PATOLOGIA DE UN CONJUNTORESIDENCLAL

PorOtto Carvajal’

YMaría Luisa Díaz’

RESUMEN

Se presenta en este trabajo el resultado del estudio rea-

lizado en un Conjunto Residencial, tendiente a cuantificar y

evaluar los daños presentes en las edificaciones que constitu-

yen dicho Conjunto, las cuales mostraban un estado de agrieta

miento generalizado.

El Conjunto Residencial consta de veinte y tres (23) edi-

ficios de cuatro (4) pisos, cuya estructura es de concreto re-forzado con paneles de cerramiento prefabricados.

El estudio abarcb, el levantamiento y evaluación de los

daños presente,s en los elementos estructurales y no -estructu.-rales mediante encuestas, la ejecucián de mediciones topogrdfi-cas para determinar posibles movimientos de las fundaciones y

los desplazamientos de origen t6rmico. Además se realizb -

un analisis de los esfuerzos en los elementos estructurales -

producidos por los cambios de temperaturas, y un analisis din&

mico con tres grados de libertad por planta, para determinar -

la resistencia de la estructura frente a solicitaciones srsmi-

cas. Tambi6n fu6 evaluada la calidad del concreto de la es

tructura y de los paneles prefabricados, mediante extracción y

ensayo de núcleos de concreto y la ejecucián de numerosas medi-

ciones esclerom6tricas.

Finalmente se presentan los metodos y procedimientos de

reparación. a fin de subsanar los daños y proporcionar a la es

tructura la resistencia y rigidez necesaria para resistir lã

accián sfsmica prevista para la zona donde está ubicada.

1. Profesor. M.Sc. Director del IMME. Facultad de Ingeniería.2. Pmfesor. IMME. Facultad de fngenierfa.

ABSTRACT

The damage leve1 evaluation in a 23 four-storied buil-

dings group, which has shown a generalized cracked condition,

is described in this work.

A wide variety of destructive and non - destructivetests,

as well as some topographic measurements, were performed in

order to determine whether or not foundation settlements did

appear.

A dynamic analysis, including a three-degrees-of-freedom

per story model. necessary to determine the structural respon

se when the building is subjected to earthquake loads, was

also done.

Severa1 core-dril1 strength tests were realized in order

to determine the quality of both structural concrete and prefa-

bricated panels.

Finally, some repairing methods oriented to provide the

structure with the adequate strength for bearing seismic -

actions are oresented and discussed.

PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 7

INTROOUCCION

El Conjunto Residencial localizado en la Regi6n Central

del psis, está formado por veinte y tres (23) edificios agru-

pados en seis (6) sectores identificados con las letras A, B,

C, D, E y F. En el sector A se encuentran los edificios nume

rados del 1 al 6; en el B los edificios 7 al 10; en el C los

edificios ll al 13; en el D los edificios 14 al 16; en el E

los edificios 17 al 19 y en el F los edificios 20 al 23.

La construcción de los edificios data del al[o 1380 y al

cabo de un silo aproximadamente, comenzaron a presentarse los

primeros sfntomas patolbgicos en los mismos, los cuales com_

prometlan la servicialidad de las edificaciones y ponlan e n

duda su seguridad estructural. Ello motivó la realización de

una serie de estudios para evaluar la magnitud de los daiíos

presentes, diagnosticar sus causas y evaluar la resistencia y

capacidad de las edificaciones, ante las acciones slsmicas

previstas para esa zona en la Norma Venezolana (11. Todo g110 con miras a elaborar un conjunto de recomendaciones quegaranticen el buen funcionamiento, bajo condiciones de servi-

cio y que los dote de suficiente resistencia para soportar la

acción del sismo mbs severo previsto para la zona. Las _acti

vidades realizadas fueron las siguientes:

1. Inspecciones oculares y descripción de los daflos 00

servados.

2. Evaluación de la calidad de los materiales.

3. Mediciones topogr6ficas

4 . Análisis de muestras del suelo.

5. Análisis dinãmica de las edificaciones.

6. Revisisión de la capacidad de las columnas del pri -

mer piso.

Boletfn IMME - Ado 26 - NC 79 - 1990

DESCRIPCIDN DE LOS EDIFICIOS.

Los edificios constan de cuatro (4) niveles y están con?

truldos de concreto armado. En el Conjunto existen -

dos tipos de edificios de planta rectangular. El edi-ficio tipo 1, posee una planta de 31,4 X 13,8 m, y el

edificio tipo II una de 46.0 m X 13,80. El edificio -

tipo 1, tiene dos núcleos de escaleras y el tipo II tie-ne tres núcleos. Los núcleos de escaleras estan adosa

dos a la fachada principal, ver figuras 1, 2 y 3. Las

vigas que forman los pórticos transversales son rectan -

gulares de .20 X .60 m las interiores, y de .20 X .40 m

las exteriores. Las vigas de los pbrticos longitudina

les son rectangulares planas de .60 X .15 m de seccibn -

transversal. Las columnas son rectangulares de .20 X

.60 m. Todas las secciones de los elementos estructu-

rales se mantienen constantes en los distintos niveles.

Las losas se construyeron parcialmente prefabricadas, en

una planta ubicada a pié de obra, logrbndose una seccián

compuesta de .15 m de espesor.

Los cerramientos tanto interiores como exteriores, están

formados por paneles de concreto liviano prefabricados a

pi6 de obra. Estos paneles de .20 m de espesor ser -

vian en algunos casos como encofrado de los lados inter-

nos de las columnas.

De acuerdo a los ensayos realizados sobre los materiales,

la resistencia media del concreto es de fi = 273 kg/cm'

en los elementos estructurales y de f; = 60 kg/cm' en -

los paneles de cerramiento. Estos valores fueron obtc

nidos de núcleos de concreto extraidos de diferentes ele

mentas. ver tablas 1 y 2. Como refuerzo en los elemen

tos estructurales, se utilizb acero A-42 con un esfuerzo

cedente de 4.200 kg/cm'. En los paneles prefabricados

el refuerzo lo constituyó una malla electrosoldada con -

un fY

= 5000 kg/cm*. Las fundaciones son de tipo pro

fundo, construldas con pilotes prefabricados e hincados.

PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 9

DESCRIPCIDN DE LOS DAÑOS

Las edificaciones presentaban un estado de agrietamiento

generalizado, como puede observarse esquembticamente en

las figuras 4, 5. 6 y 7. Las fachadas de los edifi -

cias, presentan grupos de fisuras alrededor de las venta

nas. algunas de ellas parten de las esquinas extendiendo

se hacia los extremos de los paneles; mientras otras se

mantienen esencialmente horizontales. En la mayorfa -

de los casos, las grietas atraviesan los paneles.

Las juntas de unión entre los paneles y entre éstos y -

los elementos estructurales aparecen abiertas, tal como

se muestra en la figura 8.

En los elementos estructurales no se observaron grietas,

sin embargo, se aprecia la presencia de oquedades y dis

gregaci6n del concreto en algunos sitios, lo cual indica

poco control en la colocacibn y compactacibn del mismo,

durante la construcción.

Ademds del agrietamiento se detectaron una serie de defL

ciencias tales como: hundimiento en los pisos, filtra-

ciones, malos olores, instalaciones eléctricas insufi--

tientes, las cuales se manifestaron al poco tiempo de ha

ber sido habitados los edificios.

Todos los daños fueron reportados en una encuesta reali-

zada entre los habitantes del Conjunto Residencial.

DIAGNOSTICO

Debido al agrietamiento extenso que presentan las edifi-

caciones, se procedió a realizar una serie de mediciones

topogr6ficas. para determinar la magnitud de los movi --

mientos que se produclan y el orlgen de los mismos. A

tal fin se seleccionaron tres edificios, dos (2) del ti

po 1 y uno (1) del tipo II, y se realizaron sgis (6) ron

das de mediciones con una periodicidad mensual. Cada

10 Boleth IMME - At50 25 - N” 79 - 1990

ronda comprendía una medicibn durante las horas de la ma

ílana y otra durante las horas de la tarde. Los puntos

de medicibn se situaron en las esquinas del edificio, -

tanto en el nivel del techo como en el nivel P.B. Las

mediciones, que se prolongaron por un perfodo de tres -

(3) meses, indicaron que en los edificios no se produ --

cian asentamientos diferenciales de las fundaciones, P!Cro si que eran muy sensibles a las deformaciones de orf_

gen termico; en efecto, se obtuvieron alargamientos tota

les de 4.7 mm; 3.7 mm; y 3.4 mm, que son capaces de Pr2 *

ducir agrietamientos en los paneles de cerramiento. Ver

apéndice 1.

EVALUACION DE LA RESISTENCIA ANTISISMICA

Para evaluar la resistencia antisfsmica de la estructura,

se realizb un analisis dindmico con tres grados de liber

tad por planta, en cada uno de los tipos de edificios -

considerados. Para ello se utilizb el programa TABS

{3}, y el espectro normalizado que se presenta en la

Fig. 9. con un factor de reduccián de respuesta igual 4.

Este factor corresponde a una estructura aporticada. ci

yos miembros han sido reforzados de acuerdo al nivel de

diseño 2 (NOZ), (11.

El sistema se idealizb como un conjunto de p6rticos - -

orientados ortogonalmente sin incluir la participaci6n -

de los paneles de cerramiento.

Se considerá un perfil de suelo tipo 53, puesto que las

muestras tomadas en el sitio y analizadas, corresponden

a un suelo granular fino.

Para estimar el peso de los edificios se incluyeron los

elementos estructurales, los acabados y los tabiques pre

fabricados, con los valores obtenidos de muestreos en s1

tio. La carga variable se tomb igual al 25% de las -

cargas contempladas en la Ref. 4, para edificaciones re

sidenciales (175 kg/cm').

PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 1 1

El peso obtenido por nivel para el edificio 1. fue de

356.6 ton. y de 524.7 ton. para el edificio tipo II.

El análisis se realizó considerando la superposicibn de

sgis (6) modos de vibración. de acuerdo al metodo de la

raFz media cuadratica.

Además, se consideró el efecto de una torsibn accidental

igual al producto de la fuerza cortante máxima en cada

nivel por una excentricidad igual al 10% de la máxima di

mensibn de la planta en la direccibn perpendicular a

la analizada.

“0 = uAdW

donde u es el mayor de los valores dados por:

3 N+l-12N + 1

1 TIJ = 0.80 + - ( +- 1 )

20

Ad

a8 Ao= - ; donde a = 1.0; 0 = 2.0 A, = 0.22 R = 4

R

T=1.4Ta y Ta = 0.061 h, 3'4

El valor Vo. se obtiene al sumar los cortes máximos en -

las columnas del primer nivel, obtenidos del anblisis dL

námico.

Para cada edificio tipo y para cada direccibn, se, calcu-

laron los factores Vo/Vo; los cuales se presentan a col

tinuacibn:

12 Boletín IMME - Ah 26 - No 79 - 1990

Edificio Tipo 1 Edificio Tipo II

T d = 0 . 3 5 3 3 Ta = 0.3533

1.4 Ta = 0.4946 1.4 Ta = 0.4946

+ 1 = 1.71

0 x

= 1.56

(> 1 = 1.05 + 1 = 1.04

0 y 0 Y

Como puede observarse los mayores factores se obtienen -

para la direccibn x. en la cual los edificios presentan

la menor rigidez, lo cual se evidencia en el anglisis di

námico, como es el caso de los per(odos obtenidos para -

el edificio II; a saber:

TX = 1.096 ; T = 0.0641Y

Al evaluar la deriva de los pisos, se encuentra que en -

la direccibn x. en ambos tipos de edificios, se excede -

el valor lfmite (18X,); alcanzdndose derivas de hasta -

26%, . En cambio en la dirección y, el máximo valor al

canzado fu6 de 10.362,. Ver tablas 3 y 4.

Con respecto a la capacidad resistente de las columnas,

esta fu6 evaluada en el primer piso, considerando la COE

binacibn m6s desfavorable de las cargas sfsmicas y verti

cales. La verificacibn se hizo utilizando los diagra-

mas de interaccibn de la Ref. 5.

En las Tablas 5, 6, 7 y 8 se presentan estos resultados,

donde se aprecia que al hacer el andlisis en ambos tipos

de edificios en la direccìbn x. las combinaciones de cac

gas caen fuera de los diagramas de interacción en un 50%

de los casos. lo cual indica la falta de resistencia en

esta direccibn.

PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 13

Tanto las derivas de piso como las fuerzas en los miem -

bros obtenidos del anslisis dinámico fueron afectados -

por la relación Vo/Vo. la cual considera que los perro -

dos naturales reales, son mayores que los obtenidos en -

el análisis dinámico debido al efecto rigidizante de los

elementos no estructurales.

CONCLUSIONES

Como resultado de la evaluación realizada alas edifica -

ciones del Conjunto Residencial, se concluye lo siguien-

te:

1. En los edificios no se presentan movimientos de las -

fundaciones que puedan causar dafios en los elementos

estructurales ylo no estructurales.

2. Los agrietamientos observados en los paneles prefabri-

cados se deben a distorsiones de orígen t6rmico. agra

vados por la longitud de los edificios, la ausencia -

de juntas de dilatacibn y la falta de un acabado re-

flectante a nivel de los techos.

3. Las edificaciones presentan una serie de defectos co

mo consecuencia de vicios ocurridos durante la cons-

truccibn de los mismos.

4. Las edificaciones prhcticamente no presentan resisten

cia a la acci6n sfsmica en la direcciõn x (longitudi-

nal 1. por lo que al estar sometidos a movimientos de

este tipo, podrfa sufrir grandes daños en los elemen-

tos estructurales y no estructurales, incluyendo la -

posibilidad de colapso parcial o total.

14 Boletln IMME - Ano 25 - N” 79 - 1990

REPARACION DE LOS EDIFICIOS

A fin de garantizar la servicialidad de las edificacio -

nes, se hicieron las siguientes recomendaciones:

1. Realizar todas las reparaciones pertinentes para erra

dicar los vicios de construcción que afectan la Cun -

cionalidad de las estructuras mediante prdcticas de

buena ingenierfa.

2. Para minimizar los efectos de los cambios de tempera-

tura, se deben utilizar en los techos de las edifica-

ciones acabados reflectantes; así como reconstruir -

las pendientes con materiales aislantes tales como -

agregados de arcilla expandida, concretos espumosos,

etc. Los paneles de fachadas tambi6n deben ser pin-

tados al menos con pintura blanca para reducir la ab

sorción de la radiacibn.

3. Las grietas presentes entre los paneles y entre estos

y los elementos estructurales deberdn ser reparadas,

utilizando para ello materiales elastom6ricos que per

mitan los movimientos propios de los paneles. E n

aquellas zonas de grandes movimientos se deberhn con2

truir juntas que posteriormente se rellenan con el ma

terial antes mencionado.

REFUERZO DE LAS ESTRUCTURAS

Como se demostrb en el análisis dindmico realizado, las

edificaciones deben ser reforzadas en la direccibn longi-

tudinal, con el objeto de disminuir su flexibilidad y au

mentar su resistencia.

Para ello se propusieron varias opciones que aún estbn -

en proceso de estudio y evaluaci6n.

a. Construir muros estructurales utilizando para ello -

los muros extremos y los centrales con concreto pro-

PATOLOGIA DE C’N CONJC’NTO RESIDEKCIAL Jrj

yectado en ambas caras. Para el diseño deben consi-

derarse los criterios que 9arantlz;i e: adect,ado com-

portamiento de los muros es:-ucturales ubicado: en zo-nas sísm;cas isì1 .

b. Construir pórticos metálIcos 5 sïlc-res:stentrs 0 dia-gonalizar varios. Esta solucitin im+lca realizar -

modificac:ones en las fachadas longitulinales de los

edificios.

c. Construir macropórticos extericr,es, partiendo de las

columnas externas. Esta soluciin p~iedc ser onerosa,

debido a la longytud de los edificios.

La solución definitiva está condicionada al menor costo,

la mayor rapidez d? ejecución y a la mínima molestia pa-

ra los habitantes.

Cualquier solucián adoptada modificar; las solicitacio -

nes a nivel de las fundaciones, lc cual va a requerir es-

tudios adicionalrs.

REFERFNCIAS

1. COVENIN-MINDUR 1756-80/82. Norma Venezolana. Edifi-

caciones antisismicas. 123 p.

2. COVENIN-MINDUR 1753-85. Norma Venezolana. Estructu-

ras de Concreto Armado para Edificios, análisis y di-

seño. 241 p.

3. Wilson, E.L. y H.H. Dovey. Programa TAUS. Análisis

tridimensional de Sistemas Estructurales. Caracas:

IMME, 1986.

4. COVENIN-MINUUR (Provisional) 2002-86. Norma Venezo-

lana. Criterios y acciones mínimas pdra el proyecto

de edificaciones. 40 p. + Comentario.

16 Boletín IMME - Afio 25 - N” 79 - 1990

5. MarFn, Joaquin y Antonio Guell. Manual para el

Cálculo de Columnas de Concreto Armado. Caracas: -

MINDUR/FUNVISIS. 1984. 220 p.

6. Carvajal, Otto. Muros Estructurales ubicados en zo-

nas sfsmicas. En: Boletín Tecnico IMME 1989

24 (77) pp. 3-31.

PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 17

Tabla 1. Resultados de los Ensayos sobre Núcleos de

Concreto Extraldos en Distintos Elementos

Estructurales.

Tabla 2. Resultados de los Ensayos sobre Núcleos

ExtraTdos en los Paneles de Cerramiento.

18 Boleth IMME - Aho 25 - N” ‘79 - 1990

Tabla 3. Derivas de Piso. Sismo X

Edificio Tipo 1.

Eje 1 CA - 6) - Eje 13 (n - 6)

NlVCl 6, (nts) DeSPlazabllldad

1.4 0.0168557

___ 6 . 3 4

3 0.0151934

- 9 . 1 6

2 cl.w990,5

~ 1 0 . 3 6

I o.w39160 -

~ 6 . 7 8

ll O.wooMx)

Tabla 4. Derivas de Piso. Sismo Y

Edificio Tipo II.

PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 19

Tabla 5. Solicitaciones en Columnas. Sismo X

Edificio Tipo 1.

20 Boletln IMME - Ah 25 - N” ‘79 - 1990

l I I I I I I I l, I

l II I I I I I I

I I l I I I I I

Tabla 6. Solicitaciones en Columnas. Sismo Y

Edificio Tipo 1.

PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 21

Tabla 7. Solicitaciones en Columnas. Sismo X

Edificio Tipo II.

-2_---_m--.-~---p--- Roletín IMME - Año 25 - N” 79 - 1990

Tabla 8. Solicitaciones en Columnas. Sismo Y.

Edificio Tipo II.

Fig. 1 Envigado Edificio Tipo 1.

-- ---- --

~-.-~-.-

Fig. 2 Envigado Edificio Tipo II.

! ! ;i

++_L,.U.r,- m-:,--- ..#

,PLANTA f,PO ,.,“I.. L I.- 1-I..“... . - A

Fig. 3 Planta Tipo. Edificio Tipo 1

26- Boletín IMME - Año 25 - N” 79 - 1990

Fig. 4 Agrietamiento típico en las fachadas principal y

posterior. Edificio Tipo 1.

Fig. 5 Agrietamiento trpico en las fachadas laterales.

Edificio Tipo 1.

PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 27

Fig. 6 Agrietamiento típico en las fachadas principal y

posterior. Edificio Tipo II.

Fig. 7 Agrietamiento tfpico en las fachadas laterales.

Edificio Tipo II.

28 Boleth MME - Ado 2 6 - N’ 7 9 - 1 9 9 0

Fig. 8 Agrietamiento en las juntas entre los diferentes

elementos.

,-

2-

Fig. g Espectros normalizados (Amortiguamiento 5%;

Factor de Reducción de Respuesta = 1)

PATOLOGIA DE UN CONJUNTO RESIDENCIAL 2 9

APENDICE 1

TENSIONES EN LOS PANELES DE CERRAMIENTO, PRODUCIDOS POR

LOS CAMBIOS DE TEMPERATURA EN UN EDIFICIO TIPO II

Para evaluar teóricamente las distorsiones cortantes en

el último piso del edificio, producidos por los cambios de tem

peratura, se consideraron los valores de temperatura promedios

de los registros de ocho (8) años (1980 - 1988). suministrados

por la estaciõn Metereológicos de la Fuerza Aerea Venezolana,

más próxima al Conjunto Residencial, a saber:

Tmax = 33.58 OC

Tmin = 18.25 "C

A Ta = Tmax - Tmin = 15.33 "C

De la ref. 4 tenemos que:

A T = 1.25 x 1.0 x ATa = 1 9 . 1 6 “C

A T' = 0.825 x 15.33/.15 = 8 4 . 3 2 "C/m

Para el material, se supuso un coeficiente de dilatacibn ter-

micos ( a ) = 0.00001 /"C

Del análisis se obtuvieron, para el nivel de techo y el nivel

inmediato inferior, los siguientes desplazamientos relativos,

6N = 0.3201 - 0.2619 = 0.0582 cm

6 N - l = 0.0863 - 0.0828 = 0.0035 cm

Si la altura del piso es h=2.60m, la distorsión angular resul-

tante es igual a:

y = 0.0582 - 0.0035 = 2.1 x 10-4

2 6 0

30 Boletín IMME - Ano 25 - N” 79 - 1990

El módulo de elasticidad transversal (G) se calculó mediante

la siguiente expresión:

G= E = 0.14 x 14701e5 60 = 25.466 kg/cm'

2 (1+v) 2(1+0.20)

El esfuerzo tangencial, por lo tanto, será igual a:

T=~G = 25.466 x 2.1 x 1O-4 = 5.36 kg/cm2

Considerando el estado lfmite de tensiones tenemos que mayorar

las solicitaciones por 1.4; por lo tanto:

" = 1.4 T =U 7.50 kg/cm2

La resistencia a Corte del panel, se tomara igual a la suma de

las resistencias del "concreto" y del acero:

Contribuci6n del Concreto:

@ Vc = I$ x 0.85 x 0.53 x 601'2 = 2.97 kg/cm2

Contribución de la malla de refuerzo (150 x 150 x 4 ) :

AS = 0.84 cm2/m ; Fn = 5000 kg/cm2

q = 0.84 x 5000 = 4.200 kg/m = 42 kg/cm2

avS = $q/t = 0.85 x 42,00/15 = 2.38 kg/cm2

'Vn = 2.97 t 2.38 = 5.35 kg/cm2

Dado $J vn < vu , los paneles deben agrietarse diagonalmente,

como en efecto ocurri6.