Colapso por torsión en edificios en esquina durante el temblor del 19 de septiembre de 2017

Abstract

On September 19th 2017, Mexico City suffered many human losses and over 1000 buildings were damaged due to a magnitude Mw=7.1 earthquake in Puebla, mainly affecting seismic zones II, IIIa, and IIIb. Out of the 77 collapsed and high-risk of collapse buildings, 47% and 38%, respectively, were located on the corner of a block. Corner buildings are characterized by placing masonry walls on the facades adjacent to other land, while on the facades adjacent to the streets they have windows. This structure generates that the center of stiffness is far from the center of mass, causing torsion moment in the building by lateral loads such as an earthquake. In this work, nine numerical models designed with the 1976 regulation were created based on the characteristics of the buildings damaged by the earthquake, with three plant layouts (rectangular, with-inbound and with-ochava) and four, six and eight levels. A non-linear dynamic analysis was run with the 36 records of zones II, IIIa and IIIb of the earthquake to observe their linear and non-linear behavior and their progression of damage until collapse. The numerical models showed greater damage in the corner that joins the facades without walls than in the corner that joins the facades with walls, causing possible partial collapses and little ductility of the building. Among the different plant layouts, the rectangular and with-inbound buildings suffered the least and greatest damage, respectively. The torsion effect was higher in the four-story buildings and lower in the eight-story buildings, due to the increase in lateral stiffness of the columns as their cross section increases. Zone IIIa obtained the highest damage index.

El 19 de septiembre del 2017, la Ciudad de México sufrió muchas pérdidas humanas y daños en más de 1000 edificios por un sismo de magnitud Mw=7.1 en Puebla, afectando principalmente las zonas sísmicas II, IIIa y IIIb. De los 77 edificios colapsados y con alto riesgo de colapso, el 47% y 38%, respectivamente, estaban ubicados en la esquina de una manzana. Los edificios en esquina se caracterizan por colocar muros de mampostería en las fachadas colindantes con otros terrenos, mientras que en las fachadas colindantes con las calles tienen grandes ventanas o ventanales. Esta estructuración genera que el centro de rigidez se encuentre alejado del centro de masa, provocando momento torsionante en el edificio ante cargas laterales como un temblor. En este trabajo se crearon nueve modelos numéricos diseñados con el reglamento de 1976 a partir de las características de los edificios dañados por el temblor, con tres distribuciones de planta (rectangular, con entrante y con ochava) y de cuatro, seis y ocho niveles. Se les realizó un análisis dinámico no lineal con los 36 registros de las zonas II, IIIa y IIIb del temblor para observar su comportamiento lineal y no lineal y su progresión de daño hasta el colapso. Los modelos numéricos presentaron mayor daño en la esquina que une las fachadas sin muro que en la esquina que une las fachadas con muros, provocando posibles colapsos parciales y poca ductilidad del edificio. Entre las distintas distribuciones de planta, los edificios rectangulares y con entrante fueron los que sufrieron menores y mayores daños, respectivamente. El efecto de la torsión fue mayor en los edificios de cuatro niveles y menor en los edificios con ocho niveles, debido al aumento de rigidez lateral de las columnas al aumentar su sección transversal. La zona IIIa obtuvo los mayores índices de daño.