Análisis de daños estructurales en edificaciones por discontinuidades geológicas superficiales en la comunidad de Pabellón de Hidalgo, Rincón de Romos, Aguascalientes

Abstract

Las discontinuidades geológicas superficiales asociadas a subsidencia son un problema de carácter global y en la última década se han incrementado, produciendo daños en construcciones. En este contexto, el desarrollo de este documento consiste primordialmente en dar las pautas para el análisis de desplazamientos producidos por éstas discontinuidades, particularmente una que afecta a la Comunidad de Pabellón de Hidalgo, Rincón de Romos, Aguascalientes, dañando actualmente alrededor de 32 edificaciones, incluyendo viviendas habitacionales, teniendo presente un potencial colapso en ellas de continuar con las deformaciones. Metodológicamente, este estudio se basa en tres vertientes; la primera de ellas es el empleo de 17 fisurómetros para monitorizar indirectamente la actividad de la discontinuidad, mediante la medición de desplazamientos horizontales y verticales en elementos estructurales dañados, la segunda de ella es el análisis del comportamiento estructural de una vivienda afectada por la discontinuidad. De acuerdo con los resultados de monitorización, la discontinuidad superficial se encuentra actualmente activa, con variaciones en las deformaciones de hasta 9.5 mm verticalmente y 10 mm horizontalmente, y la tercera el análisis numérico de los muros con mayor afectación por medio del método de elementos finitos mediante el programa SAP2000 V14. El estudio de los desplazamientos fue revisado por estadística básica, y por medio de un análisis de mínimos cuadrados se determinó la tendencia de desplazamientos horizontales y verticales de 5 y 10 años, a fin de determinar las máximas deformaciones de la discontinuidad a futuro. Paralelamente se trabajó en el estudio de una vivienda que cuenta con el proceso constructivo con mayor frecuencia censado en la comunidad que incluye muros a base de mampostería confinada con tabique rojo recocido de 7x14x28 cm, losa de entrepiso y azotea a base de vigueta de alma abierta y cuña, con una distribución simétrica en sus ejes ortogonales en dos niveles. En esta vivienda inicialmente se realizó la revisión estructural previa a la verificación de daños basados en las Normas Técnicas del D.F. de 2004, y para su posterior análisis de daños. La verificación de daños consistió en medir las longitudes de grietas, aberturas y ángulos promedio de inclinación de cada una de ellas. Se cuantificaron 101 grietas localizadas en los 29 de los 51 muros de la vivienda. Se encontraron valores máximos de 6.50 m, para la longitud, 4.14 cm para la abertura máxima y para el ángulo promedio oscilando entre 0° y 90°. Con base a un análisis estadístico se encontraron frecuencias máximas obtenidas para la longitud de 41 grietas para un rango de 0.17 a 0.961 m. 81 grietas para un rango de 0.015 a 0.531 cm en aberturas máxima de grietas; y, 19 grietas entre el rango de 33.75° y 45.0°. Tras el análisis numérico con elementos finitos se obtuvieron esfuerzos máximos de 129,606.1 kg/m2 a compresión y 950,238.6 kg/m2 a tensión en el muro número 30 de la vivienda analizada, del cual se observó que el punto donde se forman las grietas es en la transición entre los esfuerzos positivos y los esfuerzos negativos. Se recomienda para el caso particular de la vivienda analizada, separar la vivienda, tanto en la estructura como en la subestructura, evitando voladizos, es decir, colocando tanto vigas como columnas en los muros críticos. Para el caso de la terraza, misma que cuenta con una losa a base de lámina tipo teja, será conveniente cambiar el anclaje, empleando anclas con resina tipo epóxica expandible, y placas base que faciliten el desplazamiento horizontal y vertical.

Geological surficial discontinuities associated to subsidence are a global problem that has became more critical along the last decade, causing damage to buildings. Under this context, the development of this document consists is primarily provide guidelines for the analysis of displacements produced by these discontinuities, in particularly one that affects the Community of Pabellón de Hidalgo, Rincón de Romos, Aguascalientes, which has damaged about 32 buildings, including 24 residential houses, having a potential collapse of them if deformation continues. Methodologically, this study is based on three aspects: the first is the use of 17 fissurometers in order to monitor the activity of the discontinuity, by measuring horizontal and vertical displacements; the second one is to analyze the structural behavior of the affected house because of this discontinuity. According to the results of monitoring, the surface discontinuity is currently active, with variations in the deformation of 9.5 mm and 10 mm vertically and horizontally, respectively and the third; numerical analysis of the most affected walls by means of the finite element method, using the software SAP2000 V14. Displacement study was reviewed by basic statistics and the tendency of horizontal and vertical displacements in 5 and 10 years was determined using a minimum square analysis, in order to determine the maximum deformation of the discontinuity in the future. Besides, that, a study was made over a house that has the construction process more often censed at the community that includes masonry walls confined by 7x14x28 cm red bricks, mezzanine and roof slab based on open web joist and wedge, with a symmetrical distribution in its two-level orthogonal axes. Initially In this house was performed a structural revision before the verification of damages based on the Technical Standards of the City of 2004, and for subsequent analysis of damage. Verification of damage meant to measure the lengths of cracks, and average inclination of angles of each gap. 101 cracks were quantified and located over 29 of the 51 walls of the house. Maximum values of 6.50 m were found for the length of 4.14 cm for the maximum gap and the average angle was ranging between 0.0° and 90.0°. Based on the statistical analysis were found that maximum frequencies obtained for the length of 41 cracks are in a range of 0.17 to 0.961 m. 81 cracks for a range of 0.015 to 0.531 cm, over maximum gaps of cracks; and 19 cracks between the range of 33.75° and 45.0°. After the numerical analysis with finite elements were obtained maximum stresses of 129,606.1 kg/m2 by compression and 950,238.6 kg/m2 by tension on the wall number 30 and it was observed that the point where the cracks are formed is in the transition between the positive and negative efforts. Is recommended for the particular analyzed house, to separate the structure and the substructure as well avoiding overhanging structures this means placing beams and columns as well in the critical walls. In case of balcony made with deck slab of roof tile type will be convenient to change the anchor, using expandable epoxy type resin, and motherboards that facilitate horizontal and vertical displacements.