CAPÍTULO H.10. REHABILITACIÓN SÍSMICA DE EDIFICIOS:AMENAZAS DE ORIGEN SISMO GEOTÉCNICO Y REFORZAMIENTO DE CIMENTACIONES

En este Capítulo se presentan las medidas para la rehabilitación de cimentaciones de edificios para acondicionarlas para que puedan hacer frente a las amenazas potenciales de origen sismo-geotécnico, así como los requisitos geotécnicos mínimos respecto a sus cimentaciones y pueden hacerse sólo a las cimentaciones o en conjunto con la rehabilitación sísmica de la edificación.

CARACTERIZACIÓN DEL SITIO

Se requiere que la caracterización geotécnica del sitio sea consistente con el método seleccionado de rehabilitación sísmica, además se debe recopilar la información sobre los siguientes aspectos:

SUELO DE CIMENTACIÓN – Se debe tener en cuenta:

• Condiciones del sitio de cimentación

(a) Tipo de cimentación: zapatas, losas, pilotes, pilas.

(b) Dimensiones de cimientos: localización y dimensiones en planta; para pilotes, elevación de la punta, variaciones verticales (secciones de pilotes ahusados o campanas de pilas).

(c) Materiales y construcción: para pilotes, tipo (concreto/acero/madera) y métodos de instalación (vaciados en sitio, hincados).

• Composición, consistencia, densidad relativa, y estratos de suelos hasta una profundidad a la cual el esfuerzo transmitido por la edificación sea aproximadamente el 10 % del peso total del edificio dividido por el área total de la cimentación.
• Condiciones de cimentaciones próximas.
• Cargas de diseño de los cimientos así como las cargas muertas actuales y los estimativos de cargas vivas normales y máximas.

AMENAZAS SÍSMICAS DEL SITIO

• Ruptura de una falla — Se requiere una descripción detallada de las condiciones geológicas del sitio a fin de determinar la presencia de una traza de fallas tectónicas, y sus características.
• Licuación — Las condiciones del subsuelo y del agua subterránea se deben describir con suficiente detalle para evaluar la presencia de materiales potencialmente licuables en los suelos de cimentación del edificio, de encontrar que existe esta amenaza, se debe realizar una investigación detallada.
• Compactación diferencial — Se requiere definir en detalle las condiciones del subsuelo para evaluar su potencial de compactación o densificación durante una fuerte vibración en el terreno. Este fenómeno ocurre principalmente en suelos propensos también a la licuación.
• Deslizamientos —La estabilidad de laderas se debe evaluar en los sitios cuando existe: (a) Taludes cuya pendiente excede de aproximadamente 18 grados (3 horizontal: 1 vertical).(b) Historia de inestabilidad (rotacional, traslacional, o caída de rocas).
• Avalancha o inundación — Las fuentes para esta amenaza incluyen: 

(a) Presas, acueductos, tanques de almacenamiento de agua y tuberías que puedan afectar el edificio durante un sismo: deslizamientos, vibración fuerte o ruptura de falla activa.

(b) Áreas o zonas costeras susceptibles a tsunamis, o áreas adyacentes a bahías o lagos que pueden estar sujetas a fenómenos de fuerte oleaje.

(c) Áreas bajas con niveles freáticos superficiales donde la subsidencia regional podría ocasionar inundación del sitio.

MITIGACIÓN DE LAS AMENAZAS SÍSMICAS DEL SITIO

MITIGACIÓN PARA RUPTURA DE FALLA ACTIVA — Cuando se trata de grandes movimientos de ruptura de una falla activa generalmente no pueden ser mitigados económicamente. Si las consecuencias estructurales de los desplazamientos horizontales y verticales estimados no son aceptables, la estructura, su cimentación, o ambos, podrían ser rigidizados o aumentada su resistencia para lograr un comportamiento aceptable. Técnicas de mitigación incluyen modificaciones de la estructura o su cimentación para distribuir los efectos de los movimientos verticales diferenciales sobre una mayor distancia horizontal, para reducir la distorsión angular.

MITIGACIÓN PARA COMPACTACIÓN DIFERENCIAL o PARA LICUACIÓN — Son básicamente de 3 tipos generales que pueden considerarse en forma individual o en combinación:

(a) Modificar la estructura — Cuando se prevén pequeñas deformaciones, se puede mejorar la resistencia de la estructura contra las mismas.

(b) Modificar la cimentación — Por ejemplo, sub-murando los cimientos superficiales existentes hasta un estrato no licuable más profundo, o un sistema de cimientos superficiales se puede hacer más rígido con un sistema de vigas entre zapatas individuales y asínreducir los movimientos diferenciales del terreno transmitidos a la estructura.

(c) Modificar las condiciones del suelo —Las medidas para prevenir corrimientos laterales pueden, en algunos casos, requerir la estabilización de grandes volúmenes de suelo y/o la construcción de estructuras de contención que puedan reducir el potencial para, o la cantidad de, movimientos laterales.

DESLIZAMIENTOS — Para reducir su potencial de ocurrencia se tienen distintos esquemas que se seleccionan teniendo en cuenta la cantidad de movimiento que el terreno del edificio puede tolerar: (a) Re-conformación topográfica

(b) Drenaje

(c) Defensas

(d) Mejoramiento estructural: Muros de gravedad, muros anclados/pernados (“soil nailing”), muros de tierra mecánicamente estabilizada, barreras para flujos de escombros o caída de rocas, reforzamiento del edificio para resistir la deformación, vigas de equilibrio en la cimentación, o muros o pantallas de cortante.

(e) Modificación del suelo/reemplazo: Inyecciones y densificación.

AVALANCHA O INUNDACIÓN — El daño potencial causado por avalancha o inundación inducida por sismo puede ser mitigado por los siguientes esquemas:

(a) Mejoramiento o rehabilitación de la obra cercana, (presas, tuberías o instalaciones de acueductos independientes del edificio rehabilitado).

(b) Obras de desvío del flujo que se estima inundará el edificio.

(c) Pavimentos alrededor del edificio para minimizar la erosión en los cimientos.

(d) Construcción de muro o rompeolas para protección de tsunami.

REFORZAMIENTO Y RIGIDEZ DE LA CIMENTACIÓN

Cuando los suelos son susceptibles a pérdida significativa de resistencia, debido a los efectos directos de las vibraciones sísmicas se debe considerar medidas de mejoramiento de la condición del suelo de cimentación o realizar análisis que demuestren que la pérdida de resistencia del suelo no ocasiona deformaciones estructurales excesivas. El ingeniero estructural escogerá el tipo de procedimiento de análisis apropiado (estático lineal o dinámico, o estático no lineal o dinámico).

CAPACIDADES ÚLTIMAS Y CAPACIDADES DE CARGA — las debe determinar el ingeniero geotecnista según los requisitos del Capítulo H.4.

CARACTERÍSTICAS CARGA-DEFORMACIÓN PARA CIMENTACIONES —Se requieren cuando se consideran los efectos de la cimentación en procedimientos estáticos lineales o dinámicos, estático no lineal (pushover), o dinámico no lineal (historia en el tiempo).

CRITERIO DE ACEPTABILIDAD DE LA CIMENTACIÓN — Los componentes estructurales deben cumplir los requisitos del artículo H.4.10. Los componentes geotécnicos incluyen las partes del suelo del Capítulo H.10, H-6.4. Estos criterios aplican a todas las acciones de cargas verticales, momentos y fuerzas laterales aplicadas al suelo.

REHABILITACIÓN DEL SUELO Y CIMIENTOS

Consiste en la utilización de métodos para modificar las cimentaciones y la mejora del comportamiento sísmico anticipado, a partir de las características geotecnicas de dicha cimentación, en combinación con los requisitos de materiales estructurales, antes expuestos.

MEJORAMIENTO DEL SUELO — Las opciones de mejoramiento del suelo con el fin de incrementar la capacidad admisible de las cimentaciones son limitadas (véase el artículo H.10.3.2):

Remoción del suelo, reemplazo, y densificación por vibración son poco viables porque ocasionan asentamientos de los cimientos o es muy costoso implementarlos sin causar este efecto. Las inyecciones pueden ser consideradas para incrementar la capacidad portante. Para incrementar la resistencia pasiva de los suelos adyacentes a las cimentaciones incluyen remoción y reemplazo de los suelos con suelos más resistentes, o con suelos estabilizados con inyecciones químicas, o “jet grouting”, o suelos densificados por impacto o compactación vibratoria (si las capas a compactar no son demasiado gruesas y los efectos de vibración sobre la estructura son tolerables).

CIMIENTOS SUPERFICIALES (ZAPATAS Y LOSAS) — Nuevas zapatas y losas se le pueden adicionar a la estructura para soportar nuevos elementos estructurales como muros de cortante o pórticos. En estos casos, las capacidades y rigideces deben ser determinadas de acuerdo a los procedimientos del artículo H.10.4. Igualmente, zapatas existentes pueden ser agrandadas para incrementar su capacidad o resistencia a la tracción, o sub-muradas para el mismo efecto.

Cuando existe potencial para el desplazamiento diferencial lateral de las cimentaciones del edificio, se debe suministrar interconexión adecuada con vigas de equilibrio, o reforzar la losa de cimentación. Un sistema de anclajes también proporciona soporte a este desplazamiento cuando el análisis rotacional lo exige, y se ha considerado la recomendación del ingeniero geotecnista.

La información anterior es un resumen del REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE NSR-10.