DAÑOS EN ESTRUCTURAS DE ACERO OCASIONADO POR TERREMOTOS

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Ilustración 3: Distribución de los espectros de la Ciudad de México Valle

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El daño de algunas estructuras de acero

Este terremoto fue seguramente el primer caso en el que un número significativo de edificios de acero, incluyendo los modernos, se sometieron a la prueba severa de un terremoto excepcional. Más de 100 estructuras de acero se ensayaron y los resultados fueron desfavorables, principalmente para los edificios que tienen 6 a 20 pisos. La principal causa de este comportamiento inesperado fue el fenómeno de resonancia doble, onda sísmica del suelo, y la estructura del suelo, dando lugar a una ductilidad requerida superior a la demanda normal. La influencia de los modos más altos de vibración, que eran más activos que la primera, causó daños en las plantas superiores y también las colisiones entre edificios adyacentes.

Las estructuras de acero de uso más frecuente (41%) fueron los marcos resistentes al momento. Este sistema consistía en columnas de caja (dos canales y placas de cubierta o cuatro placas soldadas), la columna de sección H y vigas (ya sea laminados en caliente o soldados), o vigas de celosía construidos con perfiles angulares. Marcos que tienen menos de 10 pisos generalmente se comportaron bien. Para las estructuras de varios pisos que tiene un periodo fundamentalmente largo, el daño se concentró en las columnas soldadas o en vigas de celosía, produciendo un pandeo de los elementos de compresión. El comportamiento de los edificios con vigas de celosía para suelos indicó que esto no era una buena solución cuando las condiciones del lugar requieren una alta ductilidad para vigas.

El segundo tipo es el sistema dual de acero, que consiste en la localización de arriostramientos en algunos vanos. Se puede observar que, en muchos casos, la posición de los sistemas de arriostramiento era excéntrica (ver los edificios Pino Suarez), al presentar importantes efectos de torsión en la estructura.

El tercer tipo es el sistema de doble mezclado con marcos de acero y muros de corte. En este sistema, las vigas de celosía fueron también utilizadas para vigas de piso y el daño se concentró principalmente en estos elementos.

El marco de un vano resistentes a momentos del edificio de 11 pisos de la calle 77 de Amsterdam era un caso especial, donde se observó un daño grave en las conexiones soldadas, por primera vez, en los primeros cuatro pisos de los marcos transversales.

Como ya se ha mencionado, el edificio Torre Latinoamericana se comportó muy bien durante este terremoto.

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El colapso de edificios Pino Suarez

El complejo de Pino Suárez, se muestra en la Ilustración 4 y 5, se compone de cinco edificios de acero de gran altura: dos estructuras de 15 pisos idénticos (edificios A y E), y tres estructuras idénticas de 22 pisos (edificios B, C y D). Los edificios están de pie en una estación de metro de dos niveles hormigón armado, que actúa como una base rígida común para todos los cinco edificios.

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Ilustración 4: Complejo Pino Suarez - bloques colapsados y precolapso

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Ilustración 5: Complejo Pino Suarez - Bloques D y E colapsados

Durante el terremoto, colapso el edificio D sobre el edificio E y los edificios B y C fueron seriamente dañados, estando en la etapa de precolapso. Esta situación representa una ocasión muy rara dando a uno la oportunidad de estudiar un edificio justo antes del colapso, a nivel de estado último.

El sistema estructural es de tipo dual, compuesta por marcos resistentes a momento y marcos arriostrados alrededor del núcleo de servicios con dos vanos transversales X y tipo V en el exterior longitudinal del marco (Ilustración 6). Los arriostramientos fueron colocados en posiciones excéntricas, introduciendo importantes efectos de torsión. El principal defecto conceptual consistía en la falta de rigidez a la torsión, ya que el sistema de arriostramiento no forma una estructura tubular completa. Las vigas son vigas de celosía doble, construidos con perfiles angulares y elementos de placa. Todas las columnas están hechas de secciones de caja acumulados por cuatro placas soldadas de forma continua. Doble T soldados de secciones transversales se utiliza para los tirantes.

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Ilustración 6: Configuración del Sistema estructural del edificio de Pino Suarez

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Ilustración 7: Detalle estructural del Edificio de Pino Suarez

La ilustración 8 muestra el edificio C de pie dañado en la etapa precolapso y cuando se eliminaron todos los revestimientos y tabiques, así como algunos pisos superiores que fueron demolidas (Ilustración 9). Examinando el gran número de fallas localizadas, se puede observar que se concentran principalmente en todo el sistema de arriostramiento del cuarto nivel. Se observó el pandeo local de los elementos de armazón de viga (Ilustración 10), así como el pandeo local producido por fractura de la soldadura (Ilustración 11) y daños de los elementos de arriostramiento (Ilustración 12).

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Ilustración 8: Vista del edificio C dañado antes de quitar el revestimiento

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Ilustración 9: Vista del edificio C después de la eliminación del revestimiento

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Ilustración 10: Pandeo de los miembros de la viga de celosía

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Ilustración 11: Pandeo en columnas

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Ilustración 12: Daños en el sistema de arriostramiento

El escenario más probable es que el colapso de edificio D es que las cajas de columnas exteriores a la zona arriostrados doblaron a nivel local y perdieron la mayor parte de su capacidad de carga. Los refuerzos X y las columnas de los pisos estaban sobrecargados, produciendo el desarrollo de un mecanismo de piso. Así, el edificio D se derrumbó en un