Comportamiento Estructural
de Edificios Multifamiliares
Interés Social en Guerrero
Propuesta de refuerzo para mitigación
de daños
Roberto Arroyo
Alfredo Guzmán
Salmerón
Raziel Barragán
Trinidad
Alberto Salgado
Rodríguez
Rogelio GUinto
Hugo Acevedo
Morales
RESUMEN
En este trabajo se presenta un estudio
desarrollado para determinar los índices de
resistencia de los edificios multifamiliares tipo
INFONAVIT en el puerto de Acapulco,
Guerrero. Se obtienen además, curvas de
capacidad lateral de los elementos verticales y
se comparan con las solicitaciones producidas
por sismo. El desarrollo de software
especializado y la ejecución de análisis
interactivos permitieron definir estrategias
económicas de refuerzo y rehabilitación para
los muros más críticos en cada uno de los
edificios estudiados a fin de establecer un
programa de refuerzo y rehabilitación que
incremente el factor de seguridad en los
mismos.
Es conveniente proponer medidas que brinden
una mayor seguridad estructural. Respecto a
los modelos A y B, el resultado es poco
favorable y deben buscarse soluciones
efectivas que impongan al conjunto de muros
existentes una adecuada resistencia ante la
solicitación sísmica.
73
INTRODUCCIÓN
F I estado de Guerrero presenta un elevado peligro sísmico a lo largo de la zona costera debido a la subducción de
Eula placa de Cocos bajo la placa de Norteamérica. La brecha sísmica de Guerrero, con una longitud de
aproximadamente 230 km, se extiende desde las inmediaciones de Petatlán con dirección sureste siguiendo el traslape
de ambas placas. En esta zona existe una alta probabilidad de que ocurra un gran sismo en los próximos años. Ante
este panorama, existe la incertidumbre del comportamiento estructural y el grado de daño que un sismo de gran
magnitud pudiese causar en las edificaciones de tipo popular, especialmente en conjuntos habitacionales con edificios
multifamiliares de interés social tipo INFONAVIT. En el estado de Guerrero este tipo de edificios se encuentran
principalmente en las ciudades más importantes y concentran gran parte de su población, situándose por ejemplo
hasta el 6%
para el caso de la Ciudad de Chilpancingo, Gro. Desafortunadamente, estos edificios han presentado
un comportamiento estructural inapropiado, denotado principalmente por desplomos y
hundimientos diferenciales así como agrietamientos en los muros de mampostería (Rodríguez,
1995; Alcocer, 1999; Chávez, 2002). A fin de conocer el
estado actual en el que se encuentran este tipo de edificios,
inicialmente se procuró acopiar información documental
de los proyectos arquitectónicos y estructurales de los
edificios mencionados en dependencias relacionadas,
logrando obtenerse sólo copia de planos estructurales
completos de tres tipos de inmuebles. Estos fueron
proporcionados por la delegación estatal del INFONAVIT.
Por otro lado, se efectuaron diversas visitas técnicas a los
desarrollos habitacionales en las ciudades de Chilpancingo, Acapulco, Zihuatanejo e Iguala,
pudiéndose constatar insitu pequeñas diferencias entre los proyectos y los edificios definitivos, pero
sobre todo, graves deficiencias estructurales causadas por los mismos inquilinos quienes han
realizado modificaciones arquitectónicas sin supervisión técnica. Dichos cambios han provocado,
la mayoría de las veces, deficiencias estructurales ya que la distribución de los muros ha sido
alterada de forma negativa; por eliminación de los mismos, por adosar estructuras externas en
ciertos puntos del perímetro de los edificios que limitan su libre desplazamiento y en numerosas
ocasiones, por el deterioro causado por la falta de mantenimiento.
Figura 1 . De arriba a abajo, los conjuntos habitacionales El Coloso, Héroes de Guerrero y El Hujal. Estado de Guerrero.
ELECCIÓN Y DESCRIPCIÓN DE PROTOTIPOS
Los modelos arquitectónicos estudiados se muestran en la figura 1. Para su elección se consideraron las
siguientes características: a) la importancia que tienen las unidades habitacionales en sus respectivas
ciudades, b) su densidad poblacional, c) el predominio de edificaciones, por tipo, en los respectivos
desarrollos, d) la repetibilidad de los prototipos en las principales ciudades del estado de Guerrero y, e)
la antigüedad de las edificaciones. En general, estas estructuras tienen en común las siguientes
características: la relación entre el largo y el ancho en planta excede 2.5m., la superficie en planta
incluyendo áreas comunes es de 136 m2 , la altura total de los edificios es de 13 m y la separación menor
entre los edificios es de 10 cm. En los tres modelos la losa de azotea es de 10 cm de espesor a dos aguas,
con inclinación de 20 0 y caballete longitudinal central. Su porción central horizontal permite soportar
cuatro tinacos de 1,100 litros cada uno.
Figura 2. Imágenes y croquis de los modelos estudiados (A, B y C)
Las unidades habitacionales El Coloso, El Hujal y Héroes
de Guerrero son muy importantes por su alta densidad
poblacional. Por ejemplo, la unidad habitacional El
Coloso, en Acapulco, se distribuye en dos sectores, y a su
vez, en manzanas y etapas; sólo el sector 1 posee 313
edificios multifamiliares mientras que el sector 2 tiene
389, haciendo un total de 702 edificios que alojan 35,100
personas. Esta característica denota su gran importancia,
además de que presenta un tipo de edificio prácticamente
idéntico al de los otros desarrollos habitacionales
estudiados. Algunas edificaciones se construyeron antes del terremoto de
Septiembre de 1985 siguiendo la norma vigente en esa época.
Tras las modificaciones a la norma de construcción de 1987,
1989 y 2002, los nuevos proyectos estructurales de este tipo
de edificación fueron modificados para cumplir con las
normas respectivas. Este tipo de edificios dejó de construirse
en 1995. Los modelos son:
-l l
-l
75
Modelo A: (figura 2, croquis A) presenta una cimentación a base de zapatas corridas con una
profundidad de desplante de 1.50 m. Los muros son de mampostería de piezas huecas con refuerzo
interior. La losa de azotea es maciza e inclinada y la de entrepiso es a base de vigueta y bovedilla. La
distribución arquitectónica en planta presenta entrantes y salientes. Este tipo de edificios se consideran
los primeros en su género, iniciándose su construcción antes de 1985 y concluyéndose al entrar en
vigor el reglamento de 1987.
Modelo B: (figura 2, croquis B) posee una cimentación y superestructura Modelo C: (figura 2, croquis C) es un prototipo arde
características físicas muy similares a la del modelo A, sólo que en este
quitectónico distinto que sustituyó a los tipos A y B caso seis muros de
mampostería fueron sustituidos por muros de concreto y se desplanta sobre
una losa de cimentación. Esta reforzado. El diseño estructural de este tipo de
edificios se basó en la norma última presenta en su centro una cisterna con
una de 1987. Se
dejaron de
construir con
la entrada en
vigor del
código de
1989.
profundidad de desplante de 1.95 m.
El sistema es sustentado por un conjunto de muros de concreto reforzado y de mampostería de piezas
macizas confinada por castillos y cadenas. Las losas de entrepiso y azotea son similares a los modelos A y
B pero posee una distribución arquitectónica que evita las entrantes y salientes. Su diseño estructural se
basó en las especificaciones del código de 1989, habiéndose descontinuado en 1995.
METODOLOGÍA
El presente trabajo de investigación establece un
procedimiento que considera las experiencias de
informes relacionados a las evaluaciones
estructurales previas efectuadas en las edificaciones
de mampostería seleccionadas (Alcocer, 2003;
Chávez, 2002). Dicha evaluación cumplió los
requisitos del reglamento de construcciones local
vigente, así como las disposiciones de las NTC para
diseño por sismo, tanto para estructuras de concreto
reforzado como de mampostería. A continuación se
describen, de manera resumida, las etapas
consecutivas que se formularon en este trabajo:
Etapa 1. Selección de prototipos.
Se seleccionaron los prototipos valorando la
importancia que tienen los conjuntos habitacionales
para su respectivo municipio, la densidad
poblacional, la existencia de prototipos similares en
otras ciudades dentro del estado, la distribución
arquitectónica, la cantidad de edificios y el número
de viviendas de interés social que contienen.
Etapa 2. Investigación documental y
confirmación de su validez en campo.
En este caso se investigó la documentación existente
(planos y permisos autorizados) y su
representatividad real insitu. Esta etapa incluyó la
definición de los espectros de diseño sísmico en
función del tipo de suelo, la antigüedad de la
construcción, el tipo de normatividad aplicada así
como la inspección física de los inmuebles.
Etapa 3. Cálculo de las acciones y respuesta de la
estructura.
Se consideraron la geometría de la estructura, las
secciones de los elementos, las cargas verticales
actuantes y los espectros de diseño sísmico
correspondiente al tipo de suelo de la región. Con
ayuda del programa informático ANEMgcVV se
aplicó un análisis sísmico por el método dinámico
modal espectral considerando un comportamiento
elástico lineal.
Etapa 4. Cálculo de la resistencia de elementos
estructurales.
Con base a la información de los planos
estructurales y aplicando los lineamientos que
marcan las normas técnicas complementarias
para diseño y construcción de estructuras de
mampostería y concreto, se calcularon las
resistencias por carga vertical, fuerza horizontal
y momentos de volteo de los elementos
verticales de soporte.
Etapa 5. Cálculo de refuerzo estructural.
Con los resultados de las etapas 3 y 4, se
establecieron los índices de resistencia de las
estructuras estudiadas, definiéndose los elementos
deficientes y el grado de vulnerabilidad de los
prototipos. De esta manera, se establecieron las propuestas estratégicas de refuerzo en cada uno de
los modelos.
Tabla 1. Espectros para diseño sísmico.
Se presentan en este artículo sólo los prototipos de la unidad habitacional El Coloso en el municipio
de Acapulco (figura 3). Se trata de edificios desplantados en suelo tipo I. Los espectros
correspondientes para diseño sísmico se consignan en la tabla 1. Observaciones insitu permitieron
definir que esta zona presenta características físicas intermedias entre los tipos de terreno I y III,
por lo que para desarrollos futuros es recomendable estudiar más a fondo dicha zona.
Figura 3. Zonificación sísmica de Acapulco, Gro.
A fin de realizar el análisis sísmico de las estructuras con ayuda del programa A (Corona, 2006),
se consideraron las cargas por peso propio de los modelos, las cargas vivas correspondientes a lo indicado
por el reglamento de construcciones, los esfuerzos resistentes de diseño de los materiales así corno la
distribución arquitectónica de los prototipos (figuras 4, 5 y 6).
Modelo A: la figura 4 muestra la planta tipo representativa para los cinco niveles. El ordenamiento
numérico de 57 elementos verticales, del 1 al 33 orientados con el eje X, el resto con el eje Y.
Figura 4, Planta tipo del modelo A
77
Modelo B: en la figura 5
se observa que de los 57
muros que soportan la estructura del modelo B, los
miembros 1, 2, 42 y 43 son de concreto armado en los Figura 5. Planta tipo del modelo B cinco pisos,
mientras que los muros 9 y 57 son también de concreto hasta el tercer nivel; los muros restantes son
similares a los del modelo A.
Modelo C: la distribución en planta que muestra la figura 6 es idéntica en los cinco niveles, presenta 47
miembros verticales en total por entrepiso de los cuales 28 están orientados con el eje X y el resto con el
eje Y. Los elementos 5, 6, 7, 8, 19, 20, 21, 22, 33, 34, 35 y 36 son de concreto armado, el resto son
muros de mampostería confinada por castillos y cadenas a base de tabicón común.
Figura 6. Planta tipo del modelo C
Los prototipos tratados presentan estructuras a base
de muros de carga de mampostería confinada por
castillos y cadenas de piezas macizas, de piezas
huecas con refuerzo interior y elementos de
concreto reforzado; la resistencia de estos miembros
depende de características del material, geometría
de los elementos y cantidad de acero de refuerzo.
Utilizando la información que contienen los planos
estructurales y con base en la NTC de diseño de
estructuras de mampostería y concreto, se
obtuvieron sus resistencias últimas en carga
vertical, fuerza cortante, flexocompresión y
momento de volteo.
Para llevar a cabo el desarrollo del proceso de análisis se utilizó una herramienta computacional denominada
la cual es un generador de diagramas de
interacción de muros y columnas de concreto. La
figura 7 muestra el diagrama del elemento 5, 6, 7 y 8,
correspondiente al primer entrepiso del modelo C.
Figura7. Diagrama de interacción de resistencias en muros de
concreto (programa DDCgcV•O
100 200 300
Eje x (x 9.8066kN)
Figura 8. Acciones y resistencias del Modelo A
ANÁLISIS DE RESULTADOS
En las figuras 8, 9 y 10 se observa una
comparación entre la fuerza horizontal actuante
y la resistencia que ofrecen respectivamente los
modelos A, B y C. En ellas se observa
claramente, de manera global, que los prototipos
poseen suficiente capacidad para resistir las
solicitaciones por sismo. Sin embargo, es
necesario realizar un análisis de forma individual
en cada elemento de soporte a fin de verificar si
no se encuentra en una situación crítica y de
riesgo. Analizando el modelo A, se observa que
en el eje Y del entrepiso 1, la resistencia es sólo
6% mayor que la solicitación, situación que se
mejora en los pisos superiores.
5
Pf0)
79
En el caso del modelo B, en los ejes X e Y, y entre
los niveles 3 y 4, se observa una disminución
considerable de la resistencia debido al cambio
brusco de rigidez introducido por la ausencia de
muros de concreto.
3
2
1
200 400 600
Eje x (x 9.8066 kN)
200 400 600
Eje Y (x 9.8066 kN)
Figura 9. Acciones y resistencias del Modelo B
3
2
1
o
o 100 200 300 400
Eje X (x 9.8066 kN)
5
4
3
2
1
o
o 100 200 300 400
Eje Y ( x 9.8066 kN)
Figura 10. Acciones y resistencias del Modelo C
Este efecto altera ligeramente la pendiente de la
curva en la gráfica de desplazamientos. Respecto al
rnodelo C, el comportamiento de la curva en la
figura 9 en el eje X, entre los pisos 3 y 4, refleja una
ligera disminución de la resistencia al cortante. Este
comportamiento se atribuye a la disminución del
diámetro del refuerzo transversal de los muros de
concreto 13 y 14 en los que se pasa de estribos de
5/16" a 1/4".
Estudiando el comportamiento de los tres
modelos, se observa que el prototipo C
presenta, respecto a los modelos A y B,
solicitaciones menores. Esto se debe a que
posee una masa más baja, pues sus muros se
encuentran mejor distribuidos y poseen una
densidad menor.
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
Desplazamiento eje X (cm)
— Modelo
5
4
3
2
1
o
0,00
0,50 1,00 1,50
Desplazamiento eje Y (cm)
2,00
C
2,50
Figura 11. Desplazamientos laterales en modelos A, B y C
La figura 11 muestra los desplazamientos laterales
máximos bajo la combinación crítica por efectos
sísmicos y gravitacionales. Puede observarse que el
rnayor desplazamiento calculado es de 2.60 cm. y
se presenta en el modelo A en la dirección X. De
acuerdo a la norma vigente, el desplazamiento
máximo permisible en este caso es de 8 cm. Por este
motivo, se cumple de manera satisfactoria la
recomendación del reglamento ya que la separación
mínima existente entre edificios es de 10 cm.
— Modelo B
6
5
4
3
2 1
o 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Índices de resistencia en el eje X
6
5
4
3
2 1
o 0 1 2 3 4 5
índices de
— Modelo B
6 7 8 9 10
resistencia en el eje Y
Figura 12. Indices de resistencia global por carga lateral
81
ÍNDICES DE RESISTENCIA Y DENSIDAD DE MUROS
Las gráficas de la figura 12 muestran un comportamiento similar y paralelo de los modelos A y C, con una
menor resistencia el primero. El prototipo B refleja un decremento de resistencia entre los niveles 3 y 4
debido a la reducción de rigidez que sufren este tipo de edificios en dichos niveles. Puede apreciarse en
este caso que la resistencia aumenta para los tres primeros niveles, inclusive aún más que la del edificio A
e iguala a la del edificio C en la dirección Y.
El área utilizada por los elementos de soporte con respecto al total en la planta de cada piso juega un papel
muy importante en la resistencia estructural ante cargas laterales (Tejeda et al, 2004).
De acuerdo a los índices de resistencia de la figura 12 y sus respectivas densidades de muros plasmadas en
la tabla 2, se deduce que para equilibrar la solicitación horizontal en el modelo A, basta colocar 4.95% de
muros respecto al área total de la planta en la dirección Y, por otro lado, pueden buscarse alternativas ITás
econólñcas en los Inodelos B y C que conternplen todas las cornbinaciones críticas a fin de garantizar un
comportamiento estructural más apropiado.
Tabla 2. Densidad de muros (en porcentaje)
Modelo A
Modelo B
Modelo C
Entrepiso
Mampostería Concreto
Mampostería Concreto
Mampostería Concreto
Eje X Eje Y Eje x Eje Y
Eje X Eje X Eje Y
Eje X
5.00 4.95 No existen
4.11 4.04 0.89 0.91
3.38 3.90
5.00 4.95 No existen
4.61 4.61 0.39 0.34
3.38 3.90
Se analizó el comportamiento estructural resistente de los modelos en estudio referenciados por sus índices
de resistencia para cada entrepiso y dirección. Bajo esta consideración, en la dirección X se establecieron
porcentajes de muros cuyos índices de resistencia son menores que la unidad, a partir de los 57 muros que
poseen los modelos A y B, y 47 para el prototipo C.
La figura 13 muestra el porcentaje de muros que fallan debido a la acción del sismo. Por solicitación vertical
sólo el modelo C presentó problemas, estableciéndose que el 14% de sus elementos en los entrepisos 1 y 2
presentan solicitaciones inadmisibles; mientras que en los entrepisos 3 y 4 el porcentaje se reduce al 4%.
Por carga lateral, el modelo C tiene complicaciones en el 23%, 19%, 14% y 2% de sus muros (entrepisos
1, 2, 3 y 4, respectivamente).
Por flexocompresión los tres
modelos presentaron serias
irregularidades. Por ejemplo, en
el entrepiso 5 del modelo A
todos sus elementos portantes
tuvieron problemas, el edificio
C, con menor peligro, tuvo el
18% mientras que el edificio B,
tuvo el 40%. El riesgo disminuye
en las tres gráficas conforme se
analizan los entrepisos
superiores, excepto en el caso
del modelo B que presentó insuficiencia en el 7% de sus elementos.
Los elementos portantes que tienen problemas en el modelo C corresponden a muros de poca longitud, y
por ende, de gran esbeltez, cuya influencia para resistir la acción del sismo no es trascendental. Sin embargo,
es conveniente proponer medidas que brinden una mayor seguridad estructural. Respecto a los modelos A
y B, el resultado es poco favorable y deben buscarse soluciones efectivas que impongan al conjunto de
muros existentes una adecuada resistencia ante la solicitación sísmica.
PROPUESTAS DE REFUERZO
El procedimiento para el refuerzo de estructuras ante la acción sísmica depende de los espectros
sísmicos del sitio, así como de los resultados de la evaluación de la capacidad de los elementos
verticales de soporte. En consecuencia, la propuesta de refuerzo debe brindar una respuesta
estructural satisfactoria ante sisrnos futuros, una naayor seguridad para disrninuir el riesgo de
colapso parcial de la estructura así como para evitar el colapso total. El criterio de los estructuristas
puede ser muy variado, pero afianzar una mayor seguridad es siempre el objetivo primordial que
debe alcanzarse. Por este motivo, se propuso un procedimiento que incrementara la rigidez global
hasta que los elementos existentes fueran suficientemente resistentes y que la reacción en el terreno
en donde sean desplantados no modifique el diseño de la cimentación.
MODELO A
Después de varias iteraciones de análisis sísmico con diferentes propuestas estructurales, se
concluyó adicionar muros de concreto reforzado (58, 59, 60 y 61) en las esquinas extendidas de la
parte superior de la figura 14, y sustituir por otro lado los elementos de mampostería existentes 1,
2, 34 y 35 por concreto reforzado. Estos ocho elementos poseen una sección trapezoidal en su plano
vertical con disminución en la parte superior. Con esta propuesta de refuerzo estructural se intentó
mantener la simetría entre los elementos adicionados y se incrementó el plano horizontal de la losa
entre los límites de los muros 17, 38, 58 y 60. De esta forma se puede dar mejor continuidad al
diafragma rígido del entrepiso y se podría transmitir más adecuadamente la acción sísmica a los
elementos verticales. Con esta misma filosofía se propuso unir trabes peraltadas con los muros 1-
3, 2-4, 34-36-58 y 35-37-59. Referente a la unión vertical entre los elementos 26-60 y 27-61, se
sugiere que ésta sea detallada cuidadosamente a fin de dar cumplimiento a las recomendaciones
sobre anclaje de la norma vigente.
83
Modelo B
En este caso deberán adicionarse el menor número de elementos portantes y lograr que los muros de
mampostería existentes, más los nuevos, garanticen, un desempeño adecuado sin que esto altere
fuertemente el comportamiento de la cimentación. En el caso de los elementos de concreto este requisito
no pudo concretarse de forma apropiada ya que para el caso de la flexocompresión, los armados
comúnmente presentaron resistencias inapropiadas. Al igual que el modelo A, el modelo B se reforzó con
cuatro elementos nuevos (58, 59, 60 y 61) de concreto reforzado, colocados en las dos esquinas extremas
de la parte superior, corno se muestra en la figura 15. Para el caso de las esquinas de la parte inferior se
ampliaron los muros existentes 1 y 2. La cara vertical de estos seis miembros tiene una forma trapezoidal
y sus salientes al exterior son inapreciables en la parte superior del edificio.
Figura 15. Propuesta de refilerzo del modelo
Finalmente, los muros 5 y 6 de mampostería con refuerzo interior presentan una insuficiencia a
las solicitaciones de flexocompresión por 13.54 kN-m (1.381 t-m) en el primer entrepiso. Esto
puede resolverse reforzando localmente sus extremos e incrementando de 2.54 a 3.96 cm2 el área
de acero longitudinal, tal y corno se muestra en la figura 16.
Vari
Itas p
topueda del
del 84
Figura 16. Refuerzo local de muros 5 y 6
Modelo C
De acuerdo a los resultados del estudio de los
índices de resistencia, en el modelo C se
encontraron deficiencias por carga vertical y
flexocompreSión. La solución estructural óptima
se presenta en la figura 17. En esta propuesta se
despreciaron los muros no confinados ni
reforzados (15, 16, 17, 18, 25, 26, 27 y 28) por lo
que el área tributaria se distribuyó en los muros
vecinos. De esta manera, la estructura presentó una
respuesta favorable y el 100% de los
elementos verticales soportaron
satisfactoriamente las solicitaciones
sísmicas.
A fin de garantizar que los
muros divisorios sean
realmente no estructurales, se
de berá aislar de forma
apropiada; en este caso es suficiente
separar un par de centímetros al muro del
área de contacto con la losa superior, tal y
como se muestra en la figura citada y
emplear conectores que eviten su volteo.
Deberá garantizarse además que el muro
quede adherido a los muros transversales o
perpendiculares a fin de disminuir el riesgo
de deformaciones o de pandeo lateral.
CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
La investigación realizada permitió definir
los índices de resistencia de tres modelos
diferentes de edificios multifamiliares del
estado de Guerrero. Además, se
identificaron los elementos de soporte
deficientes y se definieron propuestas
estratégicas de refuerzo para incrementar
la resistencia de la estructura,
principalmente bajo solicitaciones
sísmicas. Se procuró no afectar en exceso
la cimentación de los prototipos
estudiados. El procedimiento descrito en
este trabajo debe afinarse a fin de
optimizar el proceso de cálculo, el cual
puede ser aplicado inclusive a estructuras
similares de vivienda del estado o
particulares. Los índices de resistencia
pueden utilizarse corno guías en la
generación de propuestas de refuerzo de
edificaciones, o bien, para aplicarlos como
criterios base para la formulación de
reportes o dictámenes técnicos de
seguridad estructural.
Los resultados del presente estudio
también se han estado difundiendo no sólo
ante las autoridades competentes, sino
también de forma simplificada y práctica
entre los inquilinos de dichas estructuras a
fin de concientizarlos sobre la urgencia de
implementar programas de rehabilitación y
refuerzo que les ofrezcan mejores
condiciones de seguridad para proteger sus bienes,
pero sobre todo, a sus familias.
Figura 17. Propuesta de refuerzo del modelo C
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