CAPITULO 1

ASPECTOS GENERALES

1.1. Justificación del estudio. Al comenzar a leer este trabajo de tesis cabe hacernos algunas preguntas ¿Por qué es necesaria la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de un edificio existente?, ¿No es acaso un estudio de vulnerabilidad una “auditoría estructural” realizada al edificio donde basta revisar si se cumple la norma peruana de estructuras: cuantías mínimas, longitudes de desarrollo, desplazamientos laterales, longitud de ganchos, espaciamiento de estribos, etc.? y muchas otras preguntas más. Es necesario evaluar un edificio existente porque en el Perú la norma de diseño sismorresistente ha empezado a regir desde el año 1977, luego ha sufrido modificaciones en el año 1997 y actualmente en abril de este año 2003, dándose cambios significativos desde su primera aparición hasta la fecha trayendo consigo un mayor perfeccionamiento en el conocimiento del diseño sísmico en cuanto a criterios, comportamiento y respuesta no lineal del edificio, influencia de elementos no estructurales, etc. Además partiendo de la filosofía de diseño sismorresistente de evitar pérdidas de vidas, asegurar la continuidad de los servicios básicos y minimizar los daños a la propiedad (Ref. 43), ¿Cómo no querer cumplir estos objetivos en edificios que ya existen y se encuentran en pleno uso? No cabe decir que se trata de una “auditoría estructural” realizada al edificio donde basta revisar si se cumple la norma peruana de estructuras, porque cada edificación diseñada en su tiempo se realizó teniendo en cuenta la norma vigente y los conocimientos de sismorresistencia de la época. Más adelante en la sección 5.1 se detallará con otras observaciones al respecto. Realizar estos estudios implica evaluar no sólo la vulnerabilidad estructural sino también la vulnerabilidad no estructural y funcional de este tipo de edificaciones indispensables o esenciales, con el fin de reforzar, intervenir y mejorar su comportamiento estructural y operativo. Además observar que tanto interactúan estos dos tipos de elementos (estructurales y los mal llamados “no estructurales”) y el daño que pueden causar al edificio y a los ocupantes de éste si colapsa la estructura debido a esta interacción no deseada y al comportamiento sísmico no esperado. Los hospitales y clínicas requieren de consideraciones especiales en relación con la mitigación de riesgos debido a sus características de ocupación y a su papel durante situaciones de desastre. Para mencionar un sólo caso (Ref. 16), durante los sismos del 19 de septiembre de 1985 en México, tres de las más grandes instituciones de salud de dicha ciudad fueron seriamente afectadas: El Centro Médico Nacional del IMSS, el hospital General y el hospital Benito Juárez. Entre camas destruidas y las que fue necesario evacuar, los sismos produjeron un déficit súbito de 5829 camas; en el hospital General murieron 295 personas y en el Juárez, 561; entre las cuales se encontraban pacientes, médicos, enfermeras, personal administrativo, visitantes y recién nacidos.

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Por otro lado la Organización Panamericana de la Salud (OPS) y la Organización Mundial de la Salud (OMS) hacen las siguientes recomendaciones:

1. En todas las instalaciones donde operan servicios de salud deben realizarse análisis de vulnerabilidad y riesgo de las edificaciones y de sus equipos hospitalarios esenciales.

2. El cumplimiento de especificaciones para la reducción de riesgos debe ser un

requisito de los procedimientos de adquisición de equipos hospitalarios. 3. Los planes hospitalarios de preparativos para desastres deben ser revisados con el

fin de incluir, dentro de sus procedimientos, análisis de vulnerabilidad y medidas de intervención para el mejoramiento de las instalaciones existentes.

4. Los administradores, constructores y personal de mantenimientos de los servicios

de salud deben tener un conocimiento básico de los requisitos de arquitectura e ingeniería que deben cumplir sus instalaciones para soportar la acción de posibles amenazas naturales.

5. Los hospitales deben tener en un lugar seguro información y planos actualizados de

arquitectura e ingeniería de sus edificaciones y sistemas tecnológicos. Además como sostiene el BID – CEPAL: “Es importante, sin embargo, dejar claro que no basta con analizar la vulnerabilidad de las estructuras, sino que también es necesario descifrar la estructura de la vulnerabilidad: ¿qué o quién es vulnerable y por qué?” (Ref. 9), por ello se evaluó este edifico considerado como una línea vital dentro de la ciudad de Piura. 1.2 Ubicación y descripción del edificio de la Clínica San Miguel. La Clínica San Miguel se ubica en el Jr. Los Cocos # 131 de la urbanización Club Grau, en plena Av. Miguel Grau, frente al Parque Miguel Cortés. Como se observa en la fig.1.1 del plano de ubicación la Clínica San Miguel, desde el punto de vista de configuración estructural, está compuesto por cuatro bloques o edificios claramente diferenciados e independientes: Edificio 1: Al que se ha denominado Edificio Consultorios A, esta estructura está compuesta básicamente por pórticos de concreto (columnas y vigas), las placas del ascensor, tabiques de albañilería, etc. El sistema de cimentación es de zapatas aisladas y zapatas unidas con cimientos corridos y algunas vigas de cimentación. Véase fotografía 1.1 Edificio 2: Al que se ha denominado Edificio Consultorios B, esta estructura también está compuesta básicamente por pórticos de concreto (columnas y vigas), las placas del ascensor, tabiques de albañilería, etc. El sistema de cimentación es de zapatas aisladas y zapatas unidas con cimientos corridos y algunas vigas de cimentación. Véase fotografía 1.2

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CSM

Edificio 3: Al que se ha denominado Edificio Clínica, esta estructura está compuesta básicamente por albañilería confinada algunos pórticos de concreto (columnas y vigas) y las placas del ascensor, formando así un sistema dual. Posee muros portantes de albañilería. El sistema de cimentación es de cimientos corridos y vigas de cimentación. Véase fotografía 1.3

Fig. 1.1: Esquema de ubicación del edificio de la Clínica San Miguel en la ciudad de Piura, entreesquina del Jr. Los Cocos y la Av. Grau.

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Fotografía1.2: Vistainterior del edificioConsultorios B en laClínica San Miguel.Limita con unaedificación vecina y conlos otros edificios de laClínica.

Fotografía 1.3: ClínicaSan Miguel. Vista dela zona denominadaClínica, dondefunciona Emergencia,Hospitalización, UCI,Quirófanos, Rayos X,Cocina, Cafetería, etc.También se observanlos accesos al edificioen el Jr. Los Cocos.

Fotografía 1.1: Vistaexterior del edificioConsultorios A en laClínica San Miguel.

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Edificio 4: Al que se ha denominado Edificio Farmacia-Administración, esta estructura está compuesta básicamente por albañilería confinada, construida en los que fue una antigua casa ubicada en la Av. Grau, luego fue remodelada y acondicionada para integrar el conjunto de la Clínica San Miguel. En la fotografía 1.4 se observan los edificios 4 y 5, tomada desde el Parque Miguel Cortés. Ambas construcciones son de 2 niveles y azotea conjunta con un parapeto, se puede observar la vivienda vecina y la junta de separación. Esta última posee muchas obstrucciones de materiales de construcción como ladrillos, mezclas de concreto, etc.

Edificio 5: Al que se ha denominado Edificio Tomografía-Contabilidad, esta estructura está compuesta básicamente por pórticos de concreto (columnas y vigas), los tabiques de albañilería, etc. El sistema de cimentación es de zapatas aisladas y algunos cimientos corridos. Edificio construido al costado de la antigua casa remodelada para ser Farmacia y administración, y sobre lo que era un jardín y cochera 1.3 Características físicas de la zona. Es importante conocer las principales características físicas de la zona para tener visión de conjunto y del aspecto geográfico donde se presentarán los sismos que afectarán al edificio en evaluación y comprender mejor el riesgo sísmico alto que posee la región.

1.3.1 Territorio: La Clínica San Miguel se encuentra ubicada en el centro de la ciudad de Piura, capital de la provincia de Piura y del departamento del mismo nombre. El departamento de Piura tiene una extensión de 35,892.49 km². El relieve del suelo es heterogéneo, notándose en la planicie costera el predominio de la formación desértica sobre los tablazos y pampas. La franja costera es la más ancha del Perú y alcanza 200 km. desde el mar hasta los contrafuertes de la Cordillera Occidental de los Andes.

Las formas morfológicas más comunes en la costa, son las quebradas secas que funcionan en forma violenta cuando se producen lluvias intensas. Estas quebradas al norte del departamento, son profundas; al centro y sur son de gran amplitud y menos profundas.

Las principales elevaciones que presenta el Departamento de Piura son los cerros: Negro (3967 m.s.n.m.), Viejo (3934 m.s.n.m.), San Juan Canchiaco (3900 m.s.n.m), Pan de Azúcar (3767 m.s.n.m.) y La Viuda (3710 m.s.n.m.).

Fotografía 1.4: Vista delas zonas de Farmacia-Administración (dondese ubica el letreroBOTICA) y la zona deTomografía-Contabilidad límite conla edificación vecina

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Otro de los accidentes naturales que presenta el departamento de Piura son sus numerosas abras, entre las que destacan la de Suropite a 3 100 m.s.n.m. que da paso a la carretera Piura- Canchaque-Huancabamba, Peña Blanca a 2, 980 m.s.n.m., Ingana a 950 m.s.n.m. que da paso a la carretera Piura-Huancabamba.

1.3.2 Clima y temperatura: El clima del departamento de Piura es desértico y semi-desértico en la costa y vertientes andinas occidentales, Subtropical en las vertientes orientales. Las precipitaciones son escasas, salvo cuando se produce el fenómeno del Niño, años en que las lluvias son abundantes y corre el agua por todo el curso de las quebradas secas originando inundaciones y acciones morfológicas de gran dinamismo. Este fenómeno está cambiando el clima de la región volviéndolo tropical.

Las temperaturas máximas llegan a 36,2 ºC y las mínimas a 15ºC que corresponde a los meses de Febrero y Junio respectivamente La humedad promedio anual es del 66%, la presión atmosférica media anual es de 1008,5 milibares en tanto que los vientos que siguen una dirección al sur, tienen una velocidad promedio de 3 m/s.

La precipitación pluvial también tiene variaciones. En la costa generalmente es baja y oscila entre 10 y 200 mm.

1.3.3 Orografía: El departamento de Piura presenta un territorio con topografía variada. La Costa tiene su mayor anchura en el paralelo que pasa por la ciudad de Morropón donde alcanza 130 Km. mientras que en el Norte alcanza 100 Km. medidos sobre el paralelo 4º30'S. Es un espacio de morfología donde existen áreas llanas, colinas, montes aislados, diversos niveles de terrazas fluviales y marítimas, pampas ocupadas parcialmente por campos de dunas, etc. todo recortado por los amplios valles del Chira y del Piura que a su vez están cruzados por numerosas quebradas secas.

El fondo del mar peruano presenta al oeste de la Plataforma Continental una profunda fosa submarina (Fosa del Perú), que se extiende desde el norte de nuestro litoral hasta la frontera con Chile y continúa al sur. Este gran "surco" submarino, que se ha formado en la zona de contacto entre la Placa de Nazca y la Placa Sudamericana, sólo está discontinuada por la "dorsal de Nazca", relieve submarino que interrumpe la "Fosa del Perú" al sur del Departamento de Ica, aproximadamente a la altura de la ciudad de Nazca

Según la teoría de la Tectónica de Placas, a lo largo de las fosas marinas de Perú y Chile, tiene lugar la subducción de la placa oceánica de Nazca por debajo de la placa continental sudamericana. La interacción de estas dos placas desde su establecimiento en el Mezoico temprano desempeña un rol importante en la evolución geológica y tectónica de los Andes. Al presente, las fricciones entre las dos placas serían la causa de los movimientos sísmicos que constantemente afectan la costa y región andina. 1.3.4 Hidrografía: Las dos cuencas importantes que tiene el departamento de Piura pertenecen a la vertiente hidrográfica del Océano Pacífico. Son las cuencas de los ríos Chira y Piura. Son los ríos de la cuenca del Pacífico los que adquieren un incremento de sus aguas, en forma inmensa, con la presencia del fenómeno del Niño.

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1.4. Topografía y Geología de la zona. 1.4.1 Topografía: En el caso concreto de la zona donde se ubica la Clínica San Miguel, la topografía es en declive, siguiendo la dirección aguas arriba del dren pluvial que, partiendo del Jr. Los Cocos, atraviesa la Av. Grau a la altura del parque Miguel Cortés. La Clínica San Miguel se encuentra en una de las zonas más bajas de la ciudad con cotas menores de 30 m.s.n.m. Los niveles freáticos son altos y los suelos arenosos tienen una densidad media. 1.4.2 Geología: Toda la zona de Piura se encuentra constituida sobre rocas sedimentarias y metamórficas cuyas edades abarcan desde el Terciario Superior hasta el cuaternario Reciente. La Clínica San Miguel se ubica en la zona de suelos 1 que presenta suelos aluviales con estratos de texturas variadas. El material es predominantemente arenoso de grano fino con estratos intercalados de arena gruesa y estratos inferiores de material fino (limosos y arcillosos). El tipo de suelo y las condiciones de saturación presentes en el terreno estudiado indican que el estrato comprendido entre 2 y 4 m. de profundidad es un estrato con riesgo de licuación ante un evento sísmico. (anexo I de Ref. 38). En el caso concreto del suelo sobre el que se asienta CSM, haciendo eco del informe técnico del estudio de suelos realizado por la UDEP (Ref. 27), se puede decir: El estrato superior, corresponde a un suelo granular de pobre gradación, húmedo al momento de realizar las perforaciones y con niveles freáticos ubicados a 3.5 m en marzo de 1987, mientras que en junio del mismo año se encontraba a 2.1 m. Se nota la fluctuación del nivel freático por motivo de las lluvias. En la actualidad el nivel freático debe ser casi el mismo o incluso ha podido subir. El Ing. Lao Castillo, constructor del edificio, anotó que durante la excavación para construir las zapatas se encontró con abundante agua que tuvo que ser bombeada. Debajo del estrato arenoso hay una arcilla marrón clara preconsolidada con S=100 %. Su índice de compresión es moderada. Observar el gráfico de la siguiente página sobre los perfiles estratigráficos obtenidos en el terreno. 1.5 Estudios de suelos. El laboratorio de ensayos de materiales y suelos de la Universidad de Piura (UDEP) elaboró un Estudio de Mecánica de Suelos realizado para la cimentación de la Clínica San Miguel en Piura (Ref. 27). En la fase de campo este trabajo, desarrollada durante el año 1987, se realizaron 4 sondajes hasta 9 m. de profundidad con un perforador de suelos MOBILE DRILL motorizado. Esto se muestra en el anexo A-1 referido al estudio de suelos. Este trabajo de perforación fue complementado con la toma de muestras en recipientes herméticos “in situ” para su posterior procesamiento en laboratorio. En la segunda fase de trabajo en laboratorio se realizaron pruebas de laboratorio con las muestras extraídas anteriormente como las siguientes:

A. Ensayo triaxial con vació en suelo cohesivo. Realizado con el objetivo de determinar los siguientes parámetros mecánicos:

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• Esfuerzo cortante de falla, τ en Kg/cm2. • Esfuerzo desviador máximo, σd en Kg/cm2. • Angulo de fricción interna, ø.

B. Compactación de suelos Proctor-Estándar (SPT). Realizado para evaluar el efecto

dinámico de una muestra de arena, cuando en un molde estandarizado se somete a una frecuencia de golpes aplicados con un martillo normalizado.

Con este ensayo obtenemos:

• Densidad seca máxima que puede lograr el suelo al compactarse. • Contenido de humedad óptima que debe poseer el suelo “in situ” para alcanzar la

máxima densidad.

C. Límites de Atterberg. Son límites de consistencia para determinar el grado de plasticidad y la posible variación de volumen de suelos cohesivos. Se han hallado en el Laboratorio :

• Límite líquido L.L. • Límite Plástico L.P.

D. Análisis granulométrico por tamizado. Realizado para hacer la clasificación del

suelo y hallar algunos índices granulométricos como.

• Diámetro efectivo D10 en m.m. • Coeficiente de uniformidad, Cu. • Coeficiente de concavidad, Cc. • Peso específico relativo a los suelos. Para determinar el peso promedio de todos los

minerales que constituyen un suelo.

Los resultados fueron:

• Límite líquido : 33.3 (indica un grado de compresibilidad moderada). • Densidad = 1.47 gr/cm3. • Relación de vacíos= 0.76 • Resistencia al esfuerzo cortante : τ = 0.37 Kg/cm2. • Resistencia al esfuerzo de compresión: σd = 0.87 Kg/cm2. • Angulo de fricción interna: ø = 32o

Con el Proctor estándar se obtuvieron:

• Máxima densidad seca = 1.64 gr/cm3. • Humedad óptima = 8%.

Del análisis granulométrico por tamizado se obtuvieron en promedio curvas de distribución granulométrica típicas de arenas finas pobremente graduadas con las siguientes características:

• Clasificación SUCS : SP

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• Tamaño máximo : 0.2 mm • Diámetro efectivo : D10 = 0.10 mm.

A continuación se observa en la figura 1.2 los perfiles estratigráficos obtenidos en el suelo debajo de la CSM.

Fig. 1.2: Esquema perfiles estratigráficos realizado sen el suelo del a clínica San miguel. Nótese la

presenciad el nivel freático alto y las características del suelo: arena pobremente graduada SP y arcillapreconsolidada CL.

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Entre los resultados obtenidos se detectaron 2 tipos de suelos: Arena fina uniforme pobremente graduada (color marrón claro) y arcilla inorgánica (ligeramente plástica y saturada).

En el ensayo de peso específico relativo a suelos se obtuvo:

• Gravedad específica Gs= 2.60 Con el ensayo SPT se obtuvo:

• El N promedio hallado en la zona de las zapatas fue de N= 12. Finalmente la presión admisible a ser considerada en el diseño, según recomendó el laboratorio de suelos, debía ser: qu = 0.85 Kg/cm2. El ensayo de SPT realizado en la Perforación 5 se muestra en la figura 1.4 y 1.5 de las páginas siguientes.

Figura 1.3: Ubicación de perforaciones realizadasen el terreno de Clínica.

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Figura 1.4: Perforación N° 5 donde se muestran los tipos de suelos encontrados: Arena pobrementegraduada suelta hasta los 2 primeros metros. Medianamente densa hasta los 5 metros. El nivelfreático NF=-2.10 m. Además los resultados obtenidos con el ensayo SPT, donde se observa el número de golpes N.Cuando se junta un N<20, nivel freático, arena suelta y sismo fuerte es muy probable que ocurra elfenómeno de licuación.

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Figura 1.5: Gráfico de ubicación de la perforación P5 en CSM.