ESTUDIO PRELIMINAR DE VULNERABILDAD SISMICA DE LA

FACULTAD DE ECONOMIA - UNSAAC (PRIMERA ETAPA)

POR:

ATAYUPANQUI CHECYA KEVIN CRUZ HUAMAN WILFREDO CUSIHUALLPA MAMANI RICARDO EDUARDO FLOREZ HUALLPA ALEX RUAMAJA SANTOS MARC SOTO LLALLA BREYNER

FECHA: 27 DE DICIEMBRE DEL 2014

RESUMEN

Este documento tiene por objetivo evaluar la vulnerabilidad sísmica de la facultad de Economía (primera etapa) , para el cual se usara dos métodos, el primero propuesto en el documento FEMA 154 (FEMA154/Report ATC-21, 1988), que es un método visual y rápido que se basa en la identificación de las características más relevantes e influyentes en el daño que sufrirá una edificación bajo la acción de un sismo, y el segundo es el MÉTODO DEL INDICE DE VULNERABILIDAD, que es un método indirecto que fue adoptado por el ‘’Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti’’ (GNDT) del C.N.R (Italia) desde el año 1984, con el propósito de determinar de una manera rápida y sencilla la vulnerabilidad sísmica de edificaciones existentes el cual se complementa con el método “funciones de Guagenti y Petrini”.Luego, para complementar y confirmar los resultados obtenidos en los anteriores métodos, se evaluara la vulnerabilidad sísmica del edificio en cuestión a partir de conocimientos básicos de Ingeniería Sísmica todo esto bajo lo establecido por la norma Peruana E030 - “DISEÑO SISMORESISTENTE”, con esto se determinara la fuerza basal (Demanda) que genera un sismo, y se comparara con la Fuerza resistente que ofrece la estructura gracias a sus elementos estructurales, un edificio vulnerable presentara una fuerza resistente menor a la fuerza basal.

ABSTRACTThis paper aims to assess the seismic vulnerability of the Faculty of Economics (in the first stage), for which two methods were used, the first proposed in document FEMA 154 (FEMA154 / Report ATC-21, 1988), which is a visual and quick method based on identifying the most important and influential suffer damage a building under the action of an earthquake characteristics, and the second will method OF VULNERABILITY INDEX, which is an indirect method that was adopted by the '' GruppoNazionale per la DifesadaiTerremoti '' (GNDT) of CNR (Italy) since 1984, in order to determine in a fast and simple seismic vulnerability of existing buildings so,which is complemented by the methodGuagenti y Petrini.Then, to complement and confirm the results obtained in the above methods, the seismic vulnerability of the building in question is evaluated from basic knowledge of Engineering Seismic all under the provisions of the Peruvian standard E030 - "seismic resistant DESIGN" with this determine the basal force (demand) generating an earthquake, and was compared with the resistant force that provides the structure through its structural elements, building a vulnerable present a resistive force less than the basal force.

1. PROBLEMÁTICA Y OBJETO DE ESTUDIO.

La Unsaac como parte de la ciudad del cusco se encuentra en una zona considerada altamente sísmica, por lo que un sismo es esperado en cualquier momento, es necesario realizar un estudio de vulnerabilidad para determinar, cuan susceptibles son las estructuras que conforman la UNSAAC, esto tanto para disminuir la magnitud de daños y su vez generar conciencia en la población.

2. METODOLOGIA.

Para el análisis de vulnerabilidad de la estructura antigua de la facultad de economía se utilizó como primer método el FEMA 154, este método consiste en un análisis de visualizaciónrápida, con la que se llegó a la conclusión de que la estructura es muy vulnerable. Para profundizar el análisis se utilizó el método del índice de vulnerabilidad, para el desarrollo de este método se analizó cada uno de los parámetros que se requiere para el cálculo del índice.

3. IMPORTANCIA DEL ESTUDIO.

Siendo las edificaciones de concreto armado la tipología más frecuente o total en la ciudad universitaria de Perayoc (UNSAAC) y dado el gran número de personas (docentes, personal administrativo, personal de mantenimiento, visitantes y estudiantes) que realizan sus actividades diarias en estas edificaciones, es necesario realizar estudios serios y detallados que nos conduzcan a determinar su vulnerabilidad sísmica.

4. DESARROLLO DEL TRABAJO.

4.1. APLICACIÓN DEL MÉTODO FEMA 154.

4.1.1. PARÁMETROS.

4.1.1.1. Número de pisos: la estructura cuenta con 4 pisos.

4.1.1.2. Irregularidad vertical: la estructura presenta irregularidad vertical debido a la existencia de voladizos a partir del segundo nivel.

4.1.1.3. Irregularidad en planta: si presenta irregularidad porque tiene una forma irregular.

4.1.1.4. Año de construcción: la estructura fue construida antes de la norma vigente.

4.1.1.5. Tipo de suelo:ante la falta de registros del estudio de suelos se asume suelo blando.

4.1.2. Ficha de resumen.

PROYECCION VISUAL RAPIDA DE EDIFICIOS PARA POSIBLES PELIGROS SISMICOS

FEMA – 154 COLECCIÓN DE DATOS

Dirección______________________________ ________código postal___________Otros identificadores_____________________No. Historias________año de constr.________Encuestador____________fecha____________Superficie total_________________________Nombre del edificio_____________________Uso__________________________________

Escala:

Ocupación suelo tipo Riesgo de caídasEnsamblado estado oficina Número de

personas0-10 11- 100101-1000 1000+

A B C D E FDifícil avg denso rigidosoff pobre

No reforzada parapetos chapado otroschimeneas

NOTA BASE MODIFICADORES, Y ALA PUNTUACION FINAL, S

TIPO DE EDIFICIO

W1 W2 S1 S2 S3 S4 S5 C1 C2 C3 PC1

PC2

RM1

RM2

3

Puntuación básica

4.4 3.8 2.8 3 3.2 2.8 2 2.5 2.8 1.6 2.6

2.4 2.8

2.8

1.8

Subida media NA NA 0.2 0.4 NA 0.4 0.4 0.4 0.4 0.2 NA

0.2 0.4

0.4

0

Alto de subida NA NA 0.6 0.8 NA 0.8 0.8 0.6 0.8 0.3 NA

0.4 NA

0.6

NA

Irregularidad ver -2.5

-2 -1 -1.5

NA -1 -1 -1.5

-1 -1 NA

-1 -1 -1 -1

Irregular plano -0.5

-0.5

-0.5 -0.5

-0.5

-0.5

-0.5

-0.5

-0.5

-0.5

-0.5

-0.5

-0.5

-0.5

-0.5

Pre. código 0 -1 -0.8 -0.8

-0.6

-0.8

-0.2

-1.2

-1 -0.2

-0.8

-0.8

-1 -0.8

-0.2

Pos cota 2.4 2.4 1.4 1.4 NA 1.6 NA 1.4 2.4 NA 2.4

NA 2.8

2.6

NA

Suelo tipo c 0 -0.4

-0.4 -0.4

-0.4

-0.4

-0.4

-0.4

-0.4

-0.4

-0.4

-0.4

-0.4

-0.4

-0.4

Suelo tipo b 0 -0.8

-0.6 -0.6

-0.6

-0.6

-0.4

-0.6

-0.6

-0.4

-0.6

-0.6

-0.6

-0.6

-0.6

Suelo tipo a 0 -0.8

-1.2 -1.2

-1 -1.2

-0.8

-1.2

-0.8

-0.8

-0.4

-1.2

-0.4

-0.6

-0.8

Puntuación final:

Comentarios: Requerimiento de evaluación

Si no

4.2. APLICACIÓN DEL METODO DEL INDICE DE VULNERABILIDAD.Para un mejor estudio de vulnerabilidad debe de analizarse detalladamente cada uno de los parámetros mencionados a continuación.

4.2.1. PARAMETRO:

4.2.1.1. Organización del sistema resistente.La estructura esta esencialmente conformada por pórticos de concreto armado.Por consiguiente al ser un edificio aporticado de menos de 7 pisos:

Clasificación: B

4.2.1.2. Calidad del sistema resistente.El concreto utilizado en la construcción presenta buena consistencia y haber sido bien ejecutado, pero es susceptible al rayado.La norma bajo la cual fue construido este edificio indica que las armaduras se realicen con acero corrugado.

Presenta una clasificación B

4.2.1.3. Resistencia convencional.

∝= R∗CSa

DONDE:

R: coeficiente de disipación de energía

C: coeficiente sísmico

Sa: aceleración espectral

∝: Coeficiente de seguridad

R=5−1−1=3

C=Z∗U∗C∗SR

=0.26

Sa=0.26

∝=3

Como ∝≥1.5

CLASIFICACION A

4.2.1.4. Posición del edificio y cimentación.

Cimentación fue fundada en una misma cota, además todo el campus universitario presenta una pendiente mínima.

CLASIFICACION A

4.2.1.5. Diafragma horizontales.Las conexiones entre el diafragma y los elementos verticales (columnas), como se pudo observar son adecuados, porque no presenta ningún tipo de fisuras, además de que no presentan ningún tipo de aberturas. La relación de la longitud con respecto al ancho de la losa es igual a 1.19, como este valor es menor que el máximo establecido que es el valor de 5 entonces la estructura no es vulnerable.

CLASIFICACIÓN A

4.2.1.6. Configuración en planta.

El edificio presenta irregularidades en planta, además es evidente el desplazamiento de los planos de acción

CLASIFICACION B

4.2.1.7. Configuración en elevación.

Área Primer Nivel = 352.0 m2Área 2do, 3er y 4to Nivel = 377.2 m2

Aumento de área 7.16%Como la variación de área es mayor al 5%

CLASIFICACION C

4.2.1.8. Conexión entre elementos críticos.

Las conexiones entre el diafragma y los elementos verticales como se observa son adecuadas, porque no presenta ningún tipo de fisuras.

Considerando estos aspectos: CLASIFICACION: B

4.2.1.9. Elementos de baja ductilidad.

El elemento inferior de la columna corta CLASIFICACION B

4.2.1.10. Elementos no estructurales.

CLASIFICACION A CLASIFICACION B CLASIFICACION CLos elementos no estructurales de la estructura no representan riesgo alguno para los habitantes del edificio

Los elementos no estructuralesexistentes en los edificios se encuentran anclados, pero su anclaje es poco confiable a simple vista, pueden representar riesgo a los habitantes.

Los elementos no estructurales son inestables y representanun riesgo alto para los habitantes.

No existen elementos no estructurales

CLASIFICACION A

4.2.1.11. Estado de conservación.

CLASIFICACION A CLASIFICACION B

CLASIFICACION C

Edificio cuyas columnas, vigas losas mampostería, no se encuentran fisuradas. No hay rajaduras en paredes que induzcan a

Edificio que no se clasifica como A o C

Más del 30% de los elementos principales se encuentran fisurados. Lo cual puede ser producido por la cimentación del edificio

pensar en asentamientos del suelo.

No se encontró fisuras notables en los elementos estructurales.

CLASIFICACION A

4.2.2. CALCULO DEL INDICE DE VULNERABILIDAD (Iv)

PARAMETROS K1(A) K2(B) K3(C) peso (wi) Ki*Wiorganización del sistema resistente 0 1 2 4 4calidad del sistema resistente 0 1 2 1 1resistencia convencional -1 0 1 1 -1posición del edificio y cimentación 0 1 2 1 0diafragmas horizontales 0 1 2 1 0configuración en planta 0 1 2 1 1configuración en elevación 0 1 3 2 6conexión entre elementos críticos 0 1 2 1 1elementos de baja ductilidad 0 1 2 1 1elementos no estructurales 0 1 2 1 0estado de conservación 0 1 2 2 0

suma 13

IV = 13

4.3. APLICACIÓN DE FUNCIONES DE GUAGENTI Y PETRINI

4.3.1. DATOS DE ENTRADA:

Iv = 13 Aceleración = 0.26g

4.3.2. CALCULO DE INDICE DE DAÑO

Índice de daño (ID) = 48 %

4.4. ANALISIS ESTATICO.

4.4.1 METRADO DE CARGAS

EJES DENNOMINACION AREA(m2) Altura(m) Volumen(m3) Peso(Kg)EJE A COLUMNA 1 0.32 2.9 0.928 2227.2

COLUMNA 2 0.32 2.9 0.928 2227.2EJE B COLUMNA 1 0.32 2.9 0.928 2227.2

COLUMNA 2 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 3 0.32 2.9 0.928 2227.2

EJE C COLUMNA 1 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 2 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 3 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 4 0.32 2.9 0.928 2227.2

EJE D COLUMNA 1 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 2 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 3 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 4 0.32 2.9 0.928 2227.2

EJE F COLUMNA 1 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 2 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 3 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 4 0.32 2.9 0.928 2227.2

EJE G COLUMNA 1 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 2 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 3 0.32 2.9 0.928 2227.2COLUMNA 4 0.32 2.9 0.928 2227.2

TOTAL 37862.4

VIGAS Ejes A, B, C, D, E, F

CANTIDAD AREA LONGITUD VOLUMEN PESO11 0.15 8 1.2 2880 31680

5 0.15 7 1.05 2520 12600 Ejes 1, 2, 3, 4

CANTIDAD AREA LONGITUD VOLUMEN PESO18 0.24 4 0.96 2304 41472

TOTAL (vigas) = 85752

LOZAS

CANTIDAD AREA PERALTE VOLUMEN PESO8 32 0.27 8.64 20736 1658885 28 0.27 7.56 18144 90720

TOTAL 256608

Metrado de los muro por piso

N° de muros ANCHO(m) ALTURA(m) AREA(m^2) AREA*60% PESO ESPESIFICO DE MORTERO(tn/m2)

16 3.6 2.9 10.44 6.264 210014 7.2 2.9 20.88 12.528 2100TOTAL 31.32 18.792 2100

N° DE LADRILLOS*m2*60%Peso del ladrillo(kg) Peso de los muros por piso (tn)

7.5 0.7 13.157.5 0.7 26.37.5 0.7 39.46

PISO N° CARGA MUERTASOBRECARGA PESO DE LAS PAREDES

PESO DE VOLADISOS

PESO TOTAL DE PISO(tn)

1 380.2 10 39.46 0 429.682 380.2 10 39.46 15.12 444.83 380.2 10 39.46 15.12 444.84 380.2 10 39.46 15.12 444.8

4.4.2. CALCULO DE FUERZA BASAL

 

ESTRUCTURA APORTICADA    

Z= PARAMETRO ZONA Z= 0.30 ZONA 2

U= CATEGORIA DE EDIFICACION U= 1.50CATEGORIA A

S= PARAMETROS DE SUELO FACTOR (S) (suelo blando) S= 1.40  R= COEFICIENTE DE REDUCCION (porticos R=8) 3/4 R= 6.00  Tp= PERIODO FUNDAMENTAL DEL SUELO Tp(seg)= 0.90 seg  Te= PERIODO DE VIBRACION DE LA ESTRUCTURA Te(seg)= 0.42 seg  

C= FACTOR DE AMPLIFICACION SISMICA C= 2.50  

FUERZA BASAL

P = PESO TOTAL DE LA ESTRUCTURA = 1764.10 Tn

FUERZA BASAL O ACTUANTE

V= 463.08 Tn

4.4.3. CALCULO FUERZA RESISTENTE

FUERZA DE RESTITUCION

T= 14.49 kg/cm^2 = 0.014 Tn/cm^2

AREA DE LA SECCION DE LAS 20 COLUMNASA = 40*80*20 = 64000 cm^2

Vresistente = 927.448 Tn

Vresistente> Fuerza basal 927.45 Tn > 463.08 TnPor lo tanto la estructura no es vulnerable

4.5. ANALISIS DINAMICO.

4.5.1. ESPECTRO DE ACELERACION y FUERZA MAXIMA

Te Sg Sa

(seg) Sg=f(g) (cm/seg)0.05 0.26 128.63 Altrura de entrepiso 3.65 m0.10 0.26 128.63 Altura total 14.60 m0.15 0.26 128.630.20 0.26 128.630.25 0.26 128.630.30 0.26 128.63

V= Z∗U∗C∗S34R

∗P

Vresistente=T∗Areatransversal de todas las columnas (A)

T=√ f ' c=√210 kg /cm2

0.35 0.26 128.630.40 0.26 128.630.45 0.26 128.630.50 0.26 128.630.55 0.26 128.630.60 0.26 128.630.65 0.26 128.630.70 0.26 128.630.75 0.26 128.630.80 0.26 128.630.85 0.26 128.630.90 0.26 128.630.95 0.25 121.861.00 0.24 115.761.05 0.23 110.251.10 0.21 105.241.15 0.21 100.661.20 0.20 96.471.25 0.19 92.611.30 0.18 89.051.35 0.18 85.751.40 0.17 82.691.45 0.16 79.841.50 0.16 77.181.55 0.15 74.691.60 0.15 72.35

PESO4 429.69 Tn m4 = 0.44 Tn*seg^2/cm

PESO3 444.81 Tn m3 = 0.45 Tn*seg^2/cm

PESO2 444.81 Tn m2 = 0.45 Tn*seg^2/cm

PESO1 444.81 Tn m1 = 0.45 Tn*seg^2/cm

Suma Peso = 1764.10 Tn SUMA Masa= 1.80 Tn*seg^2/cm

ACELERACION MAXIMA 0.26 g =

257.3 cm/seg^2

Fuerza maxima = 463.08 Tn

0.00 0.50 1.00 1.50 2.000.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Series2

FuerzaMaxima=Acel . Max∗Masa

ParaT ESTR=0.42 seg Acel . Max=0.26 g=¿

5. RESULTADOS.

5.1. RESULTADOS DEL METODO FEMA 154

Calificación final = -1.5

Requiere evaluación.

5.2. RESULTADOS DEL METODO DE INDICE DE VULNERABILIDAD

Iv (índice de vulnerabilidad) = 13 (38% vulnerable)

5.3. RESULTADOS DEL METODO – FUNCIONES DE GUAGENTI PETRINI

Id (índice de daño) =48% de la estructura

5.4. RESULTADOS DEL ANALISIS ESTATICO Y DINAMICO

F basal = 463.08 tn

F resistente = 927.45 tn

Te = 0.42 seg

Sa:

Aceleración Max =0.26g = 257.3 cm/seg2

6. ANALISIS Y COMPARACION DE RESULTADOS.6.1. FEMA 154

Estructura vulnerable, requiere evaluación.

6.2. INDICE DE VULNERABILIDAD

PARAMETROS Ki peso (wi) Ki*Wiorganización del sistema resistente 1 4 4calidad del sistema resistente 1 1 1resistencia convencional -1 1 -1posición del edificio y cimentación 0 1 0diafragmas horizontales 0 1 0

0.00 0.50 1.00 1.50 2.000.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Series2

configuración en planta 1 1 1configuración en elevación 3 2 6conexión entre elementos críticos 1 1 1elementos de baja ductilidad 1 1 1elementos no estructurales 0 1 0estado de conservación 0 2 0

suma 13Índice de vulnerabilidad MAX = 33 (100% vulnerable)

Índice de Vulnerabilidad MIN = -1 (0% vulnerable)

Índice de vulnerabilidad de la estructura = 13 (38% vulnerable)

Estructura no vulnerable

6.3. FUNCIONES DE GUAGENTI Y PETRINI

6.4. ANALISIS ESTATICO – DINAMICO

F basal < F resistente

No Vulnerable

7. CONCLUSIONES.

El diagnóstico de la vulnerabilidad estructural de las edificaciones, revelan que no es vulnerabilidadante el sismo máximo probable asumido para una aceleración del suelode 0.26g.

Las columnas colocadas en todo el edificio, han absorbido la mayor cantidad de carga lateral generado por el sismo esto debido a las dimensiones además de la forma regular y simetría de las columnas.

Según las funciones de Guagenti y Petrini, ante un sismo que genere la aceleración max. de suelo, se espera un 48% de daño de la estructura.

De acuerdo al análisis estático:

Fresistente> Fuerza basal927.45 Tn > 463.08 Tn

Estructura no Vulnerable. Del Método de índice de Vulnerabilidad:

Índice de vulnerabilidad MAX = 33 (100% vulnerable)

Índice de Vulnerabilidad MIN = -1 (0% vulnerable)

Índice de vulnerabilidad de la estructura = 13 (38% vulnerable)

Estructura No vulnerable

8. RECOMENDACIONES. Dado que la estructura clasifica como NO VULNERABLE, únicamente se recomienda

el mantenimiento constante de los elementos estructurales. Aislar los alfeizers para eliminar las columnas cortas. Para garantizar la baja vulnerabilidad de la estructura, recomendamos un estudio más

profundo.

9. BIBLIOGRAFIA.

ESPERANZA MALDONADO RONDÓN Y GUSTAVO CHIO CHIO.,“Vulnerabilidad Sísmica en Centro Urbanos”, Primera Edición,Colombia 2008.

ING. RUPERTO BENAVENTE VELÁZQUEZ, ING. CARLOS FERNÁNDEZ BACA VIDAL E ING. ANDRÉS GÓMEZ NOBLEGA, “Estudio del mapa de peligros de la Ciudad del Cusco”, Cusco 2004.

10. ANEXOS.

10.1. MODELACION DE LA ESTRUCTURA EN 3D (SAP – 2000)10.1.1. SISTEME ESTRUCTURAL

Captura 1

Captura 2

Captura 3

10.1.2. SISTEMA ETRUCTURAL + MUROS

Captura 1

Captura 2

Captura 3

10.2. MAPA DE PELIGROS

10.2.1 TIPOS DE SUELOS

10.2.2 CAPACIDAD PORTANTE

10.2.3 FENOMENOS CLIMATICOS

10.2.4 MAPA DE PELIGOS

10.2.5 MAPA GEOMORFOLOGICO

10.2.6. GEOLOGIA LOCAL