SUPLEMENTO DISEÑO ANTISISMICO.pmd - CONSTRUCCION Y ...

AÑO VII
EDICIÓN 56
ABRIL 30
2012
SUPLEMENTOS ESPECIALES
MATERIALES Y PROCESOS
co&v
comunicadores
DISEÑO ANTISÍSMICO

T30: Construido en 15 días,
soporta sismos de magnitud 9
El crecimiento de China es impresionante,
no solo económicamente,
sino en cuanto a sus edificaciones.
Esto es un lugar de cultivo para la
investigación de nuevas tecnologías constructivas,
como los edificios prefabricados.
Este es el caso del T30, un edificio construido
en apenas 15 días por la empresa
de aires acondicionados Broad
Group, que está incursionando en la
construcción.
Este nuevo hotel, con 17,000 m 2 y cercano
al lago Dongting en la provincia de
Hunan, al sur-este de China, fue realizado
utilizando casi en su totalidad paneles
prefabricados. Tomó 46 horas completar
la estructura principal del edificio
y 90 horas en finalizarlo por completo.
Puede resistir hasta un terremoto magnitud
9, según lo testado en la China
Academy of Building Research.
Un grupo de miembros de la Asociación
de Ingenieros Civiles Estructurales
de Chile (AICE) presentaron
un estudio en el International
Symposium Ingeneering Lessons
Learned from the Giant Earthquake en el
que dieron a conocer los distintos efectos
de los terremotos de Chile del 27 de
febrero del 2010 y de Japón del 11 de
marzo del 2011.
Los especialistas René Lagos, presidente
de la AICE; Fernando Yáñez, vicepresidente
de la AICE; Rubén Boroschek, director
de la agrupación, y Ramón Verdugo,
miembro de la misma, informaron que
se pudo constatar que los daños sísmicos
de los edificios en Japón se produjeron,
principalmente, en construcciones antiguas
que no habían utilizado la última versión
de la norma, por lo que se trataba de
daños previsibles. «Los edificios más
modernos, en general, se portaron bien
con las nuevas disposiciones normativas
que tenían», afirma René Lagos.
Este Suplemento Especial es editado y producido por: CONSTRUCCION & VIVIENDA COMUNICADORES S.A.C.
2 DISEÑOANTISÍSMICO
Según el video difundido por Internet,
el edificio es 5 veces más eficiente que
un edificio estándar chino, tiene pane-
Ver video de la obra en: www.construccionyvivienda.com
les aislantes de 15 cm de espesor, un
sistema de recuperación de calor y
monitoreo de la calidad del aire.
Comparaciones entre el terremoto
de Chile y de Japón
El artículo llamado «Comparación entre
los fenómenos de licuefacción observados
en los terremotos del 2010
en Chile y 2011 en Japón» muestra que
la gran ocurrencia de licuefacción en el
terremoto de Japón se concentró en
rellenos hechos por el hombre, principalmente
en los ganados al mar. En tanto
que los más de 100 casos de licuefacción
ocurridos para el terremoto
chileno se produjeron mayoritariamente
en terrenos naturales.
Hasta el momento Broad Group solo
había construido una serie de prototipos
usando este modelo prefabricado,
que se ha denominado BSB. La compañía
construyó su propio pabellón en
la Expo de Shanghai, un hotel de 15
pisos en 2 días y este ejemplo de 30
pisos, es el más alto que la empresa
haya construido hasta ahora.
Claramente el diseño no es el fuerte de
la empresa, pero no deja de ser impresionante
la velocidad con la que se trabaja,
la eficiencia del proceso, la preocupación
por hacer énfasis en temas
energéticos y la resistencia de la estructura.
Quizá pueda ser un punto de partida
desde donde sea factible incorporar
mejorías en el diseño o la relación con
el contexto, o tal vez, la producción rápida
y en serie -característica de Chinaes
incompatible con el diseño personalizado
e independiente.
«Además, se presentó la diferencia en la
duración de los sismos de Chile del 2010
(magnitud 8.8) y del 3 de marzo de 1985
(magnitud 7.8), la cual puede explicar la
ocurrencia de licuación en este último
sismo y la prácticamente nula evidencia
de licuación en 1985», precisa Verdugo.
En tanto, Rubén Boroschek tuvo la oportunidad
de presentar dos trabajos: uno
sobre las características del movimiento
sísmico chileno y por qué fue tan
dañino, y otro sobre los cambios normativos
que se ejecutaron a causa del
terremoto. «Los japoneses estuvieron
muy interesados, ya que, debido a las
consecuencias de nuestro sismo y acciones,
ellos modificaron requisitos de
diseño, especialmente en edificios de
altura. Nuestro terremoto presenta una
información muy valiosa para la respuesta
de puentes y edificios de concreto
en altura, experiencia de la cual
se están beneficiando norteamericanos
y japoneses», señala.

Sistema antisísmico
de autodestrucción por diseño
Investigadores de todo el mundo se encuentran en busca de soluciones para edificios construidos en zonas de alta sismicidad con la finalidad
de proteger a sus ocupantes. Un ejemplo, es el sistema antisísmico de «autodestrucción» por diseño.
El equipo de ingenieros dirigidos
por el profesor Jerome Hajjar,
director del Departamento de Ingeniería
Civil y Ambiental de la Universidad
de Northeastern en massachussets,
y el profesor Gregory Deierlein,
la Universidad de Stanford en California,
idearon un sistema experimental con fusibles
sísmicos para edificios construidos
en zonas de alta sismicidad, llamado
Autodestrucción por Diseño.
La idea central es limitar los daños a
unas cuantas estructuras «fusibles» y
que una vez pasado el sismo recuperen
por sí mismas su verticalidad. Estos
fusibles, hacen mucho más fácil sustituir
las áreas dañadas sin comprometer
la estructura. Hajjar asegura que el
sistema minimizará los costos de reparación.
En primer lugar, los marcos de acero
que normalmente resisten los terremotos
pueden moverse libre de la cimentación,
moviéndose de lado a lado como
una silla con las piernas desiguales.
Este diseño se mece para proteger la
integridad del edificio llevando la energía
a los fusibles.
Los marcos pueden ser parte del diseño
inicial de un edificio o podrían ser incorporados
en un edificio existente siendo
reacondicionado después de un terremoto.
«Lo que hace único este sistema de
marcos es que, a diferencia de los sistemas
convencionales, es que estos actualmente
se balancean armónicamente desde
sus cimientos bajo grandes terremotos.»
comentó Deierlein.
Esquema de la estructura de balanceo. El marco de acero mediante refuerzo se muestra como líneas en paralelo reforzadas por
segmentos de acero cruzados que van hasta lo alto del edificio. La estructura detrás del marco simula el peso de un edificio de
tres pisos. En el recuadro se muestra el fusible de acero reemplazable, en la base del bastidor oscilante. Detrás y delante se
observan los cables de acero verticales que tiran de la parte posterior del edificio en plomada después de un terremoto.
El sistema cuenta con cables verticales
que recorren la altura del edificio. Estos
cables de acero tensados tienen por
función realinear cada piso después de
una sacudida sísmica. El sistema está
diseñado para auto-centrarse después
de un terremoto, mientras que los edificios
típicos son propensos a la inclinarse
y quedar descentrados.
El control del desplazamiento y el regreso
a su forma vertical de los marcos
es realizado cuando se detiene el movimiento
telúrico, tendones de acero se
desplazan hacia abajo, desde el centro
del marco en su parte más alta hasta el
fondo.
«La idea de este sistema estructural es
que se concentra el daño en fusibles
remplazables,» comentó Deierlein. Los
fusibles son construidos para ser flexibles
y disipar la energía telúrica indu-
cida por un terremoto, y por lo tanto
confinando el daño. De la misma forma
que los fusibles eléctricos, los fusibles
de acero son fácilmente remplazables
cuando se «funden».
Ingenieros interesados ya pueden utilizar
fusibles, marcos de balanceo o cables
verticales. Hajjar indica que dos
edificios en Illinois, Estados Unidos,
ya lo hacen. Sin embargo, conseguir la
aprobación de estos diseños requiere
un desarrollador persistente y una autoridad
de mente abierta de construcción
local.
Un prototipo del sistema de tres pisos
fue probado en el Japón E-Defense, el
simulador de terremotos más grande
en el mundo. Se usaron los registros
del terremoto de Kobe (Japón) de1995,
de magnitud 6.9, y el terremoto de
Northridge en 1994, de magnitud 6.7.
El Servicio Geológico de EE.UU. caracteriza
a la Northridge como el más costoso
en la historia de EE.UU., con pérdidas
estimadas en más de US$ 40,000
millones. El terremoto de Kobe causó
más de 6,000 víctimas mortales y pérdidas
económicas estimadas en tres
veces mayores que las causadas por el
terremoto de Northridge.
Para la última prueba el grupo utilizó
el registro del terremoto de Northridge
multiplicado por 1.7, muy por encima
del Terremoto Máximo Considerado.
«El único daño que se produjo en el
marco de ensayo era en los fusibles
sustituibles», dijo Deierlein. «Esta
prueba final demostró que el bastidor
basculante es un sistema fiable y eficaz».
Deierlein resaltó el impacto positivo de
este tipo de dispositivos en la
sostenibilidad. «imaginemos una ciudad
en donde se tiene que acabar destruyendo
un gran número de edificios»,
dijo. «En cuanto a los temas ambientales,
hay enormes costos para la eliminación
de materiales de construcción
en los rellenos sanitarios, junto con los
impactos de la fabricación de los materiales
utilizados para la reconstrucción»,
sostuvo.
La investigación es financiada por la
National Science Foundation, la
National Research Institute for Earth
Science and Disaster Prevention in
Japan, y la American Institute of Steel
Construction, a demás de otras instituciones
de la industria.

El líder en esta solución constructiva es Fábrica Peruana Eternit:
El Sistema de Construcción en Seco
«DRYWALL» garantiza seguridad
ante los sismos
Fábrica Peruana Eternit garantiza que su Sistema de Construcción en Seco «Drywall» posee excelente comportamiento ante terremotos en
pequeñas, medianas o grandes obras, por la flexibilidad y poco peso que caracteriza a sus materiales, lo que evita que se desplomen o
representen un peligro para los habitantes.
«En un sismo, el riesgo es el de
rrumbe de los muros o estructu
ras pesadas, los cuales ocasionan
pérdidas de vidas humanas y daños
a la propiedad. Los sistemas tradicionales
(ladrillo y cemento) son muy
rígidos y tienen demasiada carga, por
lo que se caen ante un fuerte movimiento
telúrico» informó el jefe de Producto
Superboard y Proyectos de Fábrica
Peruana Eternit, arquitecto Jaime Coronel-Zegarra,
luego de recomendar, a
los arquitectos, utilizar sistemas de
construcción más seguros y adecuados
al alto riesgo sísmico del país.
Explicó que la estructura del sistema
Drywall se basa en perfiles de acero
galvanizado donde se aplica placas de
fibrocemento Superboard y las placas de
yeso Gyplac. «El Drywall es ligero y flexible,
por eso ante un terremoto se mueve,
pero luego regresa a su posición original
sin desplomarse», agregó.
Destacó que en todos los ensayos a nivel
mundial, el muro de Drywall nunca
se desploma ante un sismo severo;
mientras con un muro de ladrillo sucede
lo contrario.
El arquitecto Coronel-Zegarra manifestó
que el comportamiento de una edificación
ante un movimiento telúrico
depende del peso de la masa desplazada.
«A mayor masa, mayores problemas.
Los muros de ladrillos se les tiene
que colocar una columna de fierro
cada 4 metros aproximadamente, para
darles algo de flexibilidad, pero no es
suficiente en caso de un sismo; en cambio
la estructura del sistema Drywall se
mueve durante un sismo, pero luego
regresa a su posición original sin desplomarse»,
aseguró.
MAYOR RESISTENCIA CON MENOS
PESO. «El Drywall pesa 10 veces menos
que el sistema de albañilería, lo
que hace que tenga un nulo riesgo de
colapso durante un eventual movimiento
telúrico», dijo tras opinar que
es un error pensar que ante un sismo,
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el sistema rígido y pesado, como la
albañilería, es más resistente a los movimientos
de la tierra que un sistema
flexible.
El representante de Fábrica Peruana
Eternit negó que un sistema ligero signifique
que sea de fácil manipulación o
débil a los impactos. «Romper un muro
con placas de fibrocemento Superboard
o con placas de yeso Gyplac es tan difícil
como destrozar un muro de ladrillos»,
sostuvo.
Además, especificó que este es versátil
para el diseño, tiene una excelente acústica
entre una pieza y otra porque está
aplicado con un aislante de lana de vidrio
y puede resistir entre 15 a 180
minutos a la exposición al fuego. Otro
punto favorable, es su rápida instala-
ción, lo que representa una reducción
de costos directos e indirectos comparados
con el sistema de albañilería.
EFICACIA COMPROBADA. Asimismo,
el arquitecto Coronel-Zegarra contó
que este se aplica hace más de 50 años
en Chile, por ello, en el último terremoto
ocurrido allá no se registró un
gran porcentaje de víctimas por derrumbes
de muro.
«Hubo 400 damnificados en el terremoto
de Chile, básicamente el 80 %
fue por un tsunami; entonces ahí vemos
por qué el Drywall está probado.
Por ejemplo, Haití con un sismo menos
severo que Chile, tuvo una enorme
cantidad de muertes, porque no hay esa
costumbre de construir con sistemas
ligeros», aseveró.
Resaltó que el Sistema de Construcción
en Seco «Drywall» existe hace más
de un siglo y comenzó a utilizarse en
Estados Unidos. Luego se extendió a
todo el mundo, principalmente, después
de la Segunda Guerra Mundial.
«Con este sistema se reconstruyó toda
Europa», añadió.
SEGURIDAD SIN LÍMITES EN EL DISE-
ÑO. El arquitecto Coronel-Zegarra informó
que el Sistema de Construcción
en Seco «Drywall» de Fábrica Peruana
Eternit ha sido aprobado por el Ministerio
de Vivienda, Construcción y Saneamiento
para la edificación de todo tipo
de construcciones hasta de dos pisos.
Sin embargo, según el arquitecto si se
trabaja un sistema mixto de estructura
(columnas, vigas y losas) de metal o concreto,
los cerramientos en placas de yeso
y fibrocemento, no tienen ninguna limitación
en la edificación. «Hay referencias
de más de 100 pisos en el exterior».
Respecto al diseño, aseguró que el proceso
de fabricación de Fábrica Peruana
Eternit en sus placas planas de
fibrocemento y/o de yeso evita deformaciones
o fisuras con el paso del tiempo
en los proyectos de arquitectura.
El Sistema de Construcción en Seco
«Drywall» de Fábrica Peruana Eternit
está presente en miles de obras como
el Hotel Westin Libertador, C.C. Jockey
Plaza, la remodelación del C.C. Primavera
y otras, en donde ha comprobado
su excelente calidad y duración.
Finalmente, destacó que las placas
planas de fibrocemento Superboard
pasan por un proceso de autoclave
de alta presión y de altas temperaturas
que le permiten alcanzar un
inigualable nivel de estabilidad dimensional
y resistencia a la intemperie
y a los diversos climas, por eso es
recomendada especialmente para fachadas.
Mientras las placas de yeso
Gyplac es fabricada para uso exclusivo
de ambientes interiores.

Refuerzo de estructuras con fibra de carbono
Muchas veces una estructura requiere ser reforzada cuando sufre el ataque de agentes químicos, se incrementan las cargas de diseño
original, cambia de uso o por la exposición a la intemperie. Pero estas labores pueden implicar el incremento de elementos estructurales o
de acero que modifican la arquitectura del edificio. Sin embargo, ahora existen nuevos materiales que permiten reforzar la estructura sin
añadir elementos, que son sencillos de instalar y que tienen numerosas ventajas. Uno de estos es la fibra de carbono, un material que se
presenta como un textil con resistencias 10 veces mayores a la del acero (35,500 kg/cm2 vs. 4,200 k g/cm2 ) y mucho más.
La fibra de carbono es un material
compuesto. Tiene propiedades
mecánicas similares al acero y es
tan ligera como la madera o el plástico.
Los refuerzos de fibra de carbono pueden
ser instalados rápida y fácilmente sobre
superficies planas o curvas, alrededor de
pilares y vigas, y en áreas de limitado acceso,
interrumpiendo mínimamente la actividad
de la instalación.
La flexibilidad y adaptabilidad de los
materiales de fibra de carbono a diversas
geometrías, permite ejecutar refuerzos
prácticamente inabordables mediante
chapa, tales como túneles, bóvedas
o arcos. Se utiliza para incrementar
la resistencia a tracción, compresión
y cortante de todo tipo de elementos
estructurales como vigas, pilares,
muros y losas.
Se encuentra en el mercado en dos presentaciones.
El primero es laminado en
cintas y el segundo en tejido para ser
laminado in situ. La dirección de la fibra
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en los laminados es unidireccional. Si
se requiere refuerzo en dos direcciones
se deben solapar capas cruzadas.
El tejido se impregna in situ, procediendo
a su aplicación aún en fresco,
sobre el soporte a reforzar. Como matriz
de impregnación y de adhesión se
emplean resinas y masillas epoxi de
altas prestaciones.
La utilización de cada tipo de refuerzo
dependerá de la estructura, la dirección
del refuerzo requerido, la geometría,
su cantidad, el acceso a la superficie
donde se va a realizar el refuerzo, etc.
Características
Módulo elástico 240,000 Mpa
Resistencia a la tracción 3,800 MPa
Elongación última 1.55%
Por ejemplo, el refuerzo a tracción se
consigue mediante la adhesión del sistema
a la cara traccionada del elemento
a reforzar. La resistencia a esfuerzos
cortantes puede ser mejorada mediante
la adhesión transversal alrededor del
elemento y orientando las fibras perpendicularmente
a la dirección potencial de
corte o rotura. La resistencia a compresión
de los pilares puede ser mejorada
mediante zunchado con fibras.
Para garantizar el refuerzo no deben
existir defectos en la instalación como
aire ocluido en la interfaz tejido-hormigón,
baja adherencia debida a una
pobre preparación de la superficie, etc..
Es necesario realizar ensayos de adherencia
para verificar la calidad del trabajo
ejecutado.
Algunos elementos donde puede ser
instalada la fibra de carbono son las
paredes sometidas a cargas excesivas
de flexión, efecto cizalla o impacto;
columnas, muros y chimeneas sometidas
a excesivas cargas de flexión y
confinamiento (sísmica); pilares sometidos
a fuertes compresiones mediante
arrollamientos en espiral con tejido de
fibra de carbono; silos y tanques sometidos
a excesivas cargas circulares;
vigas y losas sometidas a cargas excesivas
de efecto cizalla, a un par de fuerzas
negativo o positivo y a la flexión;
tuberías y túneles sometidos a excesivas
cargas laterales y esfuerzos circulares
y de flexión; y puentes u otras
estructuras de madera o acero para aumentar
su capacidad de carga.
Entre las ventajas de este sistema de
reforzamiento resaltan su peso 10 veces
menor que el acero, su resistencia
a la tensión 10 veces mayor que el acero,
flexibilidad, facilidad de transporte
y aplicación, la eliminación de empalmes,
menor interferencia con las actividades
que se realizan en el edificio,
no sufre corrosión, reducida merma y
rápida instalación. Siendo un producto
de bajo peso y alta resistencia se
presta para el reforzamiento de estructuras
sin alterar su diseño original,
volviéndolo y hasta catalogándolo
como antisísmico.

Ingeniero Alejandro Muñoz, de Prisma Ingenieros:
«Aisladores sísmicos benefician
la arquitectura y hacen edificios
más confiables»
El aislamiento sísmico es una tecnología
muy usada en países de alta
sismicidad, como Chile, demostrando
que pueden proteger estructuras durante
movimientos sísmicos importantes,
pero también benefician a la arquitectura,
sostuvo el especialista de la empresa consultora
Prisma Ingenieros, Alejandro
Muñoz, quien adelantó que su firma está
diseñando tres edificios aislados porque
estos elementos benefician al diseño arquitectónico
y hacen edificios más
confiables.
«Estamos diseñando con el sistema de
aislamiento sísmico un edificio para una
empresa muy grande, pabellones de aulas
de una universidad y probablemente pronto
haremos un complejo habitacional muy
grande. Esta tecnología ha sido usada en
Chile y ha funcionado perfectamente. Además,
los precios se han reducido con los
años. Nuestra misión es sugerir que se
usen porque son muy buenos desde el
punto de vista estructural, porque hay bastante
garantía», refiere el especialista.
Por ello, Prisma Ingenieros y Weir
Minerals, fabricante de los aisladores
sísmicos Vulco, desarrollarán estos
proyectos. «Ellos tienen el producto y
nosotros tenemos el conocimiento y la
tecnología para poder proponerlos, diseñar
con ellos y usarlos», sostuvo el
ingeniero Muñoz.
Detalló que los aisladores benefician a la
arquitectura porque «como las fuerzas laterales
del sismo son menores en los edificios
aislados se puede eliminar muros o
hacer columnas más pequeñas. El diseño
en concreto armado es básicamente lo
mismo, son fuerzas y resistencias que
hay que garantizar. (…) En el caso de
una estructura convencional hay mucho
de aleatorio y de falta de comportamiento
preciso de las estructuras en terremotos
grandes, porque el concreto tiene comportamiento
inelástico, el acero fluye, el
concreto revienta, y predecir que le pasa
a una estructura es complicado. Hay daño
y la estructura se va degradando durante
los segundos que dura el terremoto. Ese
factor de confiabilidad tan bajo que se
tiene no es así en el caso de edificios
aislados. Los edificios aislados son más
confiables», explicó.
«Vulco es una marca que trabaja con
este tipo de productos desde hace mucho
tiempo. Inclusive su sede en Chile
es un edificio aislado que funcionó a la
perfección durante el terremoto del 27
de febrero del 2010. Por eso vamos a
usarlos. Espero que en un año ya tengamos
el primer edificio con aislamiento
sísmico del país», manifestó el ingeniero.
Agregó que la normatividad peruana debería
exigir el uso de estos sistemas en
edificios esenciales como hospitales, donde
el costo de los aisladores es mínimo
comparado con el costo de maquinarias y
equipos y las posibilidades de manejar
emergencias en un siniestro.
DISEÑO ANTISISMICO 7