“propuesta metodolÓgica de adecuaciÓn...
TRANSCRIPT
“PROPUESTA METODOLÓGICA DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL PARA LAS VIVIENDAS DEL URBANISMO VILLAS LOMAS DEL CERCADO”
JOSE RAFAEL YEPEZ AGUIRRE
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
BARQUISIMETO, 2014
“PROPUESTA METODOLÓGICA DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL PARA LAS VIVIENDAS DEL URBANISMO VILLAS LOMAS DEL CERCADO”
AUTOR
JOSE RAFAEL YEPEZ AGUIRRE
TRABAJO DE ASCENSO PRESENTADO PARA OPTAR A LA CATEGORÍA DE AGREGADO EN EL ESCALAFÓN DEL PERSONAL DOCENTE Y DE
INVESTIGACIÓN
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
BARQUISIMETO, JUNIO DEL 2014
“PROPUESTA METODOLÓGICA DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL PARA LAS VIVIENDAS DEL URBANISMO VILLAS LOMAS DEL CERCADO”
AUTOR
JOSE RAFAEL YEPEZ AGUIRRE
APROBADO POR JURADO EXAMINADOR:
_________________________ _________________________
_________________________
BARQUISIMETO, JUNIO DEL 2014 UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO
DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
iv
PROPUESTA METODOLÓGICA DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL PARA LAS VIVIENDAS DEL URBANISMO VILLAS LOMAS DEL CERCADO
Jose Rafael Yepez Aguirre
RESUMEN
Se presenta una propuesta metodológica para el análisis y reforzamiento estructural de un
urbanismo que consta de 31 viviendas unifamiliares de dos plantas, aporticadas en concreto
armado, con síntomas evidentes de fallas, que fueron construidas en la ciudad de Barquisimeto
en el año 2008 sobre un terreno en media ladera con relleno no consolidado. Los resultados
del análisis estructural demostraron insuficiente capacidad de respuesta ante las solicitaciones
de servicio, alta vulnerabilidad ante la acción sísmica y deficiencias en la cantidad y
distribución del acero de refuerzo. Por tal motivo se planteó el reforzamiento de la
superestructura mediante la construcción de muros tipo panel y micropilotes y/ó losa maciza
armada para el refuerzo de la infraestructura, según cada caso particular. En el modelaje
matemático se utilizaron los valores de resistencia del concreto obtenidos en los ensayos
destructivos realizados por el Laboratorio de Materiales del Decanato de Ingeniería Civil de la
UCLA, los asentamientos diferenciales resultantes de la nivelación topográfica, los parámetros
del suelo reflejados en el estudio geotécnico y la geometría adquirida de la planimetría
existente o de la levantada en sitio. Las deficiencias en la calidad de los materiales y la
variabilidad de los resultados obtenidos demandaron un análisis individual para el
reforzamiento, se implantó una misma tipología que fue evaluada para las características
propias y heterogéneas de cada vivienda.
v
INDICE GENERAL
CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA……..………………………..………………. 11
Objetivo General……………………………………………………………………...... 12
Objetivos Específicos………………………………………………………………….. 12
Justificación e Importancia……………………………………………..…………….. 13
Alcance y Limitaciones……………….……………………………………………….. 14
CAPÍTULO II
MARCO TEORICO…………………..……………………………………………….. 16
Antecedentes…………………………………………………………………………… 16
Bases Teóricas………………………………………….……………………………… 18
Edificaciones Vulnerables…….…………………………………..………………… 18
Adecuación Sísmica.………………………..…………………..………………… 19
Análisis Matemático…….…………………………………..…………………….… 20
Irregularidad de una Edificación…………………………………..………………… 21
Análisis Matemático de Edificaciones Existentes.………………..………………… 21
Análisis Matemático de Edificaciones Reforzadas……………………………………. 24
Propuesta Metodológica para Adecuación estructural………………………………. 27
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO…………………………..…………………………….. 28
Naturaleza de la Investigación…..…………………….….…………………………. 28
Paso 1: Descripción del Caso de Estudio…..…………………….……………….. 28
Caracterización del Urbanismo.…………………………………..………………… 28
Caracterización de las Viviendas………………………………..………………… 31
Caracterización de las Fallas……………………………………..………………… 33
Paso 2: Recopilación de la Información…….…..………………….…………….… 34
vi
Características de la Infraestructura Original……………………..………………… 34
Características de la Superestructura Original……………………..……………… 35
Levantamiento Planialtimétrico………….………………………………..…….… 36
Ensayos en los Elementos Estructurales…………………………………..…….… 37
Estudio Geotécnico.………………………………………………………..…….… 39
Paso 3: Nivelación Topográfica………………………….…………………..……..… 41
Paso 4: Análisis Estructural de la Configuración Original…………………………. 42
Paso 5: Propuesta de Reforzamiento……….…………………….………………… 43
Superestructura…………………………………..……………………..……………… 43
Infraestructura…………………………………..……………………..……………… 45
Paso 6: Análisis Estructural de la Configuración Reforzada……………………… 47
CAPÍTULO IV
RESULTADOS……………………………………………………….…….………….. 51
Asentamientos Diferenciales………………....……………………………………… 51
Evaluación de Resultados Estructura Original.…………………………………… 52
Infraestructura…………………………………..……………………..……………… 52
Superestructura…………………………………..……………………..……………… 53
Evaluación de Resultados Estructura Reforzada.………………………………… 58
Infraestructura…………………………………..……………………..……………… 58
Superestructura…………………………………..……………………..……………… 60
Proceso Constructivo………………………………………………………………….. 62
Infraestructura…………………………………..……………………..……………… 62
Superestructura Muro…………………………..……………………..……………… 65
Superestructura Macizado……………………..……………………..……………… 67
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………….…….…………... 70
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………….…….…………. 71
ANEXOS……..……………………………………………………….…….…………... 72
vii
INDICE DE FIGURAS
Fig. N° 1: Propósito de la Rehabilitación Estructural…………………………………… 22
Fig. N° 2: Modelo Matemático de las Torres del Sisal…………………………………..26
Fig. N° 3: Modelo Matemático Vivienda Villas Lomas del Cercado………………….. 26
Fig. N° 4: Plano de Conjunto de la Urb. Villas Lomas del Cercado. …………………. 30
Fig. N° 5: Planta Baja Vivienda………………….………………….……………………. 32
Fig. N° 6: Planta Alta Vivienda………………….………………….……….…………… 32
Fig. N° 7: Planta Sótano Vivienda………………….………………….………………… 33
Fig. N° 8: Modelo matemático vivienda configuración original……………………….. 43
Fig. N° 9: Muro tipo Sándwich………………….………………….…………………….. 44
Fig. N° 10: Detalle Losa de Piso Armada………………………………………………... 45
Fig. N° 11: Fundación F-I………………….………………….…………………………… 46
Fig. N° 12: Fundación F-II………………….………………….…………………………... 46
Fig. N° 13: Modelo matemático superestructura reforzada…………………………… 49
Fig. N° 14: Momento Actuante Vs. Resistente V-B, tramo 4-5, Casa 4……………….55
Fig. N° 15: Cortante Actuante Vs. Resistente LE-2, tramo 1-2, Casa 30…..………… 56
Fig. N° 16: Cortante Actuante Vs. Resistente LE-2, tramo 2-3, Casa 30…..………… 57
Fig. N° 17: Vista frontal de los Micropilotes para la Casa N° 4……………………….. 58
Fig. N° 18: Esfuerzo Cortante en la Losa de Fundación, Casa 4……………………... 59
Fig. N° 19: Momento Actuante Vs. Resistente V-B, tramo 4-5, Casa 4 Reforzada…. 62
Fig. N° 20 a la 26: Proceso Constructivo Infraestructura………………………………. 62
Fig. N° 27 a la 30: Proceso Constructivo Superestructura: Muro……………………. 65
Fig. N° 31 a la 38: Proceso Constructivo Superestructura: Macizado………..……… 67
viii
INDICE DE FOTOGRAFÍAS
Foto N° 1: Torres del Sisal….……………………...………………………….... 26
Foto N° 2: Urb. Villas Lomas del Cercado………...………………………….... 26
Foto N° 3: Ubicación General Villas Lomas del Cercado….………...….….... 29
Foto N° 4: Ubicación Específica Villas Lomas del Cercado….……...….….... 29
Foto N° 5: Valla de Empresa Constructora………...…………………………... 29
Foto N° 6: Vista General de las Viviendas………...………………………….... 29
Foto N° 7: Vista Desnivel del Lindero……………………………………..…….. 31
Foto N° 8: Síntomas de fallas en Cocina de la Vivienda…………………….... 34
Foto N° 9: Síntomas de fallas en la Fachada de la Vivienda……………….… 34
Foto N° 10: Síntomas de fallas en el Pasillo de la Vivienda………………….. 34
Foto N° 11: Levantamiento Planialtimétrico Casa Base…..………………….. 37
Foto N° 12: Levantamiento Planialtimétrico Ampliación…..………………….. 37
Foto N° 13 a la 15: Ubicación de Acero de Refuerzo……..………………….. 38
Foto N° 16 a la 17: Caracterización del Acero de Refuerzo……..….……….. 38
Foto N° 18 a la 19: Extracción de Núcleos en Columnas………...….……….. 38
Foto N° 20 a la 22: Nivelación Topográfica………………………...….……….. 41
ix
INDICE DE TABLAS
Tabla N° 1: C-12.1 Orientación Selección Niveles de Diseño.……….……… 23
Tabla N° 2: C-12.2 Ao según Nivel de Diseño.…...…………………………... 24
Tabla N° 3: Casas ubicadas por calles…………………….….………...….…... 31
Tabla N° 4: Resultados de los ensayos de resistencia a la compresión.…... 39
Tabla N° 5: Resultados de los Asentamientos Diferenciales...………………..51
Tabla N° 6: As Longitudinal requerido en columnas Casa 1………………... 53
Tabla N° 7: Resultados para viga a Flexión V-B, tramo 4-5, Casa 4…..…… 54
Tabla N° 8: Resultados Corte en la LE-2 tramo 1-2 Casa 30…………..…… 56
Tabla N° 9: Resultados Corte en la LE-2 tramo 2-3 Casa 30……………….. 57
Tabla N° 10: Valores obtenidos para la Deriva. Ejemplo Tipo…………….… 60
Tabla N° 11: Resultados a Flexión V-B, tramo 4-5, Casa 4 Reforzada..…… 61
11
CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Venezuela es un país sísmicamente activo con una geografía cruzada desde
occidente a oriente por una serie de fallas tectónicas, en cuyas trazas se ubican las
más importantes y pobladas urbes del país como por ejemplo la ciudad de
Barquisimeto, que reposa permisiblemente bajo el predominio geológico de la falla de
Boconó, con un crecimiento urbano que en muchos casos se aleja de las normas y
procedimientos que implican el correcto desempeño de la ingeniería.
La cantidad de edificaciones que en nuestro país han sido afectadas por
diferentes patologías constructivas crece cada vez más, sobre todo desde que
lineamientos provenientes de la gerencia política gubernamental ha promovido la
construcción de viviendas en forma acelerada, evadiendo en muchos casos las
variables urbanas, los planes locales de desarrollo, ignorando la amenaza sísmica o
la originada por otros fenómenos naturales y en ese afán de cumplir con
compromisos mal planificados se descuida la vigilancia y el debido control de calidad
en la obras por parte de los entes públicos competentes.
Se han construido una cantidad importante de edificaciones vulnerables, lo
que nos posiciona frente a una realidad que demanda atención técnica especializada,
principalmente la proveniente de las universidades, como centros de estudio donde
se cultiva y desarrolla el conocimiento, la ciencia y la tecnología en beneficio de la
sociedad.
La preservación, forma de los espacios y cerramientos arquitectónicos de las
edificaciones dependen de la estructura que los sustenta, la cual recibe y transmite
las cargas hacia el terreno a través de los elementos que la componen. Cuando este
sistema presenta síntomas de problemas o fallas evidenciados generalmente por
12
agrietamientos y fisuras se debe realizar, entre otros procesos, la evaluación
estructural de la edificación y una propuesta de intervención, que puede requerir el
reforzamiento de la misma para ajustarla a las condiciones de servicio que exige la
normativa venezolana sismoresistente vigente. Estas actividades siguen un orden
lógico que puede ser plasmado en una metodología de estudio.
Las viviendas que conforman el urbanismo “Villas Lomas del Cercado”
ubicadas en la ciudad de Barquisimeto capital del Estado Lara, ejemplifican lo
descrito en el párrafo anterior.
La propuesta metodológica de adecuación estructural que se desarrolla en el
presente trabajo, además de cumplir con el tecnicismo propio de una investigación,
proporciona una alternativa de solución al problema socio económico que vive una
comunidad y que afecta su calidad de vida.
Objetivo General
Proponer una metodología de adecuación estructural para las viviendas del
urbanismo Villas Lomas del Cercado.
Objetivos Específicos
1. Recopilación de la Información preliminar respecto a los planos e informes
existentes, levantamiento plani-altimétrico, pruebas destructivas y no destructivas en
los elementos estructurales y estudio de suelos.
2. Determinación de los asentamientos diferenciales a través de una nivelación
topográfica.
13
3. Análisis estructural de cada vivienda en su condición original, tomando como
insumos para el modelo matemático los valores obtenidos en los objetivos
específicos 1 y 2.
4. Evaluación de los resultados del análisis con la configuración original y
realización de una propuesta de reforzamiento estructural en cada vivienda de ser
necesario.
5. Análisis estructural de cada vivienda en su condición reforzada.
6. Evaluación de los resultados del análisis con la configuración reforzada.
7. Descripción del proceso constructivo para la ejecución de la obra de
reforzamiento.
Justificación e Importancia
Cuando se vive en una ciudad asentada sobre una falla geológica activa los
movimientos del terreno de diferentes intensidades son frecuentes, incluso es posible
la ocurrencia de eventos catastróficos, sin embargo, lo cotidiano enmascara la
perenne amenaza sísmica. Si aunado a este hecho tenemos edificaciones
construidas sin los debidos controles de calidad, con deficiencias en el diseño
estructural, en terrenos no consolidados, el riesgo del colapso ante un evento sísmico
importante es inminente.
El peligro sísmico que puede afectar los bienes inmuebles de una población
puede ser reducido si dichas edificaciones poseen un adecuado diseño estructural
sismoresistente, en nuestro país existe la Comisión Venezolana de Normas
Industriales COVENIN para el análisis y diseño de Edificaciones Sismoresistentes
(Covenin 1756) y Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones (Covenin 1753)
el cumplimiento de estas normas, entre otras, constituye una acción preventiva muy
importante.
14
Las construcciones realizadas antes de la existencia de esta legislación o las
que hacen caso omiso de su aplicación son vulnerables y las mismas deben ser
adecuadas mediante el reforzamiento estructural si se desean mitigar los hechos
trágicos y lamentables que originan los terremotos.
Proponer una metodología que oriente el estudio de una edificación con fallas
hasta lograr establecer un diagnóstico y proponer una solución a su problema
estructural, es una herramienta de gran valor académico, económico y social.
Alcance y Limitaciones
El estudio fue realizado tomando como referencia las viviendas del urbanismo
“Villas Lomas del Cercado”, ubicado en la zona noreste de la ciudad de Barquisimeto,
las cuales son edificaciones aporticadas de baja altura. No se incluyen las
edificaciones de las áreas comunes ni el muro de contención.
El análisis y la evaluación estructural de la configuración geométrica original
así como también su reforzamiento, se hizo de forma individual para las 31 viviendas
que conforman el urbanismo, cuyos resultados serán anexados en forma digital al
igual que los planos de reforzamiento.
Los resultados, tablas ó los cálculos mostrados son ejemplos típicos de un
elemento o tramo de elemento de cualquiera de las casas, ya que por la magnitud de
los textos de salida del software resultan poco prácticos y serán anexados en el
respaldo digital.
Los parámetros del suelo incluidos en el modelo matemático para el análisis
de las fundaciones fueron tomados del estudio de suelos realizado por el Ing. Luis
Andrade [1].
15
Los valores de resistencia del concreto en elementos estructurales incluidos
en el modelo matemático, fueron los obtenidos de los ensayos que realizó el
Laboratorio de Materiales del Decanato de Ingeniería Civil de la UCLA para cada
vivienda, ejecutados en columnas, vigas, losas y reflejados en el proyecto de
Diagnóstico Patológico [2] realizado por la Ing. María Isabel Dikdan y mi persona,
desde donde fueron consultados. De la misma forma se obtuvo la información
referente a la geometría existente, utilizando el levantamiento planialtimétrico
realizado, algunas figuras, fotografías y tablas del proyecto antes mencionado.
No se pudo verificar la geometría ni la distribución del acero de refuerzo en
las fundaciones.
16
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
Antecedentes
El análisis y la evaluación de edificaciones vulnerables como tema de
investigación se han convertido en los últimos años en una práctica común en el
Decanato de Ingeniería Civil de la UCLA, desarrollando una cantidad importante de
trabajos especiales de grado. Estos mismos trabajos incluyendo el reforzamiento
estructural ha sido una labor más frecuente de la empresa privada. Ejemplos de
ambos podemos señalar a continuación.
Año 2010: “Proyecto de Rehabilitación de la ampliación de la emergencia,
Fundación Augusto Reyes Flores, Cruz Roja Seccional Lara”. Consistió en el
reforzamiento de la infraestructura mediante la construcción de micropilotes para
garantizar la estabilidad de la estructura y la construcción de una losa de piso
estructural para evitar deformaciones en el piso y en los cerramientos. En la
superestructura varias secciones de vigas y columnas fueron recrecidas además del
incremento en la cantidad del acero de refuerzo transversal y longitudinal.
Año 2010: “Refuerzo y Rehabilitación de las Torres del Sisal ubicadas en
Barquisimeto estado Lara”. Se propuso la sustitución de las losas de entrepiso por
nuevas losas con encofrado colaborante apoyado en perfiles metálicos y la utilización
de cerchas en los pórticos longitudinales extremos.
Año 2012: “Diagnóstico Patológico y Propuesta de Reforzamiento para la E.B.
José Felipe Márquez Municipio Candelaria Estado Trujillo”. Fue planteado un
reforzamiento estructural mediante la implantación de muros tipo sándwich, cuyo
17
centro está conformado por la pared de ladrillo macizo existente y pantalla de
concreto armado de espesor igual a 7.5cm en cada cara del cerramiento. La
configuración de los muros garantiza una construcción lo menos invasiva posible,
conservando criterios de simetría para evitar efectos torsionales indeseables y
evitando las consecuencias negativas que originan las columnas corta durante un
sismo.
Año 2012: “Diagnóstico Patológico y Propuesta de Reforzamiento para la E.B.
Samuel Darío Maldonado Municipio Rafael Rangel Estado Trujillo”. Fue propuesto el
recalce de las fundaciones mediante el uso de micropilotes en la totalidad de las
fundaciones, con la finalidad de uniformizar la rigidez de las mismas y evitar de esa
forma la aparición de futuros asentamientos diferenciales. También se planteó el
reforzamiento de todas las columnas mediante el aumento de la sección transversal
e incremento del acero longitudinal y transversal, con tratamiento semejante para la
mayoría de las vigas.
Año 2013: Propuesta de Intervención “Edificio de Educación Técnica de la
Universidad Politécnica Experimental Libertador (UPEL) Oeste”. Contempla
principalmente el reforzamiento de columnas de concreto armado con valores de
resistencia por debajo de la establecida en el diseño, con problemas de corrosión en
el acero de refuerzo, columnas y vigas carbonatadas, con segregación, cangrejeras ó
delaminación.
Año 2013: “Soportes de Galerías ET-101 B/C Y ET-101 C/C de la Planta de
NPK del Complejo Pequiven Morón”. Consiste en el reforzamiento edificaciones
existentes que sirven de arranque o llegada para cintas transportadoras, así como
también la construcción de cerchas y pórticos metálicos sobre los cuales se apoya el
mecanismo de las cintas.
Año 2013: “Adecuación Estructural Torre III El Sisal ubicada en la ciudad de
Barquisimeto estado Lara”. Se propuso aumentar la rigidez del edificio en el sentido
18
más flexible y disminuir las máximas derivas del edificio para controlar los daños en
una edificación de 25 pisos de altura y más de 35 años de construida, cuya
estructura original consiste en una serie de muros y columnas de concreto armado
que tienen sus inercias principales orientadas en una misma dirección, con
deficiente detallado y unidas por una losa maciza de 25 cm de espesor con ausencia
de vigas.
Bases Teóricas
Edificaciones Vulnerables
La vulnerabilidad de una edificación está asociada primeramente a las
condiciones intrínsecas de su construcción, a la configuración arquitectónica, la
estructural y a las condiciones del medio ambiente que la rodea, características que
se repiten en varios tipos de construcciones. Esa predisposición a ser dañadas mide
su vulnerabilidad.
Problemas estructurales comunes se repiten en muchas edificaciones y las
convierte en vulnerables, como ejemplo podemos mencionar el detallado inadecuado
de elementos estructurales, falta de confinamientos en columnas, carencia del
refuerzo transversal necesario para prevenir fallas por cortante, especialmente, en el
caso de las columnas cortas y anclaje inadecuado de los extremos libres del refuerzo
transversal.
Habitar en una zona propensa a la acción de fenómenos naturales como los
terremotos convierten a éstos últimos en una constante amenaza y construir
edificaciones que contrarresten y disminuyan los efectos destructivos de los sismos
se convierte en una norma.
Determinar la condición de vulnerabilidad de una edificación puede realizarse
a través de un análisis matemático, de cuyos resultados se podrá valorar si los
19
elementos estructurales resisten de manera adecuada o no las solicitaciones últimas
normativas a las cuales están expuestos.
Adecuación Sísmica de Estructuras
Modificar la configuración estructural de una edificación para que cumpla con
las exigencias sismoresistentes establecidas en la norma venezolana Covenin
implica una adecuación estructural.
La edificaciones construidas antes de la creación de la norma sismoresistente
vigente, aquellas que sufren un cambio de uso que les acarrea mayores
solicitaciones o las que fueron levantadas haciendo caso omiso de sus
especificaciones son vulnerables y ameritan adecuación.
Esta valoración cualitativa inicial debe ser confirmada a través del diagnóstico
proveniente del análisis matemático de la estructura original, que puede ser realizado
con el uso de software y para lo cual es imprescindible disponer de información
planimétrica, calidad de materiales existentes y estudio de suelos.
Estos requisitos preliminares, prácticamente inexistentes en edificaciones
antiguas, resultan difíciles de obtener, por tal motivo debe realizarse el levantamiento
plani-altimétrico de la arquitectura y estructura si no se posee, determinar los valores
reales de la resistencia del concreto, cantidad y distribución del acero de refuerzo a
través de los ensayos destructivos y no destructivos en los elementos estructurales y
se debe disponer del estudio de suelos para efectuar un modelaje confiable.
Los resultados del análisis permiten conocer el comportamiento de cada
elemento estructural ante las solicitaciones actuantes, determinando deficiencias y
fallas, que constituyen el insumo básico para proponer y analizar alternativas de
reforzamiento.
20
La norma Covenin 1756 (2001), considera que las edificaciones con
“…evidentes manifestaciones de deterioro en la estructura portante de carácter
global son factibles para la evaluación, adecuación o reparación de su sistema
estructural.” (p. 67).
Análisis Matemático
El análisis matemático constituye la simulación del comportamiento de la
edificación bajo la acción de las cargas actuantes. Esto se realiza para conocer el
valor de las solicitaciones internas, evaluar el comportamiento de los elementos
estructurales y para verificar que los desplazamientos estén dentro de los rangos
establecidos por la norma venezolana Covenin.
• Uso de una edificación: Es el objeto de su funcionamiento y es clasificado por
grupos (A, B1, B2, C) para cada uno de los cuales se define un factor de
importancia (Covenin 1756, 2001, p.25).
• Niveles de Diseño: Constituyen el nivel de detallamiento de los elementos
estructurales y son clasificados por números romanos (I, II, III) en función de la
zona sísmica, del grupo y de la irregularidad de la planta (Covenin 1756, 2001,
p.26).
• Tipos de Estructura: Constituye una tipificación en función de los componentes
del sistema resistente a sismos y son clasificados por números romanos (I, II,
III, IV). A excepción del tipo IV todas deberán poseer diafragmas con la rigidez
y resistencia necesaria para distribuir eficazmente las acciones sísmicas.
• Factor de Reducción: La norma Covenin Sismo Comentario 1756 (2001)
señala “Los factores de reducción R derivan su nombre del hecho de que
reducen las fuerzas sísmicas elásticas por su valor, para los sistemas (o
21
modos) de periodos largos. Sin embargo, para los periodos cortos la reducción
es menor aunque sigue asociada a R. En conclusión debemos considerar a R
como un factor teórico de referencia para la reducción”. (p. 42).
Irregularidad de una Edificación
Se considera la irregularidad vertical si existe en alguna de sus direcciones
principales un entrepiso blando, entrepiso débil, distribución irregular de masas de
uno de los pisos contiguos, aumento de las masas con la elevación, variaciones en la
geometría del sistema estructural, esbeltez excesiva, discontinuidad en el plano del
sistema resistente a cargas laterales, falta de conexión entre miembros verticales o
efecto de columna corta.
Se considera la irregularidad de planta si existe en alguna de sus direcciones
principales una gran excentricidad, riesgo torsional elevado, sistema no ortogonal o
diafragma flexible.
Análisis Matemático de Edificaciones Existentes
Debe considerar todos los elementos contribuyentes o que puedan modificar
su capacidad portante y sismoresistente, su calidad y resistencia, el tipo de detallado,
etc.
La selección del tipo de análisis se efectuara en función del comportamiento
esperado de la estructura, a fin de verificarlo.
Cuando los resultados obtenidos en el análisis indiquen que el sistema
estructural es deficiente se llevará a cabo un reforzamiento.
22
Figura 1: Propósito de la Rehabilitación Estructural. Fuente Covenin 1756 (2001), p. 120
La norma Covenin Sismo Articulado 1756 establece los lineamientos para la
evaluación, adecuación o reparación de una edificación existente, las cuales
consisten en una serie de disposiciones aplicables a distintas situaciones que puedan
afectar el comportamiento sismoresistente de una edificación.
• Nivel de Diseño y Factor de Respuesta (R) para edificaciones existentes: El
nivel de diseño será asignado en función de la información disponible sobre
cómo fue efectivamente construida, respaldados en información experimental
o en el comportamiento presentado bajo la acción de sismos reales. La tabla 1
da una orientación al respecto.
• Para edificaciones construidas por miembros prefabricados hasta el año 1967
se supondrá R=1, posteriores a ese año dependerá del sistema de uniones
adoptado.
• Cuando en alguna dirección se utilicen más de dos sistemas estructurales la
norma Covenin 1756 (2001), señala que se utilizará el menor valor de R en
esa dirección “…cuando en la combinación vertical de dos sistemas, uno de
los componentes soporta un peso igual o menor que el diez por ciento (10%)
23
del peso total de la edificación, no es necesario satisfacer este requisito.” (p.
28).
• La norma exige que la evaluación deba realizarse considerando los datos del
proyecto y de la construcción, resistencia de los materiales validados por una
institución reconocida, calidad de la ejecución, estado de mantenimiento y el
análisis de su comportamiento.
• El análisis, la verificación de la edificación y la adecuación deben ser
realizados siguiendo las especificaciones de la norma Covenin 1756. En los
casos donde se añadan estructuras de reforzamientos con ductilidad distinta a
la existente se deberá cuidar de no exceder la capacidad de desplazamiento
de ésta, considerando la compatibilidad de las deformaciones y los efectos P-
∆.
Tabla 1: C-12.1. Fuente Covenin Sismo Comentario 1756 (2001), p. 117
• Sismo de Diseño para Análisis de Edificaciones Existentes: Para el sismo de
diseño y/o revisión se toma como coeficiente de aceleración horizontal el valor
de “α φ Ao” y nunca un valor menor al 80% del mismo. Si una estructura
incumple con el nivel de diseño especificado para una determinada zona
sísmica, grupo de uso y como parte de la adecuación no fuera factible lograr
su cumplimiento, debe considerarse que no se satisface adecuadamente la
24
seguridad al colapso de la edificación, aunque se diseñe con el resto de las
especificaciones normativas, se recomienda entonces incrementar el valor de
Ao como se indica en la siguiente tabla.
Tabla 2: C-12.2. Fuente Covenin Sismo Comentario 1756 (2001), p. 118
• Evaluación de Edificaciones Existentes: Consiste en determinar la calidad de
los materiales constructivos y compararlos con los indicados en el proyecto,
esto se realiza con ensayos destructivos en el concreto y también en
determinar el detallado en los elementos estructurales, esto se realiza con
ensayos no destructivos como ultrasonidos y pachometrías. La evaluación
también incluye la revisión de la arquitectura, presencia de discontinuidades
en la tabiquería, columnas cortas, elementos que puedan originar torsión,
entre otros.
Análisis Matemático de Edificaciones Reforzadas
El reforzamiento de una estructura consiste en la modificación de parte o la
totalidad del sistema estructural de manera de mejorar su comportamiento para
mejorar la resistencia, la rigidez, la ductilidad o una combinación de ellas.
• Nivel de Diseño y Factor de Respuesta (R) en Edificaciones Reforzadas:
López (2010) señala “…el factor de reducción a seleccionar se asocia a una
ductilidad global, representativa de ambas estructuras, el cual condiciona la
magnitud de las fuerzas sísmicas sobre todos los elementos estructurales.” (p.
25
2). Cuando en alguna dirección se utilicen más de dos sistemas estructurales
la norma Covenin 1756 (2001), señala que se utilizará el menor valor de R en
esa dirección, además indica “…cuando en la combinación vertical de dos
sistemas, uno de los componentes soporta un peso igual o menor que el diez
por ciento (10%) del peso total de la edificación, no es necesario satisfacer
este requisito.” (p. 28).
• Cuando la estructura existente colabore con la capacidad sismoresistente de
la estructura final, los máximos desplazamientos del conjunto no excederán a
los que resista la estructura existente sola.
• Cuando se omita la colaboración de la estructura existente en su capacidad
sismoresistente, deberá comprobarse que bajo los mayores desplazamientos
demandados sobre el sistema reforzado, la estructura existente mantiene la
necesaria capacidad resistente a cargas gravitatorias sin poner en peligro su
estabilidad.
• Cuando la estructura reforzada asume toda la capacidad sismoresistente el
nivel de diseño y R se calcularan según las especificaciones del capítulo 6 de
la norma Covenin 1756. Se evaluará el incremento de las demandas sobre las
fundaciones producidas por la estructura reforzada y se determinará si es o no
necesario su adecuación.
• Rigidez Efectiva en Edificaciones Reforzadas: Consiste en la consideración de
factores de reducción de inercia y áreas de los elementos estructurales para
simular los agrietamientos que sufren los mismos bajo la acción de los sismos.
En el cálculo real de la rigidez de la estructura el ACI recomienda utilizar
valores de inercia de 0.70 para las columnas y 0.35 para las vigas, estos
valores toman en cuenta el agrietamiento de los elementos.
26
• Deriva Admisible en Edificaciones Reforzadas: La norma Covenin 1756
(2001), señala “En el caso de que se añadan estructuras de reforzamiento de
ductilidad distinta a la de la estructura existente, se tendrá particular cuidado
en no exceder la capacidad de desplazamiento de ésta.” (p. 69).
• Cortante Basal: Debe verificarse que el cortante obtenido en el análisis sea
mayor que αAo/R. Adicionalmente, para optimizar el cálculo del cortante
mínimo, puede realizarse un modelo matemático donde sea considerada la
tabiquería, distribuida según la arquitectura. En edificaciones de gran
envergadura es recomendable realizar pruebas dinámicas para obtener el
valor real del período fundamental de la estructura y calibrar el análisis.
Ejemplos de Proyectos de adecuación y reforzamiento estructural:
Foto 1: Torres del Sisal. Figura 2: Modelo Matemático Torres del Sisal.
Foto 2: Urbanismo Villas Lomas El Cercado. Figura 3: Modelo Matemático Vivienda
27
Propuesta Metodológica para Adecuación Estructural
Paso 1: Descripción del Caso de Estudio
-Ubicación
-Caracterización del urbanismo
-Caracterización de las viviendas
-Caracterización de las Fallas
Paso 2: Recopilación de la Información
-Información Existente
Revisión de Planos, Memorias, informes, estudios, etc
Caracterización del Sistema Arquitectónico
Caracterización del Sistema Estructural
-Información Nueva
Levantamiento Planialtimétrico
Ensayos a los Elementos Estructurales
Estudio Geotécnico
Paso 3: Nivelación Topográfica
-Cálculo de los asentamientos diferenciales
Paso 4: Análisis Estructural de la Configuración Original
-Establecimiento del diagnóstico estructural
Paso 5: Propuesta de Reforzamiento (si se requiere)
-Infraestructura
-Superestructura
Paso 6: Análisis Estructural de la Configuración Reforzada
-Evaluación de los resultados (infra y superestructura)
-Optimización de diseño (infra y superestructura)
28
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
Naturaleza de la Investigación
Se trata de un estudio de campo “…se realiza en el propio sitio donde se
encuentra el objeto de estudio. Ello permite el conocimiento más profundo del
problema por parte del investigador y puede manejar los datos con más seguridad…”
[5] “… la Investigación de Campo es el análisis sistemático de problemas de la
realidad, con el propósito bien sea de describirlos, interpretarlos entender su
naturaleza y factores constituyentes…” [6].
Es una investigación experimental porque “… se refiere a aquella en la cual el
investigador manipula algunas condiciones, características o fenómenos del objeto o
sujeto de estudio, tratando de causar algún cambio en dichas condiciones, es decir,
el investigador altera, modifica, cambia, varía, etc., algo para obtener un resultado
diferente a la condición original…” [7].
Paso 1: Descripción del Caso de Estudio
Caracterización del Urbanismo
Nuestro caso de estudio corresponde a la Urb. Villas Lomas del Cercado,
ubicada en el antiguo camino a Veragacha - El Cercado, situada en el Predio "Las
Cureñas", Carrera 5 de Loma Verde, Parroquia Santa Rosa, Municipio Iribarren,
Estado Lara.
29
Fotos. Nº 3 y 4: Ubicación General y Específica de “Villas Lomas del Cercado”. Fuente [2].
La urbanización fue un proyecto promovido y construido por la empresa
Promociones y Desarrollos MG 2005 C.A., y financiado por el Banco Occidental de
descuento BOD, ver fotos Nº 5 y 6.
Fotos Nº 5 y 6: Valla instalada en las adyacencias del Urbanismo con información de la empresa promotora/constructora, Vista general de las Viviendas. Fuente [2].
Vía hacia El Cercado
Av. Henan
Garmendia
Av. Circunvalación Norte
Vía hacia Veragacha
Vía hacia
Veragacha
30
Se trata de un complejo habitacional Nivel III en la clasificación establecida en
la Ley del Subsistema de Vivienda y Política Habitacional, ubicado en una
macroparcela con una superficie aproximada de 15.000 m2, con una orientación
Norte - Sur en su parte más larga. Se encuentra delimitado al Norte: con la carrera 5
de Lomas Verdes, al Sur: con los terrenos propiedad de Promotora Bella Vista, al
Este: con los terrenos que son o fueron de Alexis Viera Brant y al Oeste: con la vía al
Cercado. Posee una vía principal, donde existe control de acceso vehicular y
peatonal, una caseta de vigilancia controla el ingreso al conjunto habitacional, desde
donde se derivan 3 calles con identificación numérica a través de las cuales se han
distribuido las 31 viviendas unifamiliares aisladas, de dos plantas con un área base
de construcción de 174m2 c/u, distribuidas en el urbanismo según se señala en la
Tabla Nº 1, un estacionamiento de visitantes y un área social con piscina, ver la fig.
Nº 3.
Fig. Nº 4: Plano de Conjunto de la Urb. Villas Lomas del Cercado. Fuente [2].
3
1
2
4
5
6
7
8
1
16 1
1
1
3
5
29
30
1
31
19 1
2
28
25
1
26
9
1
22
2
2
2
2
Piscina
31
Tabla Nº 3: Casas ubicadas por calles
CALLE CASAS
1 1, 2, 3
2 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15
3 16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31
Las casas 3, 4, 16, 17, 29, 30 y 31 están fundadas sobre terreno en corte y las
demás viviendas sobre relleno. Las viviendas 9, 10, 25 y 26, poseen sótano, sin
embargo el proyecto original no se contemplaba este tipo de vivienda.
Foto Nº 7: Vista desnivel del lindero. Fuente [2].
Caracterización de las Viviendas
Las viviendas son unifamiliares aisladas, adosadas a un lindero, presentan
retiro de frente ocupado por una pequeña jardinera, retiro lateral, donde funciona el
garaje y retiro de fondo.
Existen 27 viviendas de 2 plantas y 4 viviendas de 3 niveles (2 plantas y 1
sótano). El techo es a dos aguas excepto sobre los ambientes “vestier y baño” de la
habitación principal, el cual es a cuatro aguas.
La distribución de los ambientes en las viviendas, por planta, es el siguiente:
32
• Planta Sótano (donde existe): Ambiente de usos múltiples (según el caso se
ha dividido o se mantiene libre de tabiquería) y Baño Auxiliar.
• Planta Baja: Recibo, Comedor, Estudio, Baño de Visita, Cocina, Oficios.
• Planta Alta: 2 Hab. Aux, Baño Aux, Estar, Hab. Principal, Vestier y Baño Ppal.
• Retiro de frente donde se ubican 2 Jardineras.
• Retiro Lateral: donde se ubica el garaje de las viviendas
• Retiro de Fondo: Cuyo espacio permite crecimiento posterior.
Las distancias entre ejes son distintas para las 31 viviendas y la distribución
de los espacios son semejantes. Las características de diseño de los materiales
establecidas en el proyecto original son: f´c= 210 Kg/cm2, Fy=4.200 kg/cm2.
Fig. Nº 5: Planta Baja Vivienda Fig. Nº 6: Planta Alta Vivienda
33
Fig. Nº 7: Planta Sótano Vivienda
Caracterización de las Fallas
“Debido a la presencia de sintomatologías de fallas en las viviendas y el
urbanismo, los habitantes inician un procedimiento legal ante instancias competentes
tales como INAVI, MPPPV, INDEPABIS, BOD, Fiscalía General de la Republica,
entre otros, desde donde surge la necesidad de realizar un estudio de Diagnóstico
Patológico ...” [2].
“Entre los síntomas que han motivado la realización del estudio se encuentran:
Hundimiento de vialidad, hundimiento de piso en garajes y área perimetral en
viviendas, grietas generalizadas en paredes de planta baja y planta alta de viviendas,
agrietamiento en paredes de lindero, humedad en techos y paredes, agrietamiento en
jardineras…” [2].
34
Fotos Nº 8, 9 y 10: Síntomas de fallas en la Cocina, Fachada y Pasillo. Fuente [2].
Paso 2: Recopilación de la Información
En el sitio de la obra se obtuvo información de algunos planos del proyecto
original, del cual se pueden obtener datos de la geometría, la distribución del acero,
la resistencia de diseño del concreto y el esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo.
La información obtenida consistió en un informe elaborado por el Ing. Miguel
Pardo [4] fotografías suministradas por el Arq. Dionisio Sosaya Inspector de la Obra
(en anexo digital) Plano Secciones de Losa, Plano de Planta Baja, Alta y Techo
Vivienda A, Plano de Planta Baja, Alta y Techo Vivienda B, Plano de Secciones de
Viga 1, Plano de Secciones de Viga 2 (los 6 planos en anexo digital).
Características de la Infraestructura Original
Revisando la información recopilada en planos del proyecto y consultada en
informes existentes la infraestructura está conformada por fundaciones directas,
cuyas dimensiones se indican a continuación:
o Zapatas: 1x1x0.30 con 5Φ ½”
35
o Pedestales: de igual sección transversal que las columnas (sección estimada
en fotografías) con armado de 4Φ1/2"+2 Φ 3/8".
o Vigas de riostra: 20x25 cm con 4Φ1/2” y ligaduras de Φ 3/8” @ 20cm.
No se puede afirmar que estas son las características que corresponden a lo
ejecutado por la empresa “Promociones y Desarrollos MG 2005 C.A.”, ya que no se
realizaron comprobaciones en este estudio.
Características de la Superestructura Original
Estructura aporticada de concreto armado, conformada por 5 ejes en el
sentido longitudinal (norte-sur) identificados del “1” al “5” y 3 ejes en el sentido
transversal (este-oeste) identificados de la “A” a la “C” con luces variables entre
pórticos. La altura de entrepiso aproximada es de 2.67 en PB y en PA entre 2.86 (en
la parte más baja) y 3.88 m (en la parte más alta) ubicada en el vestier.
Los cerramientos y acabados que se indican a continuación son los colocados
en las viviendas tipo. Estos han sido modificados en cada vivienda por los usuarios
de las mismas.
o Paredes e = 20cm construidas con bloques de cemento de e=15cm frisados
por ambas caras.
o Ventanales panorámicas con marcos de aluminio anodizadas en blanco.
o Protectores en ventanas de hierro.
o Marcos y puertas de madera entamboradas.
o Puerta corredera de aluminio en el comedor que permite acceso al patio.
o Revestimiento en paredes de friso liso internamente y friso esponja
exteriormente.
o En los baños cerámica en piso y en pared hasta altura de puerta.
o Acabado de piso en porcelanato.
36
Del proyecto de “Diagnóstico Patológico” [2] se recopiló la siguiente
información que podemos resumir como sigue:
Levantamiento Planialtimétrico
Consiste en el levantamiento en detalle de cada casa y de las ampliaciones
realizadas por los usuarios en los retiros de fondo y lateral (ver fotos Nº 12 y 13)
para posteriormente proceder a realizar los planos constructivos de arquitectura. Las
dimensiones de los elementos estructurales varían entre lo establecido en los planos
de proyecto original y lo encontrado en sitio.
Como resultado de este trabajo se encontró que las:
• Las vigas de amarre de entrepiso no cumplen con la sección proyectada ya
que las construidas son planas.
• A nivel de techo no existe en ninguna casa la viga B-3,5.
• Existen diferencias significativas en la longitud entre ejes en algunas
viviendas.
• En la mayoría de las casas se encontró que a 2 columnas rectangulares de
planta alta se les invirtió la orientación con relación a las de planta baja,
específicamente las columnas identificadas como A-4 y B-4.
• En los planos de proyecto encontrados no existen viviendas con sótano, sin
embargo se construyeron 4 casas con sótano.
37
Fotos Nº 11 y 12: Levantamiento planialtimétrico casa base y a las ampliaciones. Fuente [2]
Ensayos en los Elementos Estructurales
Los ensayos a los elementos estructurales de concreto armado fueron
realizados no sin antes establecer previamente una codificación de los elementos
estructurales.
Posteriormente se estableció un plan de muestreo para conocer la resistencia
a compresión del concreto de los elementos estructurales y verificar el armado de los
mismos, posteriormente se ubicó la posición del acero de refuerzo a través de la
pachometría y el tipo de armado de los elementos seleccionados mediante
escarificaciones.
Una vez realizados estos pasos preliminares se procedió a la extracción de los
núcleos de concreto para los ensayos de resistencia a compresión de los mismos.
Con los ensayos de pachometría y las escarificaciones realizadas se identificó
el acero de refuerzo, encontrando que en algunas viviendas el acero transversal no
coincide con el diámetro indicado en proyecto.
38
Fotos Nº 13, 14 y 15: Ubicación del acero de refuerzo en vigas y columnas. Fuente [2].
Fotos Nº 16 y 17: Identificación características del acero de refuerzo en columnas. Fuente [2].
Fotos Nº 18 y 19: Obsérvese la extracción de los núcleos en columnas. Fuente [2].
39
Tabla Nº 4: Resultados de los ensayos de resistencia a la compresión media del concreto de las columnas por casa. Fuente [2].
Casa Nº f’c media por casa (kg/cm2)
Casa Nº f’c media por casa (kg/cm2)
1 38 17 63
2 124 18 55
3 155 19 23
4 31 20 76
5 61 21 28
6 35 22 42
7 54 23 74
8 43 24 102
9 39 25 63
10 36 26 44
11 50 27 31
12 107 28 71
13 41 29 32
14 35 30 30
15 64 31 128
16 46
Estudio Geotécnico
A continuación se presenta un resumen de las principales actividades
contempladas en el estudio de suelos, el informe completo se anexa en forma digital.
• Reconocimiento general del área. Inspección visual de las casas más
afectadas, muro de contención, pavimentos, servicios y macizo rocoso
adyacente a la urbanización.
• Recopilación de información. Sólo pudieron obtenerse los planos de topografía
original y modificada y realizar entrevistas a algunas personas que trabajaron
en la construcción del urbanismo.
40
• Evaluación de la información proporcionada por los propietarios de las
viviendas. Básicamente se trata de información verbal y fotografías tomadas
durante el proceso de construcción de la urbanización.
• Evaluación geológica del macizo rocoso. Se realizó el levantamiento geológico
de superficie para caracterizar el macizo rocoso a lo largo de los taludes del
lindero Sur y del lindero Este de la urbanización, con el fin de determinar la
existencia de indicios geológicos activos que pudiesen influir en los daños
observados en las casas y en el urbanismo en general.
• Exploración geotécnica y muestreo de suelos. Consiste en 5 perforaciones a
partir de las cuales se pretende determinar el espesor del relleno y la
profundidad de la roca, así como también los datos para establecer los
parámetros de resistencia de los materiales que conforman el perfil. Se
excavaran 2 fosas para extraer muestras inalteradas a las profundidades de
0,75m y 1,5m, y dos muestras alteradas para estimar tanto las propiedades
físicas y mecánicas del material utilizado en el relleno, como las
características de compacidad del mismo. Se abrirá una fosa de 2,0 m de
profundidad en la zona de mayor altura del muro (entre las calles 2 y 3
próxima a la casa Nº 22) para verificar la existencia de un muro de concreto en
el trasdós de la estructura de gaviones.
• Estudios de laboratorio para la caracterización y determinación de propiedades
mecánicas de los materiales del relleno. Se realizarán los siguientes ensayos
en las muestras extraídas: Identificación visual-manual, humedad natural,
granulometría, límites de consistencia, gravedad específica de los sólidos,
ensayo Proctor de compactación, peso unitario y ensayo de compresión
simple.
41
• Análisis de los resultados. Se procesará la información recopilada, los datos y
mediciones provenientes de la inspección de las casas, la geología de
superficie del macizo rocoso localizado en los linderos Sur y Este, los
resultados de la fase de exploración geotécnica del terreno y la
instrumentación del muro de gaviones.
Paso 3: Nivelación Topográfica
Se realizó nivelación topográfica de las viviendas ubicadas en relleno parcial o
total (ver fotos Nº 10, 11 y 12) el cual consistió en medir la distancia vertical entre la
intersección de las columnas, losas de entrepiso y un plano horizontal de referencia.
Por otra parte se midieron los ángulos de desviación de la vertical de las
viviendas a través de 2 columnas esquineras ubicadas en las fachadas principal y
posterior, mediante testigos colocados en la base y a cierta altura de las mismas, las
cuales quedaron fijadas para controles posteriores.
Fotos Nº 20, 21 y 22: Nivelación Topográfica de las viviendas. Fuente [2].
Es posible que los valores de los asentamientos diferenciales en las viviendas
que se encuentran en relleno puedan llegar a ser considerablemente perjudiciales
para el adecuado comportamiento estructural de la vivienda.
42
Paso 4: Análisis Estructural de la Configuración Original
Con la finalidad de determinar la capacidad original de la estructura para
soportar las solicitaciones que de acuerdo a su uso y ubicación puede estar
sometida, se procedió a modelar matemáticamente la edificación con el apoyo del
programa de elementos finitos Ram Advanse.
Las losas de entrepiso fueron modeladas como losas nervadas armadas en
una dirección, cuyas reacciones fueron introducidas como cargas distribuidas sobre
las vigas de carga. Se incluyó la carga de los cerramientos compuestos por paredes
de bloque de cemento, según el levantamiento realizado. La escalera fue incluida en
el modelo de la vivienda.
Se realizó un análisis dinámico espacial considerando diafragma rígido en el
entrepiso y diafragma flexible en el nivel techo. Los elementos se analizaron para la
envolvente de las solicitaciones actuantes según las combinaciones especificadas en
la Norma COVENIN 1753- 2006, tomando en cuenta la combinación de las cargas
verticales y las solicitaciones sísmicas actuantes.
Se utilizaron los valores de resistencia del concreto proveniente de los Core
Drill extraídos en la obra y ensayados en el laboratorio de materiales del Decanato de
Ingeniería Civil de la UCLA. Se utilizó un fy para el acero de refuerzo de 4.200
kg/cm2 y los valores calculados para los asentamientos diferenciales arrojados en la
nivelación topográfica.
Para el análisis sísmico se utilizó un espectro de diseño basado en el perfil de
suelo S2 para las casas ubicadas en relleno y S1 para las ubicadas en corte, un
factor de importancia de 1 dado que se trata de una edificación clasificada como B2,
una aceleración de 0.3g por estar ubicada en la zona sísmica 5 y un Factor de
Reducción igual a 2, por no cumplir con las especificaciones para Nivel de Diseño 2
43
ni Nivel de Diseño 3, según las especificaciones de la Tabla 6.4 de la Norma
COVENIN 1756 - 2001.
Las fundaciones se modelaron como resortes equivalentes con los valores del
Módulo de Balasto recomendado en el estudio de suelos de Andrade, 2011.
Se calcularon las derivas máximas para cada nivel en cada uno de los
modelos y fueron comparadas con el valor límite permitido por la norma venezolana.
Fig. Nº 8: Modelo matemático vivienda configuración original
Paso 5: Propuesta de Reforzamiento
Superestructura
El reforzamiento estructural propuesto para la superestructura consiste en la
construcción de muros tipo sándwich, cuyo núcleo está conformado por la pared de
bloque existente y pantalla de concreto armado de espesor igual a 6 cm en cada cara
del cerramiento. El muro debe ir anclado a la losa / viga superior e inferior para
garantizar la continuidad en la transmisión de los esfuerzos.
44
Fig. Nº 9: Muro tipo Sándwich
En los casos donde se deban construir muros en lugares sin pared, como por
ejemplo para rellenar huecos dejados por ventanas o puertas removidas ó en nuevos
muros, se utilizarán bloques corrientes en el núcleo.
Los muros deberán anclarse a la losa ó viga, según sea el caso para
garantizar la continuidad en la transmisión de los esfuerzos. La unión del concreto
nuevo con el viejo en los elementos a reforzar se realizará con la ayuda de anclajes
químicos, que sirvan de conectores de corte en la intercara del concreto existente
con el concreto nuevo, con la rugosidad adecuada (protuberancias mayores de 6
mm) a la superficie del concreto existente, los mismos se calcularon para resistir el
flujo de corte máximo existente en dicha superficie.
Se propone la utilización de concreto proyectado o Shot Crete en los muros a
construir, esto debido a que el material garantiza una buena adherencia con el
concreto viejo sin necesidad de colocar puente adherente, no requiere encofrado por
lo que facilita la colocación del concreto de refuerzo y puede realizarse en menor
tiempo que los refuerzos tradicionales.
Los muros nuevos a agregar fueron todos diseñados con el detallado exigido
para los elementos con ND3, más adelante se señala su proceso constructivo.
Muro
Muro
45
Infraestructura
Para el reforzamiento de las fundaciones se plantean dos alternativas,
dependiendo si la vivienda se ubica sobre un terreno en relleno o en corte. Para el
primer caso el recalce de las fundaciones consistirá en la construcción de
micropilotes en la totalidad de las fundaciones, cuya profundidad será tal que
garantice la penetración de 2.50m en la roca. Unido a esto se construirá una losa de
piso armada encima de la losa existente. Para el segundo caso sólo se construirá la
losa maciza armada.
En ambos casos el propósito es estabilizar el movimiento de la estructura,
uniformizar la rigidez y evitar de esa forma la aparición de futuros asentamientos
diferenciales.
Fundación tipo F-I: Consiste en un cabezal de 1.30mx1.10m, conformado por
2 micropilotes de diámetro D=15cm, tubos Conduven de D=5” y 3mm de espesor.
Fundación tipo F-II: Consiste en un cabezal de 2.35mx1.10m, conformado por
4 micropilotes de diámetro D=15cm, tubos Conduven de D=5” y 3mm de espesor.
Fig. Nº 10: Detalle Losa de Piso Armada e=20cm
46
Fig. Nº 11: Fundación F-I
0.20
0.25
Penetrar 2.00men la roca.
0.20 0.20
Est. 6 Ø 3/4" A/S
Cercos 6 Ø 3/4"
Apr
ox. 1
.25m
Nueva Losa de piso
Viga de Riostra existente
0.04
0.30 0.10
0.075
2 MicropilotesD=5"
Losa de piso existente
Fig. Nº 12: Fundación F-II
0.20 0.20
0.20
0.25
Est. 6 Ø 3/4" A/S
Cercos 6 Ø 3/4"
Apr
ox. 1
.25m
Nueva Losa de piso
Viga de Riostra existente
0.04
0.30 0.10
0.075
4 MicropilotesD=5"
Losa de piso existente
47
Paso 6: Análisis Estructural de la Configuración Reforzada
La configuración de muros en cada planta fue definida de modo que su
construcción resultara lo menos invasiva posible, conservando criterios de simetría
para evitar efectos torsionales indeseables y ubicando los muros de manera de
eliminar las consecuencias negativas que originan las columnas cortas durante un
sismo.
Los muros incluidos dentro de la configuración estructural de cada casa van a
soportar ó absorber la mayor cantidad de los esfuerzos que generan las
solicitaciones actuantes, por lo que los otros elementos estructurales trabajarán con
menor demanda y su arreglo actual puede garantizar un buen comportamiento.
Como las características geométricas y la configuración de las columnas de
cada vivienda son diferentes será necesario analizarlas individualmente, verificando
en cada caso el comportamiento de todo el sistema estructural.
Con la finalidad de determinar la capacidad de la estructura reforzada para
soportar las solicitaciones que de acuerdo a su uso y ubicación puede estar
sometida, se procederá a modelar matemáticamente la edificación con apoyo de un
programa de elementos finitos. Se realizará un análisis dinámico espacial
considerando diafragma rígido en el entrepiso y diafragma flexible en el nivel techo.
Los elementos serán analizados para la envolvente de las solicitaciones
actuantes según las combinaciones especificadas en la Norma COVENIN 1753-
2006, tomando en cuenta la combinación de las cargas verticales y las solicitaciones
sísmicas actuantes.
Para el análisis sísmico se utilizará un espectro de diseño basado en el perfil
de suelo S2 para las casas ubicadas en relleno y S1 para las ubicadas en corte, un
factor de importancia de 1 dado que se trata de una edificación clasificada como B2,
48
una aceleración de 0.3g por estar ubicada en la zona sísmica 5 y un Factor de
Reducción igual a 2, por no cumplir con las especificaciones para Nivel de Diseño 2
ni Nivel de Diseño 3, según las especificaciones de la Tabla 6.4 de la Norma
COVENIN 1756 - 2001.
Se utilizarán para los elementos existentes valores de resistencia del concreto
proveniente de los Core Drill extraídos en la obra y ensayados en el laboratorio de
materiales del Decanato de Ingeniería Civil de la UCLA y para los muretes de
reforzamiento una resistencia del concreto a la compresión de f´c=250kg/cm2. El fy
para el acero de refuerzo será de 4.200 kg/cm2 y de 5100kg/cm2 para la malla
electrosoldada. Será considerado el peso propio de todos los cerramientos,
elementos estructurales, existentes y losetas de refuerzo.
Las losas de entrepiso serán modeladas como losas nervadas armadas en
una dirección, para introducir sus reacciones como cargas distribuidas sobre las
vigas de carga. La escalera se incluirá en el modelo de la vivienda.
Se calcularán las derivas máximas para cada nivel en cada uno de los
modelos para ser comparadas con el valor límite permitido por la norma COVENIN
1756 - 2001.
En el análisis sismoresistente consideraremos un factor de reducción R=2
debido al nivel de detallado que presentan los elementos estructurales existentes y
siguiendo las recomendaciones del capítulo 12 de la Norma Covenin 1753-2001.
Limitaremos la máxima deriva en ambos sentidos al 12 por mil, siguiendo las
recomendaciones de la Norma Covenin 1753-2001 capítulo 12.
El urbanismo está situado en la ciudad de Barquisimeto y le corresponde zona
5 con Ao=0.30, Factor de Importancia α=1.00 por tener uso residencial y según
estudio de suelo se considera suelo Tipo S2 para las viviendas fundadas sobre
49
relleno y S1 en las fundadas sobre corte. Se realizará verificación de cortante, es
decir que su valor sea mayor que αAo/R (Capítulo 7 Covenin 1756).
Se considerará un 50% de carga variable para efectos de la masa sísmica.
Las cargas permanentes adicionales al peso propio de los elementos estructurales
(el peso de los elementos estructurales losas, muros y columnas lo toma en cuenta el
programa) a considerar son el acabado piso, friso en techo, tabiqueria, cargas
permanente en techo por teja con mortero. Las cargas vivas son para uso
residencial.
Fig. Nº 13: Modelo matemático superestructura reforzada
Los estados de carga utilizados en el análisis son los siguientes:
Estado Descripción Comb. Categoría
pp Peso Propio No DL cv carga viva No LL SX SISMO EN X No EQ SZ SISMO EN Z No WIND TX TORSION X No EQ TY TORSION Y No WIND C1 1.2pp+1.6cv Si C2 1.36pp+0.5cv+SX+0.3SZ+TX Si C3 1.36pp+0.5cv+SX+0.3SZ-TX Si C4 1.36pp+0.5cv-SX-0.3SZ-TX Si C5 1.36pp+0.5cv-SX-0.3SZ+TX Si C6 1.36pp+0.5cv+0.3SX+SZ+TY Si C7 1.36pp+0.5cv+0.3SX+SZ-TY Si
50
C8 1.36pp+0.5cv-0.3SX-SZ+TY Si C9 1.36pp+0.5cv-0.3SX-SZ-TY Si C10 0.74pp+SX+0.3SZ+TX Si C11 0.74pp+SX+0.3SZ-TX Si C12 0.74pp-SX-0.3SZ+TX Si C13 0.74pp-SX-0.3SZ-TX Si C14 0.74pp+0.3SX+SZ+TY Si C15 0.74pp+0.3SX+SZ-TY Si C16 0.74pp-0.3SX-SZ+TY Si C17 0.74pp-0.3SX-SZ-TY Si id17 pp+cv Si
Se puede observar, en las combinaciones de carga a utilizar que incluyen el
sismo, que la carga permanente representada por “pp” tiene un factor de 1.36 en
lugar de 1.2 y de 0.74 en lugar de 0.9, esto se debe a la consideración del sismo
vertical, como lo especifica la norma, el cual es una variacion del “pp” igual a ± 0.2 α
ϕ β Ao pp, cuyo valor resultó ser 0.16pp.
Con la finalidad de diseñar el reforzamiento de la infraestructura para soportar
las solicitaciones que provienen del análisis de la superestructura, se procederá a
modelar matemáticamente las fundaciones reforzadas de cada una de las 31
viviendas, considerando la interacción suelo estructura. El análisis matemático se
efectuará utilizando un programa de elementos finitos, colocando en cada
micropilotes resortes equivalentes horizontales y verticales con rigideces
determinadas en función del Módulo de Balasto [1]. Discretizaremos a la losa de piso
armada en pequeños elementos de placa tipo “Shell” y se colocaremos resortes
equivalentes en cada nodo.
51
CAPITULO IV
RESULTADOS
Asentamientos Diferenciales
En las siguientes tablas se indican los asentamientos obtenidos para cada
casa ubicada sobre un relleno parcial o un relleno total.
Nótese que el mayor asentamiento diferencial se encuentra en la casa N° 12 y
tiene un valor de 23.4 cm.
Tabla Nº 5: Resultados de los asentamientos diferenciales (en metros).
EJES 1 2 3 4 5
A -0.048 -0.060 -0.026 -0.022 0.000
B -0.070 -0.077 -0.064 -0.052 -0.036
C - -0.076 -0.084 -0.083 -0.069
EJES 1 2 3 4 5
A -0.009 -0.021 -0.005 0.000 0.000
B -0.033 -0.039 -0.027 -0.015 -0.025
C - -0.039 -0.028 -0.034 -0.030
EJES 1 2 3 4 5
A -0.024 -0.024 -0.033 -0.028 -0.012
B -0.024 -0.024 -0.014 -0.018 0.000
C - -0.012 -0.012 -0.012 -0.002
EJES 1 2 3 4 5
A 0.000 -0.012 -0.035 -0.040 -0.045
B -0.042 -0.052 -0.058 -0.054 -0.083
C - -0.115 -0.130 -0.117 -0.114
EJES 1 2 3 4 5
A -0.060 -0.063 -0.027 -0.005 0.000
B -0.051 -0.033 -0.030 -0.007 -0.010
C - -0.015 -0.024 -0.007 -0.014
Asentamientos Diferenciales Casa 1
Asentamientos Diferenciales Casa 2
Asentamientos Diferenciales Casa 3
Asentamientos Diferenciales Casa 6
Asentamientos Diferenciales Casa 7
EJES 1 2 3 4 5
A 0.000 -0.015 -0.028 -0.055 -0.065
B -0.025 -0.060 -0.055 -0.076 -0.065
C - -0.085 -0.100 -0.105 0.000
EJES 1 2 3 4 5
A -0.065 -0.062 -0.055 -0.046 -0.014
B -0.061 -0.047 -0.046 -0.020 -0.001
C - -0.037 -0.016 -0.019 0.000
EJES 1 2 3 4 5
A -0.068 -0.077 -0.074 -0.073 -0.045
B -0.059 -0.054 -0.046 -0.046 -0.011
C - -0.015 -0.013 -0.077 -0.005
EJES 1 2 3 4 5
A -0.001 0.000 -0.039 -0.050 -0.063
B -0.079 -0.095 -0.114 -0.134 -0.121
C - -0.175 -0.186 -0.222 -0.234
EJES 1 2 3 4 5
A -0.019 -0.019 -0.014 0.000 -0.004
B -0.019 -0.029 -0.034 -0.014 -0.009
C - -0.036 -0.032 -0.017 -0.014
Asentamientos Diferenciales Casa 9
Asentamientos Diferenciales Casa 10
Asentamientos Diferenciales Casa 11
Asentamientos Diferenciales Casa 12
Asentamientos Diferenciales Casa 13
Asentamientos Diferenciales Casa 14
52
C - -0.015 -0.024 -0.007 -0.014
EJES 1 2 3 4 5
A 0.000 -0.009 -0.014 -0.030 -0.048
B -0.018 -0.040 -0.028 -0.010 -0.047
C - -0.073 -0.074 -0.071 -0.081
Asentamientos Diferenciales Casa 8
EJES 1 2 3 4 5
A -0.010 -0.012 -0.025 -0.017 -0.017
B 0.000 -0.024 -0.021 -0.014 -0.023
C - -0.013 -0.043 -0.049 -0.044
Asentamientos Diferenciales Casa 14
EJES 1 2 3 4 5
A -0.010 -0.010 -0.027 -0.021 -0.023
B -0.010 -0.023 -0.029 -0.007 -0.029
C - -0.021 -0.030 -0.029 -0.031
EJES 1 2 3 4 5
A -0.025 -0.030 -0.029 -0.016 -0.010
B -0.030 -0.032 -0.016 -0.023 0.000
C - -0.013 -0.033 -0.019 -0.024
EJES 1 2 3 4 5
A -0.113 -0.120 -0.097 -0.086 -0.185
B -0.155 -0.143 -0.124 -0.121 -0.070
C - -0.185 -0.183 -0.170 -0.156
EJES 1 2 3 4 5
A -0.110 -0.105 -0.077 -0.045 -0.157
B -0.139 -0.127 -0.091 -0.063 -0.044
C - -0.157 -0.139 -0.107 -0.073
EJES 1 2 3 4 5
A -0.088 -0.073 -0.047 -0.036 0.000
B -0.115 -0.077 -0.059 -0.037 -0.009
C - -0.099 -0.082 -0.053 -0.034
EJES 1 2 3 4 5
A -0.014 -0.020 -0.041 -0.061 -0.067
B -0.014 -0.016 -0.026 -0.053 -0.050
C - 0.000 -0.022 -0.049 -0.070
Asentamientos Diferenciales Casa 21
Asentamientos Diferenciales Casa 17
Asentamientos Diferenciales Casa 18
Asentamientos Diferenciales Casa 19
Asentamientos Diferenciales Casa 20
Asentamientos Diferenciales Casa 22
EJES 1 2 3 4 5
A 0.000 -0.002 -0.010 -0.007 -0.008
B -0.003 -0.032 -0.027 -0.045 -0.048
C - -0.042 -0.046 -0.059 -0.083
EJES 1 2 3 4 5
A -0.005 -0.005 -0.007 -0.018 -0.007
B -0.005 -0.005 -0.017 -0.003 -0.004
C - -0.001 -0.007 0.000 -0.023
EJES 1 2 3 4 5
A -0.025 -0.025 -0.021 -0.009 -0.005
B -0.013 -0.006 -0.048 -0.031 -0.016
C - -0.045 -0.048 -0.016 -0.030
EJES 1 2 3 4 5
A -0.023 -0.021 -0.008 0.000 -0.023
B -0.023 -0.021 -0.020 -0.006 -0.003
C - -0.018 -0.021 -0.009 -0.020
EJES 1 2 3 4 5
A -0.014 -0.009 -0.027 -0.015 -0.010
B -0.011 -0.007 -0.027 -0.008 -0.018
C - -0.011 -0.010 -0.022 -0.027
EJES 1 2 3 4 5
A -0.001 -0.001 -0.013 -0.022 -0.036
B -0.005 0.000 -0.003 -0.010 -0.034
C - -0.026 -0.014 -0.013 -0.022
Asentamientos Diferenciales Casa 29
Asentamientos Diferenciales Casa 23
Asentamientos Diferenciales Casa 24
Asentamientos Diferenciales Casa 25
Asentamientos Diferenciales Casa 26
Asentamientos Diferenciales Casa 28
Evaluación de Resultados Estructural Original
Infraestructura
Los resultados obtenidos en el cálculo de los asentamientos diferenciales, en
la sintomatología de falla y en el estudio geotécnico, para las viviendas ubicadas
sobre relleno, demuestran la existencia de un suelo en condiciones precarias, no
consolidado, sobre el cual no se debería construir ningún sistema de fundación.
53
Por tal motivo las fundaciones deben ser recalzadas con un sistema que
garantice la trasmisión de las cargas hasta un estrato de suelo firme.
Superestructura
Se determinaron las cantidades de acero longitudinal y transversal requeridas
para soportar la envolvente de las combinaciones de carga en vigas y columnas, que
luego fueron comparadas con la información disponible documental y del
levantamiento realizado en este estudio, para cada una de las 31 viviendas.
El acero de refuerzo longitudinal requerido en las columnas de las viviendas
supero significativamente el acero existente, siendo más notable en las viviendas
ubicadas sobre relleno, en promedio se requiere 6 veces el acero existente y en corte
se requiere 2.6 veces.
El acero existente en las columnas es de 7.92cm2 a continuación anexamos
tablas con los resultados del acero requerido.
Tabla Nº 6: Área de Acero Longitudinal Requerido en Columnas. CASA 1. Fuente [2].
54
Nótese que la mayoría de las columnas de la casa 1 poseen significativo
déficit en la cantidad de acero longitudinal.
Situación semejante se presentó con las vigas de carga a nivel de entrepiso,
las cuales arrojaron importantes deficiencias de acero longitudinal a esfuerzos de
flexión. Un ejemplo de esto puede visualizarse a continuación para la Casa N°4, V-B.
Tramo: 4-5 Miembro No: 58 Altura efectiva = 31.80 [cm]
Porcentaje de redistribución de momentos: Apoyo A = 0.00% Apoyo B = 0.00%
Cuantía geométrica máxima: ρ maxsup = 0.45% ρ maxinf= 0.45%
Separación límite entre barras por fisuración: sb lim = 30.61 [cm]
Tabla Nº 7: Resultados para Flexión Viga V-B, tramo 4-5, Casa 4.
Estación Mu[Ton*M] φφφφ*Mn[Ton*M] Asreq [cm2] Asprov [cm2] ρ ρ ρ ρ (%) sb [cm] Mu/(φφφφ*Mn)
No. Dist neg pos neg pos sup inf sup inf sup inf sup inf
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1 0% 0.00 0.21 -2.74 2.74 0.00 0.18 2.58 2.58 0.39 0.39 8.52 8.52 0.08
2 10% 0.00 0.12 -2.64 2.64 0.00 0.10 2.58 2.58 0.40 0.40 8.52 8.52 0.04
3 20% -0.08 0.00 -2.64 2.64 0.07 0.00 2.58 2.58 0.40 0.40 8.52 8.52 0.03
4 30% -0.33 0.00 -2.64 2.64 0.28 0.00 2.58 2.58 0.40 0.40 8.52 8.52 0.12
55
5 40% -0.64 0.00 -2.64 2.64 0.57 0.00 2.58 2.58 0.40 0.40 8.52 8.52 0.24
6 50% -1.03 0.00 -2.64 2.64 0.96 0.00 2.58 2.58 0.40 0.40 8.52 8.52 0.39
7 60% -1.49 0.00 -2.64 2.64 1.46 0.00 2.58 2.58 0.40 0.40 8.52 8.52 0.56
8 70% -2.02 0.00 -2.64 2.64 2.06 0.21 2.58 2.58 0.40 0.40 8.52 8.52 0.76
9 80% -2.62 0.00 -2.64 2.64 2.63 0.78 2.58 2.58 0.40 0.40 8.52 8.52 0.99
10 90% -3.29 0.00 -2.64 2.64 3.28 1.42 2.58 2.58 0.40 0.40 8.52 8.52 1.24
11 100% -4.03 0.00 -2.74 2.74 3.87 1.96 2.58 2.58 0.39 0.39 8.52 8.52 1.47
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
C 100% -4.03 0.00 -2.74 2.74 3.87 1.96 2.58 2.58 0.39 0.39 8.52 8.52 1.47
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Fig. Nº 14: Diagrama de Momento Último Actuante Vs. Resistente Viga V-B, tramo 4-5, Casa 4
Nótese la zona remarcada donde el momento último supera al momento
resistente de la viga hasta en un 47%, como puede leerse en la tabla 7.
Las losas de entrepiso en su mayoría demandan longitudes de macizados
superiores al establecido en el proyecto, incrementándose en los casos donde la
resistencia a compresión del concreto es muy baja.
Los datos de los modelos matemáticos, tanto de la geometría como las
cargas, así como los resultados del análisis para cada casa, se adjuntan en formato
digital formando parte del documento Anexo.
56
Tabla Nº 8: Resultados del análisis a corte de la losa LE-2, Tramo 1-2, Casa 30
Estación Estribos Spc prov Spc lim Tu φφφφ*Tn Al Vu Vs Vc φφφφ*Vn Vu/(φφφφ*Vn)
No. Dist Diám VCT [cm] [cm] [Ton*M] [Ton*M] [cm2] [Ton] [Ton] [Ton] [Ton]
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1 0% #3 V 330.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.61 0.00 0.65 0.49 1.25
2 10% #3 V 330.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.52 0.00 0.65 0.49 1.06
3 20% #3 330.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.32 0.00 0.65 0.49 0.66
4 30% #3 330.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.15 0.00 0.65 0.49 0.30
5 40% #3 330.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.06 0.00 0.65 0.49 0.12
6 50% #3 330.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.25 0.00 0.65 0.49 0.52
7 60% #3 330.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.45 0.00 0.65 0.49 0.91
8 70% #3 V 330.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.64 0.00 0.65 0.49 1.30
9 80% #3 V 330.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.83 0.00 0.65 0.49 1.70
10 90% #3 VC 330.00 0.00 0.00 0.02 0.00 1.02 0.00 0.65 0.49 2.09
11 100% #3 VC 330.00 0.00 0.00 0.02 0.00 1.12 0.00 0.65 0.49 2.29
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
C 98% #3 VC 330.00 0.00 0.00 0.02 0.00 1.12 0.00 0.65 0.49 2.29
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Fig. Nº 15: Diagrama de Cortante Último Actuante Vs. Resistente Llosa LE-2, Tramo 1-2, Casa 30
La zona remarcada representa el área donde el cortante último actuante es
mayor que el cortante resistente (hasta 2.29 veces) lo cual indica que es necesario
aumentar el macizado hasta la zona donde esta relación sea menor o igual a 1.
Veamos el siguiente tramo de la losa:
57
Tabla Nº 9: Resultados del análisis a corte de la losa LE-2, tramo 2-3, Casa 30
Estación Estribos Spc prov Spc lim Tu φφφφ*Tn Al Vu Vs Vc φφφφ*Vn Vu/(φφφφ*Vn)
No. Dist Diám VCT [cm] [cm] [Ton*M] [Ton*M] [cm2] [Ton] [Ton] [Ton] [Ton]
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1 0% #3 VC 453.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.90 0.00 0.65 0.49 1.83
2 10% #3 VC 453.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.80 0.00 0.65 0.49 1.63
3 20% #3 V 453.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.65 0.00 0.65 0.49 1.32
4 30% #3 V 453.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.49 0.00 0.65 0.49 1.01
5 40% #3 453.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.34 0.00 0.65 0.49 0.69
6 50% #3 453.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.18 0.00 0.65 0.49 0.38
7 60% #3 453.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.04 0.00 0.65 0.49 0.07
8 70% #3 453.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.12 0.00 0.65 0.49 0.25
9 80% #3 453.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.28 0.00 0.65 0.49 0.56
10 90% #3 453.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.43 0.00 0.65 0.49 0.88
11 100% #3 V 453.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.53 0.00 0.65 0.49 1.08
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
C 0% #3 V 453.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.90 0.00 0.65 0.49 1.83
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Fig. Nº 16: Diagrama de Cortante Último Actuante Vs. Resistente
losa LE-2, tramo 2-3, Casa 30
La zona remarcada representa el área donde el cortante último actuante es
mayor que el cortante resistente (un 83% mayor) lo cual indica que es necesario
aumentar el macizado hasta la zona donde esta relación sea menor o igual a 1.
58
Evaluación de Resultados Estructural Reforzada
Infraestructura
Como se mencionó anteriormente, en el análisis de las estructuras originales,
las casas ubicadas en la zona de relleno del urbanismo necesitan de un recalce en el
sistema de fundaciones que garantice llevar las solicitaciones de la estructura hasta
un estrato firme, por lo que se propone el uso de micropilotes.
Se propone que los Micropilotes tengan una profundidad tal que penetren al
menos 2.50m en el suelo firme.
Las zapatas existentes se usarán como encofrado perdido en la parte inferior
de los cabezales. En la figura 14 se aprecia una vista de los micropilotes utilizados en
la casa No 4, nótese como varía la longitud de los micropilotes debido a que la
profundidad del relleno es variable a lo largo y ancho de la casa.
Fig. Nº 17: Vista frontal de los Micropilotes para la Casa N° 4.
La solución planteada de micropilotes resuelve la estabilidad de la estructura
pero genera un nuevo problema, que al seguir el suelo asentándose por tratarse de
un relleno no consolidado y fijarse la estructura con el uso de los micropilotes, el
59
suelo se irá paulatinamente separando de la losa de piso, pasando las mismas a
comportarse como losas de entrepiso, para lo cual no fueron diseñadas, por lo que
se plantea la construcción de un losa maciza que trabaje como losa de entrepiso y a
la vez sirva como bloque conector de los nuevos elementos planteados en la
superestructura (muros tipo sándwich) con la infraestructura, dicha losa no solo se
colocará en las casas ubicadas en relleno si no también en aquellas ubicadas en
corte, ya que si bien las mismas no presentarán el problema de separación del suelo
con la losa de piso, dicha losa será necesaria para garantizar el anclaje de los aceros
de refuerzo de los muros, además de servir como losa de fundación.
En la siguiente figura se muestran los valores del esfuerzo cortante en la losa
de fundación de la casa No 4.
Fig. Nº 18: Esfuerzo cortante en Losa de Fundación para la Casa N° 4.
60
Superestructura
• Deriva: Los valores de deriva obtenidos están por debajo de los indicados por
la Norma Covenin 1756 capítulo 10, que señala como máxima permitida el
valor 0.012.
Tabla Nº 10: Valores obtenidos para la Deriva. Ejemplo Tipo.
TX TY TZ RX RY RZ h(cm) deriva x (en miles)
572 0.78494 0.0252 -0.18389 0 -0.00032 -0.0002
20 0.83821 0.02644 -0.18818 0 -0.00034 -0.00019 272 0.313352941
33 0.88356 0.02697 -0.19791 0 -0.00036 -0.00019 230 0.315478261
TX TY TZ RX RY RZ h(cm) deriva z (en miles)
572 0.16103 0 -0.74482 0 -0.00031 0
20 0.16487 0 -0.75545 0 -0.00031 0 320 -0.05315
33 0.16824 0 -0.78395 -0.00015 -0.0004 0 340 -0.134117647
Estado SZ=SISMO EN Z
Estado SX=SISMO EN X
Traslaciones [cm] Rotaciones [Rad]Nudo
Traslaciones [cm] Rotaciones [Rad]Nudo
• Losas: La baja resistencia a la compresión del concreto en las losas de
entrepiso que arrojaron los ensayos de campo, colocan a este elemento
estructural con una alta vulnerabilidad a la falla por corte que impone la carga
vertical. Los resultados indican que la losa está trabajando al límite, muy
próxima a superar su valor de falla, tal vez por esta circunstancia no se
visualizan grietas significativas, sin embargo es necesario su reforzamiento, el
cual consistirá en la construcción de macizado, cuyos valores y configuración
varían para cada vivienda como se señala en los planos.
• Columnas: Con el reforzamiento se cambió el sistema estructural aporticado a
un sistema estructural apantallado, donde las columnas pasaron a ser
elementos de borde de las pantallas. Dada la gran rigidez que inducen los
muros, la demanda de esfuerzos sobre las columnas provenientes de las
solicitaciones actuantes fueron muy bajas.
61
• Vigas: Con el nuevo sistema estructural apantallado, una cantidad importante
de vigas pasaron a formar parte de las pantallas, disminuyendo ó eliminando
la luz libre, por lo cual la demanda de momento y corte por cargas verticales
se redujo significativamente, por otra parte, la rigidez lateral inducida por los
muros disminuye la demanda de fuerza sísmica en las vigas, por lo tanto los
esfuerzos a los que estarán sometidas bajo un evento sísmico serán bajos.
A continuación se anexa como ejemplo típico los resultados para la viga V-B
nivel entrepiso tramo 4-5 de la casa número 4, para el diseño a flexión de la casa
reforzada (la misma viga utilizada de ejemplo para la configuración original).
Tabla Nº 11: Resultados para Flexión Viga V-B, tramo 4-5, Casa 4 Reforzada.
Tramo: 4-5 Miembro No: 272 Altura efectiva = 32.30 [cm]
Porcentaje de redistribución de momentos: Apoyo A = 0.00% Apoyo B = 0.00%
Cuantía geométrica máxima: ρ maxsup = 0.50% ρ maxinf= 0.50%
Separación límite entre barras por fisuración: sb lim = 30.61 [cm]
Momentos flectores
Estación Mu[Ton*M] φφφφ*Mn[Ton*M] Asreq [cm2] Asprov [cm2] ρ ρ ρ ρ (%) sb [cm] Mu/(φφφφ*Mn)
No. Dist neg pos neg pos sup inf sup inf sup inf sup inf
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1 0% 0.00 0.03 -2.69 2.69 0.00 0.03 2.58 2.58 0.40 0.40 8.02 8.02 0.01
2 10% -0.84 0.00 -2.69 2.69 0.75 0.00 2.58 2.58 0.40 0.40 8.02 8.02 0.31
3 20% -2.62 0.00 -2.69 2.69 2.61 0.68 2.58 2.58 0.40 0.40 8.02 8.02 0.98
4 30% -0.48 0.00 -2.69 2.69 0.42 0.00 2.58 2.58 0.40 0.40 8.02 8.02 0.18
5 40% 0.00 1.06 -2.69 2.69 0.00 0.97 2.58 2.58 0.40 0.40 8.02 8.02 0.39
6 50% 0.00 2.00 -2.69 2.69 0.09 2.02 2.58 2.58 0.40 0.40 8.02 8.02 0.74
7 60% 0.00 2.34 -2.69 2.69 0.41 2.34 2.58 2.58 0.40 0.40 8.02 8.02 0.87
8 70% 0.00 2.08 -2.69 2.69 0.16 2.09 2.58 2.58 0.40 0.40 8.02 8.02 0.77
9 80% 0.00 1.21 -2.69 2.69 0.00 1.13 2.58 2.58 0.40 0.40 8.02 8.02 0.45
10 90% -0.25 0.00 -2.69 2.69 0.21 0.00 2.58 2.58 0.40 0.40 8.02 8.02 0.09
62
11 100% -2.32 0.00 -2.11 2.11 2.32 0.39 1.93 1.93 0.30 0.30 8.02 8.02 1.10
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
C 100% -2.32 0.00 -2.11 2.11 2.32 0.39 1.93 1.93 0.30 0.30 8.02 8.02 1.10
Fig. Nº 19: Diagrama de Momento Último Actuante Vs. Resistente. Viga V-B, tramo 4-5, Casa 4 Reforzada.
Proceso Constructivo
Infraestructura
1.-Demolición de la losa de piso existente y excavación en el terreno para un
área igual al área del cabezal más 60cm, perimetrales para maniobra, hasta
descubrir las vigas de riostra, pedestal y zapata existente.
Fig. Nº 20: Demolición Losa de Piso
0.60
0.60
0.60 0.60
1.00
1.00
63
2.-Escarificación del pedestal y de las vigas de riostra que estarán en contacto
con el cabezal, es decir, creación del perfil de adherencia.
Fig. Nº 21: Escarificación
3.-Perforación con un diámetro D=15cm para la construcción de los
micropilotes en concreto atravesando la zapata existente, que posee un espesor
aproximado de 20cm. Luego de la perforación en la zapata se continuará perforando
el terreno natural debajo de ella hasta una profundidad de -5 m en el eje A, -4 en el
eje B y -2 en el eje C. En cada caso debemos sumar 2.50m de profundidad de
anclaje del micropilote en la roca.
Fig. Nº 22: Perforación
0.40
0.48
4.-Construcción de los micropilotes, armado, encofrado y vaciado del cabezal,
con f´c=250kg/cm2. Colocación de anclajes para armado del Muro tipo Panel.
Perforaciones
Zapata Existente
0.40
0.48
Escarificación
64
Fig. Nº 23: Construcción Micropilotes y Cabezal
5.-Relleno con granzón compactado hasta 25cm por debajo del nivel de la
nueva losa de piso.
Fig. Nº 24: Construcción de Relleno
6.-Relleno con piedra picada de 5cm de espesor.
Fig. Nº 25: Construcción base de Piedra Picada
Micropilotes D=5”
Cabezal
Acero para el refuerzo sembrado en el Cabezal
para conexión con Muros Tipo Panel
Piedra Picada
Granzón Compactado
65
7.-Construcción de Losa de Piso. Previamente al vaciado de la losa de piso
portante se deben colocar los anclajes para el acero del Muro Panel sobre la losa.
Fig. Nº 26: Construcción de Losa de Piso Armada
Superestructura: Muro
1.-Demolición del friso de la pared.
2.-Escarificar la pared existente, hasta rugosidad mayor a 6mm.
3.-Perforar la losa de piso ó viga de riostra con diámetro φ=3/8” @ 20cm y una
profundidad de 10cm, limpiar la superficie interna que quede libre de polvo.
Fig. Nº 27: Anclaje para Losa de Piso
Acero para el refuerzo sembrado en la Losa
Portante para conexión con Muros Tipo Panel
Φ=1/4” @ 20cm x L = 50cm
0.20 m
Nueva
Losa de Piso
0.25 m
Acero de Espera para Muros
0.15
0.05 0.1
Piso Acabado---------------------
Fleje Perimetral---------------------
0.25 Acero de Espera
para Muros
0.15
0.05
0.10
0.20m
Nueva Losa de Piso
66
4.-Repetir procedimiento en viga superior o losa de entrepiso.
Fig. Nº 28: Anclaje para Losa de Entrepiso o Viga
Perforación:Ø=3/8" x L=10cmAnclaje:Ø=1/4" con epoxiAnchor fix ó similarL=10cmL total=35cm
Acero en espera para muretes
Anclaje en Losa de entrepiso con epoxi
Pared Planta Baja
Pared Planta Alta
5.-Perforar vano de la pared, con diámetro ∅=1" para colocar conectores entre
Muretes @ 1.00m en doble fila, con mortero de cemento.
Fig. Nº 29: Anclaje en el vano de la pared para conectar muretes
Anclaje mecánico Ø=1/2"para Conector entre Muretes
x L= 20cm
Conector Ø=1/4" x L= 40cm,ganchos de 8.5cm
0.20
0.10
0.25
Φ=1/4” x
L = 35cm
@ 20cm
67
6.-Luego de los pasos 3 y 4, colocar epoxi (Anchor fix ó similar) e Introducir
anclaje con diámetro ɸ=1/4” en toda la profundidad disponible (10cm), dejando una
longitud externa de 25cm.
7.-Colocar malla de 150mmx150mmx5.50mm ajustada a los anclajes.
8.-Colocar concreto proyectado o Shot Crete para conformar dos muretes de
6cm de espesor cada uno, ubicado a ambos lados de la pared existente.
9.-Revestimiento final friso, encamisado y pintura.
Fig. Nº 30: Anclaje en losa de entrepiso para muro solo en Planta Baja Fachada
Perforación:Ø=3/8" x L=10cmAnclaje:Ø=1/4" con epoxiAnchor fix ó similarL=10cmL total=23cm
Losa de entrepiso
Murete Planta BajaCara Interna
Pared Planta Alta
Murete Planta BajaCara Externa
Superestructura: Macizado
Para la construcción de macizados se procederá como sigue:
0.10
0.10
0.13
0.10 Φ=1/4” x
L = 23cm
@ 20cm
68
Fig. Nº 31 a la 38: Proceso constructivo macizados
1.- Demolición de Friso en Losa de Entrepiso
Viga de AmarreLosa de Entrepiso
2.- Demolición de Bovedillas de Poliestireno tanto como lo indiquela longitud de Macizado Calculada
Losa de Entrepiso
3.- Construcción de Perfil de Adherencia mediante el repicado dela superficie de contacto
Losa de Entrepiso
4.- Demolición de Loseta conservando acero superior del nervio(incluye piso de planta alta) a todo lo largo y ancho del Macizado, setermina de repicar y encofrado para el vaciado.
Repique Repique
Viga de Amarre
Viga de Amarre
Repique
69
6.- Creación de Puente de adherencia (Epoxi) previa preparación delsustrato mediante limpieza con aire comprimido, la superficie debeestar seca.
5.- Colocación de malla electrosoldada de 150x150x5mm para laloseta, empalmar con malla existente
Encofrado
Malla
EpoxiEpoxi
7.- Vaciado del Macizado con Concreto F'c=250 kg/cm2 yconstrucción de acabado de piso.
Empalme malla existente 20 cm
Empalme
Se deben colocar 6 cabillas de 3/8” dentro del macizado, paralelas a las vigas de
carga.
70
CAPITULO V
CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
En este trabajo se aplicó una metodología para la adecuación estructural de
las viviendas del Urbanismo “Villas Lomas del Cercado” que consistió en la
Descripción del Caso de Estudio, Recopilación de la Información, Nivelación
Topográfica, Análisis Estructural de la Configuración Original, Propuesta de
Reforzamiento para la Super e Infraestructura, Análisis y Evaluación de los
Resultados de los Reforzamientos.
El refuerzo propuesto casi corresponde a una sustitución funcional ya que los
nuevos elementos a construir resistirán la mayor parte de las solicitaciones actuantes
sobre la vivienda dejándose muy poca responsabilidad a los elementos estructurales
existentes.
El análisis y la propuesta de adecuación fueron realizados casa por casa
debido a las condiciones particulares de resistencias, geometría y nivel de daños.
La intervención de las casas ubicadas en la zona de relleno es de mayor
envergadura ya que se deben colocar micropilotes para el recalce de la
infraestructura.
El refuerzo propuesto utilizando muros tipo sándwich resultó ser eficiente ya
que además de reforzar la estructura sirve de reparación de las paredes dañadas por
los asentamientos diferenciales.
Es recomendable que el recalce se comience por las fundaciones con
mayores valores de asentamientos, ya que esto va a colaborar en la disminución del
diferencial de asentamiento en la vivienda.
71
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. Andrade, Luis. “Estudio Geotécnico Desarrollo Habitacional Villas Lomas del
Cercado”. Año 2011.
2. Dikdan, María I.; Yépez, Jose R. “Diagnóstico Patológico Urb. Villas Lomas del
Cercado”. Año 2013.
3. Norma Venezolana Covenin–Mindur1756-01. “Edificaciones Sismoresistente”.
4. Oscar López, Informe de selección de parámetros sísmicos para la adecuación
estructural de las Torres del Sisal. Año 2010.
5. Barvaresco de Prieto, Aura. “Proceso Metodológico en la Investigación”. Año
1997.
6. Manual UPEL. Pág. 18.
7. Salinas, Pedro Jose. “Metodología de la Investigación Científica”. ULA.
8. Pardo, Miguel. “Evaluación de Patología Informe Preliminar”. Año 2011.
9. Norma Venezolana Covenin–Mindur2002-88. “Criterios y Acciones Mínimas
Para el Proyecto de Edificaciones”.
10. Norma Venezolana Covenin–Mindur1753-06. “Proyecto y Construcción de
Obras en Concreto Estructural”.
72
ANEXOS
1. Informe existente
2. Planos originales existentes (6 Planos)
3. Fotografías suministradas por el Inspector de la Obra
4. Levantamiento Planialtimétrico
5. Estudio Geotécnico
6. Resultados de los Ensayos de Concreto a la Compresión para cada vivienda
7. Tablas de Área de Acero Longitudinal Requerido en Columnas para cada
Vivienda
8. Planos del Reforzamiento para cada Vivienda (93 planos en total)
9. Para el Modelaje Matemático de la Configuración Original tenemos para cada
vivienda lo siguiente:
9.1 Geometría
9.2 Cargas
9.3 Análisis Dinámico
9.4 Reacciones
9.5 Requerimientos de Acero
10. Para el Modelaje Matemático de la Configuración Reforzada tenemos para
cada vivienda lo siguiente:
10.1 Geometría
10.2 Cargas
10.3 Análisis Dinámico
10.4 Reacciones
10.5 Fuerzas en los Muros