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1ER. SIMPOSIO VIRTUAL INTERNACIONAL ESTRUCTURAS SISMORRESISTENTES DE EDIFICIOS Y PUENTES

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BARCELONA, ABRIL 2016

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ADECUACIÓN ESTRUCTURAL DE OBRAS CIVILES SÍSMICAMENTE VULNERABLES. EJEMPLOS REALES ING. M.SC. JOSÉ LUIS ALONSO G. Email: [email protected]

ADECUACIÓN ESTRUCTURAL DE

OBRAS CIVILES SÍSMICAMENTE

VULNERABLES. EJEMPLOS REALES

Ing. José Luis Alonso


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OBRAS CIVILES

SUPERFICIALES

Edificios, viaductos, muros, puentes, silos, presas, torres de transmisión, almacenes,

galpones, carreteras, aeropuertos, etc.

SUBTERRÁNEAS

Túneles (mineros y TBM) , galerías mineras, estaciones

(Metro), tanques, fosos, refugios, sistemas de

acueductos, canales de embaulamiento, etc.

MARÍTIMAS

Puertos, muelles, escolleras, espolones, grúas, galpones, conducciones subterráneas (gas petróleo), plataformas aguas afuera, diques secos,

etc.

MATERIALES: Concreto, acero, roca, madera, asfalto, adobe, suelo-cemento, etc.

ESTRUCTURAS DE CONCRETO

Estructuras en superficie

Muro atirantado

Estructuras en superficie

Viaducto elevado


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Estructuras subterráneas

Túnel escudo (METRO)

Estructuras subterráneas

Estación (METRO)


Estructuras en superficie: Edificios de concreto armado

TIPO TÚNEL SISTEMA DE PÓRTICOS TUBO EN TUBO


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ESTRUCTURAS DE ACERO

ÁRBOL PARA VIVIR MISIÓN SANTA ROSA ANDAMIO RODANTE

PROYECTO: FASES

1. Definir uso y material constructivo

2. Determinación de las acciones (CP, CV, S, W, etc.)

3. Concepción estructural y arquitectónica, (alternativas)

4. Dimensionado de la estructura

5. Modelado estructural

6. Análisis y Diseño, (Normas)

7. Memoria de cálculo, planos, cómputos métricos

8. Análisis de costos unitarios

9. Presupuesto

10. Licitación

11. Planificación (redes) y construcción de obras


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DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICACIONES

Distinguiremos:

• CASO 1: Nueva Edificación

• CASO 2: Adecuación estructural de una edificación existente

ETAPAS DEL DISEÑO

Caso 1: Nueva edificación

1. Diseño conceptual

2. Análisis estructural

3. Diseño de los miembros

4. Ingeniería de detalle


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Abarca la selección del uso,

tipo y distribución del sistema

resistente a fuerzas laterales y

el predimensionado de los

elementos estructurales





ETAPAS DEL DISEÑO


• Modelo estructural

• Estimación y combinación

mayorada de las acciones

de servicio actuantes

(demanda), incluyendo el

sismo

• Evaluación de las

solicitaciones (fuerzas y

deformaciones internas de

los miembros)





ETAPAS DEL DISEÑO



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Comprende la evaluación de la

resistencia nominal 𝑅𝑛 de los

miembros y de su resistencia de

diseño ∅𝑅𝑛 (capacidad)

garantizando que siempre se

cumpla que:

𝑈 ≤ ∅𝑅𝑛

ETAPAS DEL DISEÑO






Incluye la elaboración de planos

de detalle (armadura de

refuerzo y/o conexiones

metálicas), especificaciones ,

aspectos constructivos, etc.

ETAPAS DEL DISEÑO



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ETAPAS DEL DISEÑO Caso 2: Adecuación estructural de una edificación existente





• Incluye la recopilación de

información relacionada con la

edificación existente tal y como

fue construida: Tipología

estructural, calidad de los

materiales, armadura de

refuerzo y/o conexiones,

memorias de cálculo, etc.

-2. Recopilación de datos

-1. Diagnóstico






-2. Recopilación de datos

-1. Diagnóstico


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Adecuación estructural. Edificio Toyota,

• Análisis y verificación de la

edificación como fue construida,

identificación de fortalezas y/o

deficiencias.

• Veredicto final: 1) Adecuación,

factibilidad, costo; 2) Demolición;

3) No intervención

-2. Recopilación de

datos

-1. Diagnóstico






Los Corales. Demolición

-2. Recopilación de

datos

-1. Diagnóstico







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Liceo Bustamante, Caracas

ADECUACIÓN PREVENTIVA Edifico Banco BOD

Caracas, Pza. La Castellana

ADECUACIÓN CORRECTIVA

TANAGUARENA. DESLAVES, 1999

CUMANÁ. CARIACO, 1997

EDIFICIO TOYOTA


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DEMOLICIÓN (Los Corales, 1999)

DEMOLICIÓN (Los Corales, 1999)

ADECUACIÓN ESTRUCTURAL

ETAPAS

Evaluación de la estructura Estudio geotécnico Estudio de alternativas Selección de la alternativa Proyecto de adecuación Evaluación del costo


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EVALUACIÓN DE LA SUPER ESTRUCTURA

MÉTODOS DE ANÁLISIS DINÁMICO

Estático Equivalente

Espectral (lineal)

Lineal (*)

No lineal (*)

Push-Over

Capacidad

(*) Acelerogramas


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ANÁLISIS ESPECTRAL

Elimina la variable tiempo del proceso

Las frecuencias y deformadas modales no dependen de la solicitación sísmica

La respuesta depende de la forma del espectro y del tipo de terreno

Evalúa la respuesta máxima únicamente

Es una técnica ampliamente conocida

Se recomienda este método porque:

ALGUNAS SOLUCIONES DE REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL


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TÉCNICAS DE REFORZAMIENTO Y REPARACIÓN UTILIZADAS EN 157 EDIFICIOS DE JAPÓN

1

2

2

2

3

4

4

5

5

35

43

52

130

0 50 100 150

Cambiando la estructura del techo

Reforzamiento de las losas

Reforzamiento de vigas de riostra

Eliminando el piso superior

Adicionando diagonales de acero

Reforzamiento de pilotes

Aislando la tabiquería de la estructura

Reforzamiento de vigas

Reforzamiento de la cimentación

Uso de resinas epóxicas

Columnas con aleros

Reforzamiento de columnas

Adicionando paredes de corte

NÚMERO DE TÉCNICAS UTILIZADAS

Técnicas

Paneles prefabricados

Arriostres tipo K

Columnas con aleros

Tabiques con bloques de concreto

Q Pared monolítica

Q Relleno con pared de hormigón

Arriostres diagonales

Pórticos no reforzados

5 10 15

1.0 QW

0.5 QW

Desplazamiento (10 -3 radianes)

Fuerz

a d

e C

ort

e Q


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AUMENTO DE LA CAPACIDAD

RESISTENTE

Ejemplos de reforzamiento de

miembros estructurales de concreto armado

CASO ANALIZADO No. 1

• Esta edificación es casi idéntica a la edificación del Liceo Raimundo Martínez Centeno que colapsó en Cariaco, durante el terremoto de 1997

Unidad Educativa

Las Mercedes


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Liceo Raimundo Martínez Centeno. Terremoto de Cariaco 1997

UNIDAD EDUCATIVA RAIMUNDO MARTÍNEZ

CENTENO

Colapso del primer piso de

la edificación causado

básicamente por efectos

torsionales. Terremoto de

Cariaco de 1997


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Levantamiento estructural

Ubicación de la tabiquería

Ubicación de columnas cortas

EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LA ESTRUCTURA

• Levantamiento geométrico

• Ubicación de la tabiquería

• Ubicación de juntas y columnas cortas

Información de la estructura

Junta estructural

Columna corta

• Evaluación de las características geotécnicas del depósito de fundación

• Evaluación de la resistencia de los materiales de construcción de la edificación mediante extracciones de core-drills y ensayos de ultrasonido

Información de la estructura


Junta estructural

Columna corta


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Levantamiento estructural

Ubicación de la tabiquería

Ubicación de columnas cortas

• Se generó un modelo estructural tridimensional, que incluyó el efecto de las escaleras y de la tabiquería contribuyente

Revisión analítica de la estructura


Junta estructural

Columna corta

Modelo tridimensional de la U.E. Las Mercedes, similar a la U.E.R.M. Centeno, (Cariaco), conformado por 2 módulos asimétricos en forma de U


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MODELO ANALÍTICO ESTRUCTURA REAL


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ESTUDIO DE ALTERNATIVAS DE ADECUACIÓN

SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL SELECCIONADA

Unidad Educativa Las Mercedes, Río Chico


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•Unión estructural de los dos módulos en forma de U en todos los niveles

UNIÓN ESTRUCTURAL

• Engrosamiento de todas las columnas existentes

COLUMNAS

•Construcción de dos núcleos simétricos conformados por pantallas de concreto armado

PANTALLAS

• Independizar la tabiquería de las aulas en sus fachadas de las columnas perimetrales a fin de eliminar el efecto de columna cautiva

TABIQUERÍA

•Arriostramiento de columnas ya engrosadas por encima del nivel azotea mediante una pérgola estructural

ARRIOSTRAMIENTO

SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL SELECCIONADA

PROCESO DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL


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DETALLES DEL PROYECTO DE ADECUACIÓN

PROCESO DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL


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CASO ANALIZADO No. 2 ADECUACIÓN PREVENTIVA

Torre Financiera Banco Provincial, BBVA

(Proyecto: 1976)

ESTRUCTURACIÓN ORIGINAL

Distribución de columnas

Planta y envigado típicos


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REVISIÓN ESTRUCTURAL: ANÁLISIS DINÁMICO

(Febrero 1984)

Tipo de suelo: S2

Ao = 0.25g

Estructura tipo II

Nivel de diseño: ND2

Factor α = 1.00

Factor R = 4.00

CONCLUSIONES DE LA REVISIÓN (1984)

La configuración estructural es apropiada

La edificación es sísmicamente aceptable

No existen cambios bruscos de rigidez,

(niveles 1 al 35)

Buena calidad de los materiales

Buena calidad constructiva

A FAVOR:


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ÁREAS VULNERABLES

TERREMOTOS:

Sistema de cerramiento inadecuado (niveles 35 al 37)

INCENDIO:

Elementos prefabricados de fibra de vidrio en fachadas

SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN ADOPTADA, (1987)


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Fijación mediante anclajes de la nueva estructura a la existente

Inicio del proceso de perforación y colocación de anclajes

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO

PROCESO CONSTRUCTIVO (1988)


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PROCESO CONSTRUCTIVO ALA OESTE, (1986-87)

SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN ADOPTADA, (1986-87)

Fijación de fachadas al nuevo sistema estructural interno

Sistema de fijación de elementos prefabricados livianos a la cercha


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Detalle de fijación del parapeto de fachadas

SISTEMA ESTRUCTURAL DE CERCHAS DEL TECHO


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COBERTURA DEFINITIVA

DE TECHO

Estructura original

Modelo tridimensional (Marzo 2016)


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Estructura original vs Modelo tridimensional (Marzo 2016)

Modelo tridimensional de los niveles 35 al 37 (Marzo 2016)

ESTRUCTURA ORIGINAL

Incluye parapetos prefabricados livianos de

concreto aligerado


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En definitiva, el análisis modal nos permitió hoy, en 2016, corroborar la vulnerabilidad sísmica del parapeto perimetral de las fachadas de los niveles 35 al 37 detectada, basados en un buen criterio ingenieril, en el estudio de revisión del año 1984 realizado hace 32 años.


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CASO 3

SEDE DEL INSTITUTO AUTÓNOMO DE FERROCARRILES

EDIFICIO SEDE DEL IAFE

La estructura analizada es una estructura de concreto armado de 25 niveles de geometría irregular tanto en planta como en elevación.

• Estructura: Tipo II, (COVENIN)

• Nivel de diseño: 3

• Factor de reducción: R=5

• 𝑓′𝑐 = 300 kgf/cm2

• 𝐸𝑐 = 15100 𝑓′𝑐

• Wc = 2500 kgf/m3

• Fy = 4200 kgf/cm2

• ES = 2.1 x 106 kgf/cm2


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Planta típica de los diferentes niveles en la solución original. Geometría y envigado de las plantas.

Mezanina 1 y 2 Niveles 3-17

Niveles 18-20 Helipuerto

EDIFICIO SEDE DEL IAFE MODELO ANALÍTICO

SOLUCIÓN ORIGINAL


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EDIFICIO SEDE DEL IAFE: SOLUCIÓN ADOPTADA (MODELO REFORZADO)

Vista lateral

Vista lateral

Vista en planta


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Planta típica de los diferentes niveles en la solución reforzada (Modelo II) Geometría de las plantas y envigado

MODOS 1, 2, 3,

4, 5 Y 19


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INICIO DE LA OBRA (2007)

CONSTRUCCIÓN DEL MÓDULO 1


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CONCLUSIÓN

Las posibles deficiencias o puntos

débiles de una edificación pueden

convenientemente anticiparse mediante

el uso de la técnica del análisis modal.

COMENTARIOS FINALES

El proceso de adecuación estructural es complejo y costoso

No existe una solución de adecuación única

La solución adoptada debe ser sencilla y ejecutable

Lo más importante en el proceso es el buen criterio y la experiencia del profesional involucrado


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FIN

Gracias por su atención

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