modelo elástico lineal del edifico, el mismo experimenta desplazamientos próximos a los máximos esperados. Para el caso de edificios que responden esencialmente en forma elástica al sismo de diseño, los esfuerzos obtenidos serán aproximaciones razonables a las esperadas. Pero para la mayoría de los casos, en que el edificio responde inelásticamente para el sismo de diseño, los esfuerzos calculados excederán a los que realmente desarrollaría. Por ello el presente manual considera la reducción cuando la estructura desarrolla su capacidad no lineal, utilizando factores m que tienen la ventaja de “saber” distinguir entre: los tipos de componentes (sean columnas de pórticos, muros de corte reforzados, diagonales de pórticos atirantados, conexiones de elementos premoldeados, etc.), el nivel de desempeño propuesto (Seguridad de Vida u Ocupación Inmediata) y el tipo de material (hormigón, acero, mampostería, madera). El factor m es distinto según se realice una evaluación de Nivel 1 o de Nivel 2.
4. CONCLUSIONES
Habiendo realizado un estudio del “Manual para la Evaluación Sísmica de Edificios - Una prenorma – FEMA 310”, se concluye que:
ü El mismo constituye una herramienta muy útil para el análisis de edificios existentes, desde el punto de vista de su adecuación para resistir fuerzas sísmicas, puesto que la mayor parte está dedicada a instruir al profesional evaluador sobre cómo determinar si un edificio está adecuadamente diseñado y construido.
ü Considera todos los aspectos del desempeño estructural, definidos en términos estructurales, no estructurales, de fundaciones y riesgo geológico.
ü La evaluación a través de FEMA 310 es relativamente sencilla y muy indicativa de las zonas vulnerables de las edificaciones existentes, puesto que luego de realizar esta evaluación a cualquier edificación, se pueden encontrar deficiencias estructurales que a su vez sirven para determinar las recomendaciones de refuerzo adecuadas.
ü El Manual utiliza un método basado en pseudo fuerzas laterales y desplazamientos equivalentes reales, a diferencia de las normas para el diseño estructural que establecen un Factor de Reducción único R para considerar la respuesta no lineal de la estructura.
Finalmente, aún cuando en nuestro país no existen actualmente normas tendientes a establecer parámetros o procedimientos de evaluación sísmica de edificios existentes, es necesario sentar las bases para que ello suceda. En base a lo analizado se puede concluir que este Manual presenta una Metodología de Evaluación Sísmica de Edificios Existentes adaptable a nuestro medio.
5. REFERENCIAS
1
“Evaluación y Rehabilitación Sísmica de Edificios - Estado del Arte” - Galíndez, Enrique E. y Molina Triviño, Analía - Publicado en Memorias de las XVIII Jornadas Argentinas de Ingeniería Estructural – Buenos Aires, Argentina – Septiembre de 2004.
2
FEMA 310 - “Handbook for the Seismic Evaluation of Buildings. A Prestandard”, Federal Emergency Management Agency, American Society of Civil Engineers (ASCE) – 2002.
3
Seismic Evaluation of Existing Buildings (ASCE/SEI 31-03) Reston, VA: ASCE/SEI, 2003
4
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