Daños en adobe por sismo
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Pontifica Universidad Catlica del PerDepartamento de IngenieraSeccin Ingeniera Civil
SERIE CUADERNOS DE ADOBE
TITULO 1: CARACTERIZACIN DE DAOS EN
CONSTRUCCIONES DE ADOBE.
DANIEL TORREALVA DVILA JUNIO 2003
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AGRADECIMIENTO.
El presente trabajo ha sido desarrollado como parte de las actividades del
Semestre de Estudio e Investigacin otorgado por el Consejo Universitario
para el perodo de Agosto a Diciembre del ao 2002 a quienes expreso mi
agradecimiento.
Este trabajo forma parte de una serie de artculos sobre construcciones de
tierra que se realizaron en gran parte durante ese semestre, entre ellas se
encuentran las siguientes: Recopilacin de Investigaciones sobre la
Resistencia Ssmica de Construcciones de Adobe, Caractersticas
Estructurales de las Construcciones de Tierra Prehispnicas en Amrica, y
Recopilacin de Proyectos de Implementacin y Difusin de Tecnologa
Mejorada de Construccin con Tierra.
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BORRADOR
CARACTERIZACIN DE DAOS EN CONSTRUCCIONES DEADOBE.
1. INTRODUCCIN.
Es ampliamente aceptado el hecho que las construcciones de adobe son
altamente vulnerables frente a fenmenos naturales como los sismos e
inundaciones. Su casi nula resistencia a la traccin y la alta inestabilidad de
sus propiedades mecnicas cuando son afectadas por la humedad han
producido efectos desastrosos en incontables construcciones de este tipo alo largo de la historia. Pese a ello, es todava el material de construccin
mas utilizado por habitantes de las zonas rurales en el Per y otros pases
del tercer mundo.
La investigacin sobre vivienda rural de adobe ha estado orientada por lo
general a encontrar un procedimiento factible de refuerzo ssmico y a
estabilizar el material frente a los efectos de la humedad. Desde el punto
de vista del refuerzo ssmico, es imprescindible conocer y comprender
como afectan los sismos a estas construcciones y una forma de obtener este
conocimiento es analizando los diversos tipos de falla que han ocurrido en
construcciones de adobe en el pasado.
En este trabajo se describen diversos tipos de fallas ocurridas en
construcciones de adobe cuya tipologa arquitectnica corresponde a la
utilizada en el continente americano, es decir construcciones de uno y dos
pisos por lo general, con muros ortogonales entre s y entrepisos de madera
y techos que pueden ser livianos o pesados, planos o inclinados. Se
incluyen construcciones rurales y urbanas y dentro de estas ltimas,
construcciones coloniales y contemporneas.
Adicionalmente, y con la finalidad de ampliar el entendimiento sobre el
comportamiento ssmico, se muestran algunas fallas que han podido ser
reproducidas en laboratorio mediante el uso de simuladores ssmicos.
Asimismo, se muestran fallas producidas por efectos de la humedad, fallas
del terreno, influencia de los techos y otros, que pueden presentarse en
forma simultnea con las fallas ssmicas y cuya combinacin las hace an
mas vulnerables.
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2. DAOS PRODUCIDOS POR TERREMOTOS
La actual documentacin sobre los daos producidos por terremotosintensos es esencial para entender como se han comportado histricamente
las edificaciones de adobe durante terremotos. Mientras es cierto quealgunas partes o la edificacin en su totalidad pueden colapsar durante
terremotos fuertes, esto no significa que las edificaciones de adobe seaninestables, simplemente porque los muros estn agrietados.
Es necesario hacer previamente una distincin entre muros gruesos y muros
delgados, es decir tomar en cuenta la esbeltez de los muros, ya que el
comportamiento y la posibilidad de supervivencia ante sismos vara
sustancialmente segn sea la esbeltez de los muros. La Norma Peruana de
Diseo en Adobe NTE.080 del ao 2000, recogiendo este diferentecomportamiento, hace una clasificacin del tipo de refuerzo mnimo segn
la esbeltez de los muros, por otro lado, Tolles et al (2) en un exhaustivo
trabajo sobre las construcciones histricas de adobe en California dice El
comportamiento de una edificacin de adobe, es sustancialmente afectado
por el espesor de sus paredes. Los muros delgados, intermedios y gruesos
son definidos en trminos de su relacin altura/espesor (SL) de la siguiente
manera muros gruesos SL
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2.1 Daos causados por fuerzas perpendiculares al plano del muro.
Como se ha mencionado, las grietas que se originan por fuerzas fuera del
plano del muro son por lo general las primeras que se presentan y ocurren apueden ocurrir a niveles bajos de intensidad ssmica, sin que esto signifique
necesariamente la prdida de estabilidad. Los principales factores que
afectan la estabilidad de los muros de adobe que son sometidos a fuerzas
fuera de su plano son:
El grosor del muro y su esbeltez.
La conexin entre el muro y el techo o el sistema de piso.
Si el muro es portante o no.
La longitud libre del muro o distancia entre la interseccin de los
muros transversales.
La condicin de la base del muro.
A continuacin se describen los casos ms comunes de este tipo de accin.
2.1.1 El Colapso de tmpanos
En zonas lluviosas es comn en las viviendas de adobe el techo a dos aguas
hecho que por lo general conlleva la construccin de un tmpano como una
continuacin de los muros extremos. La mayor altura de estos muros loshace especialmente vulnerables al colapso fuera del plano an cuando
puedan estar ligeramente arriostrados por el techo de la vivienda que por logeneral se apoya sobre ellos. Dos tipos de falla fuera del plano se presentan
en estos casos: el primero cuando se genera una grieta horizontal en el nivel
inferior del tmpano produciendo el colapso del mismo y el segundocuando la mayor masa del muro produce el agrietamiento en la parte
superior de las esquinas de conexin con los muros transversales, llegando
a producir el colapso total del muro fuera del plano.
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Figura 1
Foto 1. Inicio de la grieta en la parte superior del tmpano, Cuzco 1985.
Foto: D. Torrealva
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Foto 2. Grieta vertical en parte superior del tmpano, Cuzco 1985. Foto: D.
Torrealva
Foto 3. Grieta vertical que se inicia por efecto del tmpano, Castilla,Arequipa 2001. Foto: D. Quiun.
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Figura 2.
Foto 4. Colapso total de la pared del tmpano.
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2.1.2 Grietas verticales en las esquinas y volteo del muro fuera delplano.
En la casi totalidad de viviendas de adobe en Amrica no se puede
catalogar sus techos como diafragmas rgidos, por lo tanto las aceleracioneshorizontales generan una vibracin independiente de cada muro respecto a
los restantes. Por otro lado la masa de los techos es por lo general mucho
menor que la masa de los muros, llegando a tener estos el 80% de la masa
total de la edificacin.
Cuando ocurre un movimiento ssmico en viviendas de techo liviano, la
vibracin fuera del plano de muros ortogonales entre s genera entonces
una concentracin de esfuerzos de traccin en la parte superior de las
esquinas, generando una grieta vertical que se propaga hacia abajo. Esta
grieta vertical hace que el muro quede suelto vibrando libremente en
sentido perpendicular a su plano, lo que a la postre causa su colapso fuera
del plano.
En ensayos de mdulos de vivienda a escala natural, realizados en la
Pontificia Universidad Catlica del Per en mesa rebatible y en simulador
ssmico se ha verificado que es el primer tipo de falla que se presenta.
Asimismo, estudios realizados por Krawinkler y Tolles (3) en modelos a
escala sometidos a ensayos dinmicos, demuestran que los muros que no
son portantes son ms vulnerables a este tipo de falla que los muros sobrelos cuales se apoyan las vigas del techo, las cuales sirven de arriostre lateral
mientras no se exceda la fuerza de friccin.
Figura 3 Figura 4
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Foto 5. Grieta vertical en esquina superior de muro, Castilla, Arequipa,
2001. Foto: D. Quiun
Foto 6. Grieta vertical en esquina superior de muro, Castilla, Arequipa,
2001. Foto: D. Quiun.
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Foto 7 . Grieta vertical en esquina en casi toda la longitud del muro,
Castilla, Arequipa, 2001. Foto: D. Quiun
Foto 8. Grietas verticales en esquina, reproducidas en ensayo dinmico en
mesa vibradora. Mdulo sin techo. Foto: LEDI
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Foto 9. Grietas verticales en esquina, reproducidas en ensayo dinmico en
mesa vibradora. Mdulo con techo. Foto: LEDI
Foto 10. Volteo lateral de muros en zona rural.
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Foto 11. Colapso lateral de muro. Las viguetas del techo se apoyan en los
muros transversales.
(5a) (5b)
Figura 5a y 5b.
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Foto 12. Colapso lateral de muro. Las viguetas del techo se apoyan en los
muros transversales.
Foto 13. Colapso lateral del muro.
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Foto 14. Colapso lateral de muro que produce la cada del techo.
Foto 15. Colapso lateral de muro, el techo tiene una solera horizontal que
impide su cada. En el lado derecho se aprecia un colapso de esquina.
Cayambe, Ecuador 1986. Foto: D. Torrealva.
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Foto 16. Colapso lateral del muro de una iglesia. La solera de madera
impide la cada del techo. Santa Tecla, El Salvador 2001. Foto D. Torrealva
Foto 17. Colapso lateral del muro de una iglesia que produce la cada deltecho.
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2.1.3 Grieta por flexin fuera del plano.
Este tipo de grieta es tpica de los muros libres y se produce por lo general
cerca de la base debido a la flexin fuera del plano, una vez producida lagrieta el muro se balancea como slido rgido en un movimiento tipo
rocking en el cual la posibilidad de colapso depende de la espus del
muro. Estudios hechos por Bariola (4) en muros a escala natural sobre una
mesa vibradora muestran que los muros gruesos pueden mantener su
estabilidad an espus de agrietarse completamente.
Foto 18. Volteo lateral de cerco. Caravel, Arequipa, 2001. Foto D. Quispe
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Foto 19. Volteo de cerco por longitud excesiva sin arriostre transversal.
Palpa, Ica, 1997. Foto: D. Torrealva
Foto 19. Volteo de cerco de ladrillo asentado con barro. Moquegua, 2001.
Foto: E. Fierro
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2.1.4 Grieta horizontal por flexin fuera del plano a media altura delmuro.
Este tipo de dao se puede producir por efecto de volteo lateral, tal como semuestra en la foto 20, en que algunos machones cortos de adobe han
impedido el volteo desde la base o por una combinacin de volteo lateral y
cortante en el plano del muro como lo indica la foto zz en que la fisura se
vuelve diagonal en el extremo. Vargas et al han reproducido este segundo
tipo de falla en ensayos estticos en muros delgados sometidos a fuerza
cortante en el plano, ver foto 22.
Foto 20. Colapso lateral del muro a partir del alfizar de la ventana.
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Figura 6
Foto 21. Colapso lateral a media altura en una combinacin con efecto de
fuerza cortante en el plano del muro.
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Foto 22. Reproduccin de la falla de la foto anterior en ensayo esttico.
Foto: DI-PUCP.
2.2 Daos causados por fuerzas cortantes en el plano del muro.
Las grietas que se originan por fuerzas cortantes en el plano del muroocurren cuando por alguna razn se ha controlado la falla por volteo y a
niveles mayores de intensidad ssmica. Esta falla est directamente
relacionada con la resistencia de la mampostera a la fuerza cortante. Los
principales factores que influyen en los muros de adobe que son sometidos
a fuerzas fuera de su plano son:
El espesor del muro.
La calidad de la mano de obra en la construccin del muro.
La calidad del mortero.
El peso del techo, que es directamente proporcional a la fuerza de
inercia.
El estado de conservacin del muro.
A continuacin se describen los casos ms comunes de este tipo de accin.
2.2.1 Grietas diagonales por fuerza cortante en el plano del muro.
Cuando la falla fuera del plano est controlada ya sea porque los muros sonsuficientemente gruesos o porque el techo es a cuatro aguas produciendo un
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amarre al nivel superior de los muros, se produce, a un nivel mayor de
intensidad ssmica las tpicas grietas en forma de X debido a la fuerza
cortante en el plano del muro. Estas grietas hacen que el muro quede luego
dividido en grandes bloques los cuales pueden disipar energa por friccin
en las grietas producto de la combinacin de carga vertical y fuerzahorizontal.
El colapso en este caso es por lo general parcial cuando uno o ms de los
bloques independientes se torna inestable por accin de las fuerzas fuera
del plano actuando conjuntamente con la fuerza cortante coplanar.
Se concluye entonces que este tipo de grieta se presenta en caso de muros
gruesos o en caso de muros delgados siempre y cuando el techo funcione
como un diafragma rgido produciendo un movimiento uniforme en la parte
superior de los muros.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Figura 7
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Foto 23. Grietas de corte en el plano del muro. El techo pesado a cuatro
aguas ha impedido el volteo lateral de los muros. Popayn, Colombia 1983.
Foto: D. Torrealva
Foto 24. Grieta inclinada por fierza en el plano del muro interior de un
convento. Cuzco 1985. Foto D. Torrealva
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Foto 25. Grietas verticales e inclinadas en el plano del muro. El techo
pesado a cuatro aguas ha impedido el volteo lateral de los muros. Popayn,
Colombia 1983. Foto D. Torrealva.
Foto 26. Agrietamiento del muro por accin de fuerzas cortantes en suplano. Santa Tecla, El Salvador, 2001. Foto D. Torrealva
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Foto 27. Agrietamiento generalizado del muro con desprendimiento del
estuco por accin de fuerzas cortantes en su plano. Santa Tecla, El
Salvador, 2001. Foto M. Hardy.
2.2.2 Grietas cerca de los vanos
Estas grietas son tambin causadas por la accin de fuerzas cortantes en el
plano del muro y se presentan usualmente en las esquinas superiores o
inferiores de las aberturas de puertas y ventanas extendindose en forma
diagonal hacia la parte superior o inferior del muro respectivamente. Son
debidas a la concentracin de esfuerzos en las esquinas de las aberturas y a
la incompatibilidad de las propiedades mecnicas del adobe y el material delos dinteles.
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Foto 28. Grieta diagonal en esquina superior del vano. Casa republicana en
Chorrillos, Lima. Foto D. Torrealva.
Foto 29. Grietas diagonales en vano de puerta. Casa republicana enChorrillos, Lima. Foto D. Torrealva.
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Foto 30. Colapso lateral del muro causado por las grietas en los vanos.Ica, 1997. Foto D. Torrealva.
Foto 31. Grietas diagonales en esquina del vano, reproducidas en ensayo
dinmico en mesa vibradora. Mdulo con techo. Foto: LEDI
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2.2.3 Grietas en las esquinas y desplome parcial.
Esta grieta comienza en la parte superior del muro y se propaga en forma
inclinada aislando un tringulo superior del muro, el cual colapsa por una
combinacin de fuerza cortante en ambos muros ortogonales y el efecto dela carga vertical. En la foto zz se muestra un caso de falla similar
reproducido en laboratorio con fuerza ssmica en una sola direccin.
Figura 8
Foto 32. Colapso de la esquina por grieta diagonal en dos direcciones.
Castilla, Arequipa, 2001. Foto: D. Quiun.
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Foto 33. Colapso de muro en esquina combinado con colapso lateral en el
segundo piso. Cuzco 2002. Foto D. Torrealva.
Foto 34. Dao en esquina reproducido en ensayo dinmico de un mdulo
sin refuerzo. Foto: COPASA-GTZ-PUCP
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3. CARACTERIZACIN DE LOS DAOS PRODUCIDOS POROTRAS CAUSAS.
Los daos descritos hasta ahora corresponden a la accin de fuerza ssmica
horizontal, pero hay tambin otras causas de daos como el dao producido
por la vibracin ssmica vertical, la influencia del techo, la humedad y
asentamiento del suelo.
3.1 Daos por influencia del techo.
Los techos, especialmente los techos pesados a dos aguas pueden causar
empujes horizontales no previstos en la parte superior de los muros cuando
los tijerales no estn construidos adecuadamente. Si a esto se suma que encasos de sismos intraplacas, con foco superficial, la aceleracin vertical
puede llegar a tener valores importantes, el resultado es el colapso de los
muros por el incremento de dicho empuje horizontal con el consecuente
colapso del techo dentro de la vivienda.
Foto 35. Colapso del techo de una casa colonial por falla de las columnas
de madera del pasadizo. Izalco, El Salvador 2001. Foto M. Hardy.
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(a) (b)
Figura 9
Foto 36. Techo pesado apoyado sobre un muro de adobe y columnas demadera, en precario estado de equilibrio. Izalco, El Salvador, 2001. Foto
M. Hardy.
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3.2 Daos por humedad.
El agua y la humedad son enemigos naturales de la construccin con tierra,
la resistencia a la compresin y al corte de la mampostera de adobe
disminuyen drsticamente con el contenido de humedad.
La humedad en las paredes tiene las siguientes causas:
- Proteccin inadecuada de los muros contra las lluvias.
- Presencia de humedad en el suelo y una inadecuada cimentacin o
ausencia total de ella.
- Instalaciones de agua defectuosas empotradas en los muros de adobe.
Esto es especialmente comn en casas tugurizadas de los centros
histricos de ciudades como Lima.
La presencia de humedad es particularmente peligrosa cuando ocurre en la
base de los muros, debido a la carga vertical que soportan, los muros
hmedos comienzan a hincharse transversalmente llegando a producir el
colapso por el peso propio.
Es obvio por tanto, que si un muro en estas condiciones se ve afectado
adems por fuerzas ssmicas, su posibilidad de supervivencia ser mnima.
Foto 37. Humedad en parte baja de muro con disminucin de seccin
transversal. Izalco, El Salvador, 2001. Foto: M. Hardy.
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Foto 38. Detalle del dao de la foto anterior con disminucin de seccin
transversal por erosin. Izalco, El Salvador, 2001. Foto: M. Hardy.
3.3 Daos por erosin.
Usualmente las casa de tierra poseen un enlucido cuya finalidad es proteger
los muros de acciones erosivas externas tales como el viento, la accin del
hombre o animales. Cuando no existe este enlucido o se pierde por falta de
mantenimiento, el efecto de la erosin es disminuir la seccin neta del
muro reduciendo su resistencia al corte y a cargas verticales con los
consiguientes efectos adversos en caso de sismos.
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Foto 39. Erosin en pared que ha perdido el recubrimiento. Chorrillos,
Lima. Foto D. Torrealva.
Foto 40. Erosin y humedad en parte baja de un pilar en la Iglesia Matriz
de San Pedro de Lloc. Se ha erosionado el ladrillo del sobrecimiento y el
adobe. La Libertad. Foto D. Torrealva.
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3.4 Daos por combinacin del adobe con materiales rgidos ymodificaciones a la estructura original.
A menudo se encuentra el adobe combinado con otros materiales como
concreto armado, porciones de albailera de ladrillo o enlucidos de
cemento, todos ellos materiales mucho ms rgidos que el adobe. Es por lo
general el resultado de intervenciones estructurales por daos de sismos
anteriores o modificaciones arquitectnicas a la distribucin original de la
construccin de adobe. Sismos posteriores, demuestran que la interaccin
dinmica entre ellos producen fisuras en la zona de contacto entre los dos
materiales, especialmente cuando se trata de muros relativamente anchos.
Foto 41. Desprendimiento del enlucido de mortero de cemento que
descubre una modificacin arquitectnica y mezcla de muro de ladrillo de
arcilla y de adobe. Popayn, Colombia, 1983. Foto D. Torrealva.
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Foto 42. Desprendimiento del mortero de cemento y mezcla de ladrillo con
adobe. Popayn, Colombia, 1983. Foto D. Torrealva.
Foto 43. Detalle del espesor del mortero de cemento. Popayn, Colombia,
1983. Foto: D. Torrealva.
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Foto 44. Esquina de ladrillo y pared de adobe. Popayn, Colombia, 1983.
Foto: D. Torrealva.
Foto 45. Vano original cerrado con adobe y esquina de ladrillo. Enlucido
de barro con paja. Popayn, Colombia, 1983. Foto: D. Torrealva.
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Foto 46. En la misma vivienda de la foto anterior, fisuras en pared de adobe
con enlucido de barro con paja. Popayn, Colombia, 1983. Foto: D.
Torrealva.
Foto 47. Daos mnimos en casa colonial enlucida con mortero de cemento
aplicado sobre una malla de repelo. Popayn, Colombia, 1983. Foto: D.Torrealva.
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Foto 48. Detalle de la malla de repello en la vivienda de la foto anterior.
Popayn, Colombia, 1983. Foto: D. Torrealva.
Foto 49. Columnas de concreto insertadas en muro de adobe. Intervencin
despus del sismo. Popayn, Colombia, 1983. Foto: D. Torrealva.
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Foto 50. Detalle de la columna de concreto en la vivienda de la foto
anterior. Popayn, Colombia, 1983. Foto: D. Torrealva.
3.5 Daos por asentamiento o deslizamientos de terreno.
Ocurre por lo general en la vivienda rural andina, en viviendas que se
asientan en las laderas de cerros o en terrenos de inclinada pendiente, esnecesario realizar un trabajo de corte y relleno para poder ubicar la
explanada de la vivienda. Es en este proceso, en el cual la parte del relleno
se hace en forma manual y sin criterio tcnico, que muchas veces este cede
ante el peso de la vivienda produciendo grietas que pueden convertirla en
inhabitable.
Tambin es obvio que si a esta situacin de inestabilidad se le suma un
efecto ssmico, las probabilidades de colapso total de la vivienda son muy
altas ya que lo primero que fallar ser el terreno de cimentacin. Un claroejemplo de esto es el colapso generalizado de viviendas de adobe en el
barrio de San Francisco en la ciudad de Moquegua, Arequipa en el sismo
del 23 de Junio del 2001.
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Foto 51. Daos por deslizamiento provocado por un sismo. Moquegua,
2001. Foto: CIP
Foto 52. Daos por deslizamiento provocado por un sismo. Moquegua,
2001. Foto: CIP
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4. DAOS POR COMBINACIN DE EFECTOS.
Debido a que los movimientos ssmicos producen aceleraciones endirecciones perpendicular y paralela a los muros adicionalmente a la
aceleracin vertical, es comn que se presenten daos debidos a ms de una
causa, lo que implica una mayor complejidad en la identificacin ycaracterizacin de ellos. La complejidad se vuelve an mayor cuando
adicionalmente a lo mencionado estn presentes causas no ssmicas como
el deterioro por humedad o erosin y fallas del suelo.