2 trabajo - sismica

7/25/2019 2 Trabajo - Sismica

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Universidad de los Andes

Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Civil

Departamento de Estructuras

Ingeniera Ssmica

CONFIGURACIONES E IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES INDICADAS EN

LA NORMA COVENIN 1756-2001 EDIFICACIONES SISMORRESISTENTES

Luis Camargo C.I.: 18.018.173

Eladio Hernndez C.I.: 18.620.394

Profesor: Pedro Rivero

Mrida; 23 de mayo de 2013.


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1. Resumen:

La actividad asignada al curso de ingeniera ssmica tiene la finalidad de desarrollar el

anlisis de estructuras ubicadas en el Municipio Libertador del Estado Mrida cuyas

irregularidades estn definidas en la Norma COVENIN 1756-2001, resultando perjudiciales

ante cualquier evento ssmico y produciendo grandes solicitaciones que afectan directamente

la estabilidad de la edificacin.

Para el estudio de las caractersticas antes mencionadas se han seleccionado las

siguientes edificaciones: Edificio La Florida, Hotel Tibisay, Edificio General Massini y

Residencias Don Manuel, las cuales presentan ciertas irregularidades a simple vista como

son: la distribucin de la masa, la asimetra existente y la discontinuidad de muros hacia elpiso inferior o planta baja libre, entre otros.

Cabe resaltar que el comportamiento de los elementos estructurales y su anlisis debe

ser complementado mediante el uso de programas adecuados para dar una evaluacin ms

exhaustiva de la respuesta ssmica, ya que este trabajo se basa en el uso de material referencial

obtenido en la red, las normas venezolanas y textos bibliogrficos para la caracterizacin de

ciertas irregularidades observadas en las edificaciones estudiadas.

2. Introduccin:

Para estimar el comportamiento de las edificaciones a estudiar se definen ciertas

condiciones a ser tomadas, regidas bajo los preceptos normativos en Venezuela como son las

irregularidades en planta y en vertical. A tal fin, se ha documentado con medios propios las

estructuras propuestas para el anlisis y su proyeccin ante un evento ssmico en la ciudad.

Estas asimetras o irregularidades en la configuracin contribuyen efectos adversos en los

elementos estructurales cuando se presentan eventos ssmicos, por lo tanto, actualmente se

incluyen en la normativa nacional ayudando a definir el procedimiento de anlisis que se debe

aplicar en el diseo de edificios sismo-resistentes.


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En el marco de las observaciones anteriores, se define como objetivo general analizar

la incidencia de las irregularidades en el comportamiento de las estructuras mencionadas para

la respuesta ante un sismo y el mtodo a utilizar para el anlisis ssmico. Asimismo los

objetivos especficos son:

Advertir la vulnerabilidad de las edificaciones con irregularidades en presencia

de eventos ssmicos.

Considerar la forma de la edificacin y su distribucin de masa en el estudio

sismo-resistente de la estructura.

En base a los objetivos mencionados anteriormente, el propsito de esta actividad se

resume en obtener el conocimiento integral del diseo como respuesta de las estructuras en

presencia de eventos ssmicos, las cuales deben estar presentes en la concepcin de la

edificacin por parte del arquitecto y posteriormente en el anlisis por parte del ingeniero

civil, tomando en cuenta la forma, el tamao, especificaciones y caractersticas de la

estructura. Ahora bien, si la configuracin de la edificacin no es la idnea se debe recurrir a

mtodos de diseo que tomen estas irregularidades y que proporcionan un mayor rango de

seguridad.

De acuerdo con los razonamientos que se han venido realizando, se deducen los

resultados obtenidos en cuanto a la disposicin de las configuraciones generales de las

edificaciones estudiadas; teniendo en cuenta la simetra en planta, las reducciones o aumentos

bruscos en las dimensiones de la obra y el uso de la planta libre para evitar las patologas

presentadas por los edificios luego de un sismo, que aumentan la vulnerabilidad de la

estructura, subsanando las discrepancias entre arquitectos e ingenieros estructurales.

3. Contenido:

3.1.Edificio La Florida:

Esta estructura se encuentra ubicada en la Avenida 2 Lora con Viaducto Miranda,

visualmente presenta gran atractivo por su forma sobresaliente en el paisaje urbano pero que lo

cataloga como un edificio irregular en cuanto a los siguientes aspectos: irregularidad de masa,

aumento de las masas con la elevacin y diagrama flexible.


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En cuanto al primer aspecto considerado, la irregularidad de masa se presenta cuando

la masa efectiva de cualquier piso es mayor de 1.3 veces la masa efectiva de uno de los pisos

contiguos. En esta edificacin es muy notable esta caracterstica tomada en las normas

ssmicas venezolanas, ya que a simple vista se observa el aumento en las dimensiones de los

pisos superiores que sobresalen con respecto al piso inferior, indicando as un alto porcentaje

de masa en estos niveles y que resultara en grandes solicitaciones sobre las columnas

inferiores al momento de un evento ssmico, por lo tanto, deben evitarse fuertes diferencias de

pesos entre pisos sucesivos, ya que generan variaciones bruscas en las fuerzas de inercia y en

la forma de vibrar del edificio.

Fig.1. Edificio La FloridaVista Frontal.

En el segundo caso la distribucin de masa en la estructura aumenta sistemticamente

con la altura, se sabe que las aceleraciones a las que se somete la estructura van creciendo con


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la altura, por lo que se recomienda evitar concentraciones de masas en los pisos ms altos, ya

que incrementan las fuerzas de inercia y los momentos de volteo.

Adems como las fuerzas producidas por los eventos ssmicos son de inercia, la masa

juega un papel muy importante ya que cuando sta empuja hacia abajo, se producen fallas enlos elementos verticales, debido a que ejerce su fuerza a elementos que estn previamente

flexionados por las cargas ssmicas, a este fenmeno se le conoce como Efecto P-delta,

produciendo mayores momentos.

Fig. 2.- Aumento sistemtico de la masa con la altura.


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Los sistemas de piso cumplen la funcin de conectar todos los elementos verticales y

distribuir a ellos todas las cargas horizontales de manera uniforme sin deformarse, para esto se

considera que el sistema de piso forma un diafragma con rigidez infinita en su plano. Al

asumir la hiptesis de la rigidez infinita de los entrepisos, se considera que los

desplazamientos traslacionales y rotacionales son iguales para cada nivel analizado. Pero la

existencia del diafragma flexible que presenta la estructura, donde se presume tiene un rea

total de abertura interna mayor al 20 % del rea bruta de la planta, generan solicitaciones

adicionales a la estructura, ya que estos vibran de manera aislada por no estar conectados a

ella mediante el diafragma rgido.

La presencia de diafragmas flexibles produce problemas como lo son: las fuerzas de

inercia y las cortantes de piso no se distribuyen hacia los elementos resistentes en forma

proporcional a su rigidez. Adems, Se puede generar una distorsin de la estructura en planta

y as invalidar la hiptesis de que las fuerzas ssmicas, que actan en una direccin arbitraria,

se puedan descomponer en dos fuerzas aplicadas al sistema ortogonal resistente de la

estructura.

Fig. 3 y 4.- Abertura central del edificio.

Al observar estas irregularidades se hace notar la presencia del anlisis detallado en la

configuracin de los elementos estructurales y la distribucin de masas, que ayuden en la respuesta de


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la estructura ante posibles eventos ssmicos. Para esto, la norma venezolana Covenin 1756-01 estipula

que el diseo de la obra se realice mediante un anlisis dinmico espacial, preferiblemente con

diafragma flexible.

3.2.Hotel Tibisay:

Esta edificacin hotelera se encuentra en la zona norte de la ciudad en la Avenida

Universidad. Es una obra bastante particular por la forma que presenta su diseo,

observndose en el mismo la distribucin desigual de la tabiquera y la ubicacin del ncleo

del ascensor en una de las esquinas de la estructura, as como tambin los ncleos de escaleras

ubicados en ambas esquinas posteriores, que generan efectos torsionales debido a la

excentricidad que producen estos tpicos.

La simetra respecto a los ejes en planta resulta ser un factor que ayuda en el

desempeo de las estructuras ante un sismo; ya que la falta de regularidad por simetra, masa,

rigidez o resistencia en ambas direcciones produce torsin, la cual no es fcil de evaluar con

precisin y demanda mayores de solicitaciones en algunos elementos. Pues bien, se debe tener

en cuenta que las fuerzas ssmicas actan en el centro de masa y la resistencia acta en el

centro de rigidez, por lo que se podra causar una vibracin torsional si no se realiza una buena

distribucin de las rigideces, de las masas o una forma geomtrica regular de la planta.

Fig. 5.- Vista del Hotel Tibisay, ntese la ubicacin del ncleo de ascensores.


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Fig. 6.- Vista posterior, se identifica la ubicacin de ambos ncleos de escaleras.

En el caso de esta edificacin se observa la distribucin desigual de los elementos no

estructurales (tabiquera) y la ubicacin de los elementos de acceso a los niveles superiores

(escaleras y ascensor). Esto conlleva a una falsa regularidad en planta donde no se compensan

las rigideces, por lo tanto, podran llegar a producir efectos de torsin, que deben ser tomados

en consideracin al momento de realizar el anlisis y diseo sismo-resistente.

3.3.Edificio General Massiniy Residencias Don Manuel:

Estos complejos residenciales se han seleccionado en el anlisis por no ser estructuras

regulares verticalmente debido a la presencia del entrepiso blando (distribucin irregular de la

rigidez) y entrepiso dbil (distribucin irregular de la resistencia), lo cual conlleva al estudio

minucioso de la respuesta ante sismos por parte de los elementos estructurales. Estas

irregularidades se deben generalmente a decisiones tomadas en el diseo del edificio o en

remodelaciones posteriores, pero ambas configuraciones se conocen en trminos


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arquitectnicos como planta libre, aprovechando estos espacios libres como

estacionamientos o establecimientos comerciales donde se necesita un gran espacio.

Fig. 7 y 8.- Estacionamiento de las residencias Don Manuel ubicado en la planta baja del

edificio que induce la existencia de piso blando o dbil.

La norma venezolana COVENIN 1756-01 Edificaciones Sismo-resistentes estipula

la irregularidad de rigidez como el entrepiso blando cuya rigidez lateral es menor del 70 % de

la rigidez del entrepiso superior o menor del 80 % de la rigidez promedio de los tres entrepisos

superiores al entrepiso blando, lo cual se debe a decisiones arquitectnicas en cuanto a la

ubicacin de paredes rgidas no estructurales que se adosan a las columnas, que al no ser

tomado en cuenta en el anlisis de la estructura modifica el concepto estructural original del

edificio. As mismo, define la irregularidad de resistencia como aquel entrepiso dbil en el

cual la resistencia lateral es menor del 70 % de la resistencia del entrepiso superior o menor

del 80 % de la resistencia promedio de los tres entrepisos superiores al entrepiso dbil, esto

tiene que ver con la capacidad del edificio para resistir sin fallar ante las acciones ssmicas

debido a la diferencia entre la resistencia de los componentes estructurales de un piso y la de

los pisos superiores.


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En los pisos de planta baja libre la falla se presenta por la excedencia en la resistencia

por cortante antes que por flexin. En estas condiciones si se producen sobrecargas o eventos

ssmicos se generan severos daos en la edificacin, que conlleva generalmente a aumentar la

vulnerabilidad estructural y a la larga, al colapso o inutilizacin de la misma.

Fig. 9.- Entrada al estacionamiento del Edificio General Massini, se observa el uso de la

planta libre como un establecimiento de mecnica automotriz.


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Tabla N 1.- Cuadro comparativo entre los edificios estudiados

Edificio Irregularidad presentada Requerimiento

recomendado de

anlisis

La Florida

Irregularidad de masa Dinmico PlanoAumento de las masas con la

elevacinDinmico Espacial

Diafragma flexibleDinmico Espacial con

diafragma flexible

Hotel Tibisay

Excentricidad generada por la

distribucin desigual detabiquera y accesos a niveles

superiores

Dinmico Espacial

Edificio General Massini

y Residencias Don

Manuel

Presencia de planta baja libre,

entrepiso blando o dbil

Dinmico Espacial

4. Conclusiones:

En la planificacin de cualquier obra civil se deben tomar en cuenta la mejor

configuracin posible en cuanto a la regularidad de la estructura. Al realizar el diseo de una

edificacin el ingeniero debe tomar en cuenta las consecuencias de dao ssmico, los factores

econmicos requeridos para soportar ese dao y el grado de amenaza que aporta el sitio de

ubicacin, con la finalidad de hacer una seleccin adecuada de la forma estructural.

Una estructura regular es aquella que no presenta discontinuidades significativas

horizontales o verticales en su configuracin como: simplicidad, simetra, adems de rigidez y

resistencia aplicadas de forma uniforme y continua. La norma venezolana COVENIN 1756-

2001 Edificaciones Sismorresistentes hace nfasis en el mtodo a utilizar para los casos de

estructuras con irregularidades como las mencionadas anteriormente.


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Para el desarrollo de esta actividad se tom en consideracin cuatro estructuras

representativas ubicadas en la ciudad de Mrida. El edificio La Florida presenta gran

proporcin de masa en los niveles superiores, debido a los cambios bruscos en las dimensiones

del mismo, que lo hace susceptible al volcamiento y que incrementa los esfuerzos sobre los

distintos elementos estructurales. Adems, se nota la existencia de la discontinuidad en el

diafragma rgido donde las fuerzas de inercia y los cortantes de piso no se distribuyen hacia

los elementos resistentes en forma proporcional a su rigidez (los cuales vibran de manera

aislada), por lo tanto, se puede rigidizar la losa incorporando arriostramientos horizontales

sobre vigas paralelas.

En el caso del Hotel Tibisay se observa la distribucin desigual de los elementos de

tabiquera y los accesos a los niveles superiores del edificio. Esta mala distribucin de los

elementos rgidos hace que existan excentricidades, por lo tanto ante la ocurrencia de un

sismo, la edificacin es propensa a efectos torsionales conllevando posiblemente al colapso .

Existen varias soluciones para este problema, una de ellas puede ser rigidizar la zona opuesta

al ncleo de ascensores por medio de arriostramientos laterales o se pueden colocar las

columnas con menor separacin entre s, generando mayor rigidez ante las solicitaciones

ssmicas.

As mismo, el Edificio General Massini y las Residencias Don Manuel presentanplantas bajas libres que afectan la rigidez y resistencia de la estructura debido al piso blando

y/o dbil que se genera, cuya irregularidad vertical estipula la normativa venezolana. Esta

discontinuidad podra lograr el colapso de la edificacin en el caso de que no se tome en

cuenta para el anlisis sismorresistente, pero que es comn encontrar en muchas obras civiles

usadas como residencias habitacionales u oficinas debido al mayor espacio que permite el

paso o estacionamiento de vehculos.

Con referencia a lo anterior, para contrarrestar estos efectos negativos se puedeimplementar el uso de la Cruz de San Andrs para aportar cierta ductibilidad y resistencia

lateral. Tambin el uso de ncleos de ascensores y escaleras a todo lo alto del edificio

ubicndolos simtricamente, que sean suficientemente rgidos, siendo capaces de tomar la casi

totalidad del cortante basal dejando las columnas de planta baja prcticamente slo con

solicitaciones axiales importantes, con momentos y cortantes bajos. Otra solucin radica en la


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simplicidad de disear el primer piso para fuerzas mucho mayores que las de diseo y para

desplazamientos mucho menores que los del resto de la estructura, manteniendo las

caractersticas estructurales de los edificios puramente aporticados.

De los anteriores planteamientos se deduce la importancia de la forma de la estructuraa disear y de la distribucin de la masas en los niveles superiores en el diseo

sismorresistentes, considerando las irregularidades inherentes al comportamiento de la

edificacin y la intuicin de un comportamiento eficiente de la obra civil. La configuracin

estructural puede ser considerada como el aspecto ms importante en todo el proyecto

estructural, por lo tanto, se debe manejar cuidadosamente cumpliendo con las normativas

aplicadas en el territorio nacional.

En el caso de realizar estructuras irregulares, las cuales deben cumplir con lo

estipulado en la normativa venezolana, el diseo se ve penalizado exigiendo mayor

rigurosidad en el empleo de los mtodos de anlisis y planificacin del proyecto

sismorresistentes. Por esto, los ingenieros no deben dudar en proponer y exigir modificaciones

al proyecto arquitectnico, para as evitar dar soluciones estructurales muy complejas que

comprometan la seguridad de la estructura.

5. Referencias Bibliogrficas:

Astorga, A. y Rivero, P. (2009). Patologas en las edificaciones. CIGIR: Centro de

Investigacin en Gestin Integral de Riesgos, Venezuela.

Criterios estructurales, tesis ingeniera civil [Documento en lnea]. (2013). Disponible:

http://www.civil.cicloides.com/cestructurales[Consulta: 2013, mayo 20].

FONDONORMA. (2001). Edificaciones sismorresistentes, partes 1 y 2. Norma Venezolana

COVENIN 1756-2001, Caracas.
http://www.civil.cicloides.com/cestructuraleshttp://www.civil.cicloides.com/cestructurales


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Grisolia, D. (1999). Introduccin a la ingeniera ssmica. Trabajo realizado como credencial de

merito para ascender a la categora de Profesora Titular, Universidad de los Andes,

Mrida.

Guevara, L. (2012, Agosto). La planta libre en los edificios: configuracin moderna

generadora de irregularidad ssmica [Documento en lnea]. Ponencia presentada en

las XXX jornadas de investigacin del IDEC: Instituto de Desarrollo Experimental de la

Construccin, Caracas. Red internacional para el diseo de ciudades ssmicamente

resilientes. Disponible: 15wceesslatin.blogspot.com/2012/08/la-planta-libre-en-

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Tulliani, A. (2007). Estructuras irregulares y deformaciones en edificios de concreto armado

ante solicitaciones de cargas ssmicas. Tesis de grado no publicada, Universidad Rafael

Urdaneta, Maracaibo.

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