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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

REVISION ESTRUCTURAL DE SIETE EDIFICIOS DE LA UNIVERSIDAD AUTONOMA

METROPOLITANA-IZTAPALAPA

Mario S. Ramírez Centeno1

RESUMEN

El objetivo de este trabajo fue determinar la capacidad sismo-resistente de siete edificios de distintos niveles de

concreto reforzado y de uso escolar, mediante dos procedimientos. Para ese fin, primero se utilizó el Método

de Evaluación Simplificada. El segundo procedimiento consistió en elaborar un modelo de computadora.

Además, se efectuaron mediciones de vibración ambiental para determinar los periodos naturales de todas las

estructuras. Pudo comprobarse por los resultados obtenidos que la mayoría de las estructuras presentan una

capacidad sismo-resistente menor que la que demanda el actual Reglamento de Construcciones para estas

estructuras.

ABSTRACT

The goal of this project was to determine the seismic capacity of seven buildings by means of two different

procedures. All the buildings, made of reinforced concrete, are structurally the same and are used for educational

purposes. The first procedure was the use of de MES method, the second one was by a computer model. In

addition, ambient vibration studies were conducted in order to determine the natural period of the structures. It

can be established that the structures show poor seismic capacity compared to the required by the present

Mexico City code for constructions.

DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS

Edificios T1 y T2

Las dos construcciones tienen cuatro niveles y están estructuradas a base de columnas y losas aligeradas de

concreto reforzado. Ambos edificios comparten la cimentación, que es de tipo cajón y están conectados por un

tercer cuerpo ubicado entre los dos, donde se alojan las escaleras y otros espacios, pero estructuralmente

desligados entre sí. Las estructuras, denominadas en conjunto Edificio T, fueron construidas en los años

setentas, por lo que se usó el anterior reglamento de construcciones en su diseño. Están ubicadas en el suroriente

del Distrito Federal, en zona de lago. El edificio “T” se compone de tres cuerpos; cuerpo central, cuerpo norte

y cuerpo sur, siendo estos dos últimos denominados norte y sur de acuerdo con su orientación, los cuales son

destinados para laboratorios, cubículos de profesores, aulas y oficinas, mientras que en el cuerpo central sólo

se encuentran las escaleras y una zona de laboratorio. Los cuerpos norte y sur están compuestos por una planta

baja y tres niveles, mientras que el cuerpo central cuenta con planta baja y escaleras en toda la altura. Las

dimensiones en planta son 74.75 m x 17.20 m y una altura de 14.4 m, cada entrepiso mide 3.6 m de altura. En

el sentido longitudinal cuenta con nueve crujías y dos en el sentido transversal. El claro que cubren las crujías

longitudinales extremas es de 8.70 m, y las intermedias son de 8.10 m, en el sentido transversal las dos crujías

tienen medidas diferentes la primera es de 8.70 m y la otra de 7.80 m. Es una construcción a base de losa

reticular y columnas de concreto reforzado

1. Profesor-Investigador. Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco. Av. San Pablo 180, Col.

Reynosa-Tamaulipas, Azcapotzalco, Ciudad de México. CP. 02200. Tel (55)5318-9458;

[email protected],

mailto:[email protected]

XXCongreso Nacional de Ingeniería Estructural Mérida, Yucatán 2016

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El sistema de losa reticular tiene un espesor de 35 cm y una capa de compresión de 5 cm, superior e inferior,

las nervaduras tienen huecos de 50 x 90 cm, y 10 cm de espesor. La losa se encuentra directamente apoyada

sobre las columnas. Las dimensiones de todas las columnas 0.65 x 0.65 m. Los datos de resistencia de concreto

y de refuerzo de columnas se obtuvieron mediante estudios realizados recientemente. De acuerdo con estos

estudios, la resistencia del concreto en las losas es de 21.58 MPa (220 kg/cm2) y la resistencia de concreto en

columnas de 29.43 MPa (300 kg/cm2). El refuerzo de las columnas consiste de 8 barras longitudinales de 31.75

mm de diámetro (#10) distribuidas en cada cara y para el refuerzo transversal 9 estribos de 9.52 mm (#3)

distribuidos en una altura de 0.40 m en cada extremo y cada 0.20 m en la porción central. El recubrimiento de

acero principal es de 2.3 cm.

Figura 1. Esquema de las plantas del edificio T

Figura 2. Esquema de la elevación del edificio T

Figura 3. Corte que muestra los cuerpos Norte, Central y Sur del edificio T.

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Figura 4. Dos fotografías del edificio T

Biblioteca

La construcción tiene cuatro niveles y está estructurada a base de columnas y losas aligeradas de concreto

reforzado. La cimentación es de tipo cajón. Las plantas tipo son rectangulares y miden 48.6m x 40.5m, lo que

supone una superficie de 1968 m2 por planta, 7873 m2 en total. Presenta siete ejes principales en dirección larga

con claros iguales de 8.10 m y seis claros iguales de 8.10m en la dirección corta. En el perímetro las plantas

tienen columnas de 0.25 x 0.90 m espaciadas 2.70 m y con su eje longitudinal siempre perpendicular al borde

de losa. Así, en el perímetro se tienen 70 columnas de este tipo. En el interior existen columnas cuadradas de

0.70 x 0.70 m ubicadas en la intersección de los ejes principales. Este tipo de columnas suman 20 piezas. El

sistema de losa reticular tiene un espesor de 35 cm y una capa de compresión de 5 cm, superior e inferior, las

nervaduras tienen huecos de 50 x 90 cm. La losa se encuentra directamente apoyada sobre las columnas. La

altura de entrepiso es de 3.85m. El edificio fue construido a fines de la década de los años ochenta por lo que

para su diseño se usaron las normas de emergencia del Distrito Federal. La estructura está ubicada en el

suroriente del Distrito Federal, en la zona de lago. Los datos de resistencia de concreto y de refuerzo de

columnas se obtuvieron mediante estudios realizados recientemente. De acuerdo con estos estudios, la

resistencia de proyecto del concreto es de 250 kg/cm2.


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Figura 5. Planta tipo del edificio de Biblioteca

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Figura 6. Vista del edificio de Biblioteca

Figura 7. Vista del edificio de Biblioteca.


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Edificio A

El edificio A tiene uso de oficinas en el primer nivel con salones para reuniones y un único

pasillo que corre alrededor del nivel. En la planta baja se tiene el uso de la sala de cómputo

e igualmente de oficinas con un pequeño almacén. El edificio cuenta con baños en cada nivel

y es importante señalar que el primer nivel existe una terraza.

El edificio A tiene una planta rectangular de 43.65m x 36.45 m; la altura de la planta baja

corresponde a 3.65m y la altura del primer nivel es 3.34m, donde cada planta es soportada

por 41 columnas cuadradas de concreto reforzado de 45 cm x 45 cm, con losa plana aligerada

y con muros de mampostería que no participan en la estructura principal. Cuenta con un

hueco central con dimensiones diferentes entre el primer nivel y el nivel de azotea. La losa

de azotea tiene un hueco central de 11.2m x 11.18m y la losa del primer nivel tiene un hueco

central de 13.2m x 13.22m, además este nivel tiene otros dos huecos más que corresponden

a escaleras. Estas escaleras se encuentran en el extremo oeste y en el extremo este, sus

dimensiones son de 2.57m x 7.0m y 1.77m x 2.92m respectivamente.

Figura 8. Planta Baja del edificio A

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Figura 9. Primer Nivel del edificio A

Edificio S

El edificio “S” de la UAM-I se empezó a construir en el año de 1976 cuenta con aproximadamente con 11721.5

m² de construcción, es uno de los edificios más antiguos de la unidad, por lo que su construcción se realizó

antes del 1985 antes de las modificaciones a la normatividad en seguridad estructural. El edificio S tiene uso de

laboratorios y cubículos que se encuentran alrededor de los pasillos como también interiores, cuenta también

con hieleras, termos, refrigeradores de mediana y grande escala sobre los pasillos interiores y baños en cada

nivel ubicados cerca de las escaleras como en el norte y sur. Consiste de 3 niveles más el nivel de planta de

azotea. El edificio S tiene una planta rectangular de 65.35 m x 39.55 m; cada entrepiso tiene una altura de 3.6m,

donde cada planta es soportada por 56 columnas cuadradas de concreto reforzado de 55 cm x 55 cm, losa plana

aligerada y muros de mampostería que están desligados de la estructura principal. Cuenta con un hueco central

de 17.0 m x 17.0 m de nivel planta baja hasta nivel de azotea también en el extremo oriente nace un hueco de

5.0m x 7.1m a partir del primer nivel también cubierto con techumbre que llega hasta nivel de azotea, escaleras

ubicados en el norte y sur que comunican a cada nivel y un montacargas ubicado en el sur.


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Figura 10. Fachada Norte del edificio S

Figura 11. Fachada Sur del edificio S.

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Figura 12. Planta baja del edificio “S”.

Figura 13. Planta primer nivel del edificio S


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Figura 14. Planta segundo nivel del edificio S

Figura 15. Vista interior del edificio S

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Edificio R

El edificio “R” de la UAM-I, es uno de los primeros edificios construidos al inicio de la Universidad Autónoma

Metropolitana, este edificio tiene alrededor de los 40 años de antigüedad por lo que su construcción se realizó

antes del 1985, antes de las modificaciones a la normatividad en seguridad estructural.

El edificio R tiene un uso de laboratorios, oficinas y cubículos, los laboratorios en general se encuentran

ubicados alrededor de la parte central de la estructura, las oficias y los cubículos se encuentran en la periferia

del edificio, tiene baños en cada piso ubicados en las esquinas y otro a la altura de las escaleras del lado sur en

los pisos 1 y 2, el 3 piso tiene oficinas en esa posición. El edificio “R” es una estructura de 3 niveles.

Figura 16. Corte del edificio R, fachada Norte.

Figura 17. Fachada Sur del edificio R.

El edificio R tiene una planta rectangular de 47.9 m X 43.2 m, cada entrepiso tiene una altura de 3.25 m, donde

cada planta es soportada por 42 columnas cuadradas de concreto reforzado de 60 cm X 60 cm, losa plana

aligerada con casetones y muros de mampostería que están desligados de la estructura principal la cual es

mediante vigas y columnas de concreto reforzado. Cuenta con un hueco central de 21.6 m x 9.0 m el cual va de

la planta baja hasta nivel de azotea, escaleras ubicados en el norte y sur que comunican a cada nivel y un

montacargas ubicado en el lado sur del hueco central del edificio. El acceso peatonal del edificio se encuentra

de su lado Oriente, con dos puertas de acceso.


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Figura 18. Planta Primer Nivel del Edificio “R”.

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Figura 19. Planta 2° Nivel.

Edificio Q

El edificio es sensiblemente cuadrado con las siguientes medidas, de largo tiene 36m y el lado corto 30.8m.

Tiene una altura total de 8m y es de dos plantas únicamente. Tiene dos huecos el de las escaleras que es de

3.5x5m y un otro que es el área del mantenimiento de 15.4x23.1m. El edificio cuenta con un tipo de cimentación

de las llamadas compensadas (cajón), está formado por un sistema de marcos rígidos y losa reticular, la losa

tiene un peralte de 45cm. El sistema estructural cuenta con columnas que tienen una sección cuadrada de 45 x

45cm, con una altura de 3m libres, en las dos plantas. Cada planta tiene 24 columnas de este tipo. Existen 4

columnas que van desde la cimentación hasta la azotea con una altura de 6m con la misma sección antes

mencionada. Las vigas tienen una sección transversal de 45x45cm.

CONSIDERACIONES SISMO RESISTENTES

Al tener en cuenta que el uso de las edificaciones es escolar, las estructuras analizadas se clasifican dentro del

grupo A, de acuerdo con el artículo 139 del RCDF-2004 (Departamento, 2004). Las construcciones se ubican

dentro de la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa, ubicada en calle San Rafael Atlixco N°

186 Col. Vicentina Del. Iztapalapa C.P: 09340 México D.F. De acuerdo con su ubicación, las estructuras se

encuentran en la zona IIIb según la clasificación del RCDF-2004 en su artículo 170. En él se mencionan los

distintos tipos de materiales que componen el suelo del Distrito Federal y su clasificación. La zona IIIb se


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describe como lacustre, integrada por potentes depósitos de arcilla altamente compresible, separados por capas

arenosas con contenido diverso de limo o arcilla. Estas capas arenosas son de consistencia firme a muy dura y

de espesores variables de centímetros a varios metros. Los depósitos lacustres suelen estar cubiertos

superficialmente por suelos aluviales y rellenos artificiales; el espesor de este conjunto puede ser superior a 50

m. La zonificación sísmica del Distrito Federal se muestra en el mapa presentado en la figura 20. Para el

análisis detallado se consideraron tres tipos de acciones que actúan sobre la estructura en estudio: acciones

permanentes, acciones variables y acciones accidentales. Dentro de las principales acciones permanentes se

encuentra las cargas muertas que se definen como cargas verticales correspondientes al peso propio de la

estructura y al peso de los materiales que soporta la estructura tales como acabados, divisiones, fachadas, techos,

etc. En general las cargas muertas se pueden determinar con cierto grado de exactitud conociendo la densidad

de los materiales. Las acciones variables son aquellas originadas por el uso y ocupación de un edificio, que

pueden variar durante la vida útil de la estructura y no incluye cargas provocadas por efectos ambientales, la

principal acción es la carga viva que son las que ejercen los elementos que varían con el tiempo dentro del

edificio tales como: las personas, el inmobiliario, los equipos, etc. Finalmente, las acciones accidentales que

son generadas por fenómenos naturales, son las que aparecen esporádicamente en la vida de la estructura, como

el viento y sismo esto en el caso de nuestro país. Es necesario mencionar que las cargas accidentales que usaran

en el análisis detallado son las provocadas por sismo.

Figura 20. Zonificación del DF para fines de diseño por sismo

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MÉTODO SIMPLIFICADO PARA LA EVALUACIÓN RÁPIDA DE LA CAPACIDAD SÍSMICA DE EDIFICIOS DE CONCRETO

EVALUACION NIVEL 1

Para llevar a cabo esta revisión se utilizó el Método de Evaluación Simplificada propuesta por Iglesias (Iglesias

y otros, 1987). En este nivel se lleva a cabo un reconocimiento preliminar que se basa en una inspección visual

del inmueble, la función principal de este reconocimiento es proveer información rápida sobre los daños, la

identificación de las zonas de mayor afectación, lo cual permite clasificar su nivel de seguridad. La finalidad

de este primer nivel de evaluación es clasificar el edificio según su nivel de seguridad sísmica. A partir de esta

clasificación podemos decidir, si es necesario pasar al nivel N° 2. La recolección de la información se debe

realizar con ayuda del formato correspondiente al nivel # 1, y únicamente se requiere tener libre acceso al

edificio. Con los datos obtenidos de la inspección, se estiman algunas características básicas como el periodo

del edificio, las que de acuerdo con los criterios descritos en el manual de evaluación del nivel # 1, permiten

clasificar el inmueble de acuerdo con el nivel estimado de seguridad. Con esta clasificación es posible definir

si el nivel de seguridad es adecuado, si es necesario proceder a una evaluación con el nivel # 2, o si en definitiva

hace falta un análisis detallado (nivel # 3) que puede finalmente conducir a un proyecto de reparación o refuerzo.

Metodología

El procedimiento de evaluación consiste en asignar una calificación, a cada uno de cinco índices que representan

los aspectos más relevantes que afectan la seguridad sísmica de una construcción. Los índices propuestos son

los siguientes:

I. Estructuración en planta. Considera la distribución y rigidez de los elementos estructurales, así como las

características de la forma en planta del edificio.

II. Estructuración en elevación. Considera las características en elevación del sistema estructural, incluyendo la

estimación aproximada del periodo en función de la relación de esbeltez.

III. Cimentación. Identifica distintos problemas de movimientos de la cimentación que inciden en la estabilidad

de la estructura.

IV. Ubicación. Toma en cuenta la situación geográfica del inmueble dentro de la ciudad, así como su interacción

con los edificios colindantes.

V. Deterioro. Refleja el grado en que la capacidad sísmica ha sido afectada por sismos previos o por edad.

Cada índice se califica en tres niveles que asocian a los términos bajo, intermedio y alto, según la relevancia

del problema. En los siguientes incisos se proporciona una guía para realizar esta clasificación; sin embargo, es

esencial el criterio de la persona que la efectúa, sobre en la interpretación de la importancia con que los

conceptos que se involucran en cada índice se presentan en un edificio determinado. A la clasificación de cada

índice se asigna un valor numérico. La suma de las calificaciones correspondientes a los cinco índices define el

nivel de seguridad sísmica, del cual depende la necesidad de proceder a un nivel superior de evaluación.

Estructuración en planta

El aspecto principal por identificar es la asimetría en la disposición y rigidez de los elementos estructurales (y

de los supuestamente no estructurales que pueden contribuir a la rigidez), lo que da lugar a efectos de torsión

significativos. Además, la forma irregular en planta, así como la proporción de lado largo a corto excesiva y la

presencia de huecos de grandes dimensiones y en posición asimétrica, también resultan perjudiciales. La

estructura es simétrica y regular en planta, pero presenta un hueco para un montacargas en una esquina de la

estructura que no afecta en mucho en cuanto a la excentricidad, porque comparado con la dimensión en planta

es mucho menor.


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La torsión puede calificarse alta cuando da lugar a una excentricidad de más de 20% de la dimensión de la

planta en la dirección de la excentricidad. Pueden considerarse en este caso los edificios en esquina, con una o

dos colindancias con marcos rellenos por muros de mampostería, sin que existan elementos que compensen su

rigidez. También los que tengan un cubo rígido de elevadores y escaleras en posición fuertemente asimétricas.

Bajo la presencia de entrantes y salientes, especialmente en posición asimétrica, pueden calificarse alto si

exceden del 30% del área total en planta. En cuanto a la relación de lado largo a corto, esta se considera

intermedia cuando sea mayor que 3. Con estos antecedentes, la calificación de la estructuración en planta es

intermedia.

Estructuración en elevación

En este índice se incluye factores de distinta naturaleza asociados con las características del edificio en

elevación. En el caso del edificio T, la geometría en todos los niveles es la misma, las alturas de entrepiso son

iguales en todos los pisos, hay presencia de columnas cortas en un extremo de la estructura (ver figura 21).

Figura 21. Presencia de columnas cortas

Adicionalmente, la discontinuidad en geometría, rigidez y resistencia, puede calificarse alto, cuando se presente

una variación de estas características mayor a 30% en entrepisos consecutivos. Otros factores dignos de tenerse

en cuenta en la evaluación son: la doble altura de planta baja y la presencia de columnas cortas, que deben

penalizarse, así como la abundancia de muros divisorios en todos los pisos, distribuidos en forma simétrica, que

deberá mejorar la calificación de este índice.

Cimentación

Existen tres condiciones que inciden en la seguridad ante un sismo: el desplome, los asentamientos deferenciales

y la emersión o el hundimiento uniformes. A simple vista no se observaron ninguna de estas características,

pero de acuerdo a los estudios hechos anteriormente, el cajón de cimentación tiene

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desprendimiento de concreto en algunas zonas de la cimentación y corrosión del acero de refuerzo, esto porque

el nivel de aguas freáticas está prácticamente superficial. En la inspección que se hizo anteriormente se observó

que los elementos estructurales se encuentran en un estado regular. El desplome se calificará alto cuando exceda

de 2% de la altura total del edificio. Con respecto a los hundimientos diferenciales, se calificará alto cuando

exista una diferencia de nivel entre las bases de columnas contiguas igual o mayor que 0.8% de la distancia

entre las mismas. Para hundimientos o emersión se sugiere considerar alto un valor de 40 cm o mayor. Con

base en los datos obtenidos en campo para todas las estructuras, se les asignó una calificación de baja.

Ubicación

Al realizar la medición de la separación entre el cuerpo sur y el cuerpo central del edificio T, observamos que

esta es de 16 cm, superior a los 11.52 cm que solicita el RCDF-04. El otro factor es la colindancia con edificios

con los cuales pueda haber golpeteo durante el sismo. Se considera peligroso que existan edificios colindantes

a una separación menor que 0.006, 0.007 y 0.008 de la altura del menor, en las zonas de lomas, transición y

lago respectivamente, en especial si las alturas de los inmuebles son diferentes y no hay coincidencia en las

losas de todos los niveles. Bajo estos criterios se les asigna a todas las estructuras una calificación de bajo.

Deterioro

El punto dominante en este índice es la detección de daños por sismos previos. Se excluyen aquellos casos en

que se observen daños estructurales que de acuerdo con las normas de emergencia 1985 obliguen a una

separación mayor y que deberán ser reportados directamente a las autoridades, así como aquellos otros en que

se haya llevado a cabo una obra de reparación mayor siguiendo dichas normas, debidamente autorizada por las

autoridades del Distrito Federal. La estructura no presentaba daños evidentes en elementos estructurales, se

logra percibir en las columnas grietas por temperatura solamente. Esto puede deberse a que anteriormente los

daños ya se habían reparado. En los muros divisorios no presentaron grietas notables.

Los inmuebles tienen más de 30 años de haber sido construidos. Si existe evidencia de que el edificio ha sufrido

daños en elementos no estructurales únicamente, se asignará una calificación de intermedio. Si ha habido daños

estructurales causados por sismos anteriores, se calificará como alto si se ha efectuado una reparación local, o

intermedio si la reparación fue mayor. También intervienen el grado de degradación general de la construcción

por efectos ajenos al sismo. Si el inmueble tiene más de 30 años de edad, o bien se observan evidencias de un

mantenimiento deficiente como humedad, desprendimiento o deterioro de materiales, que afecten los elementos

estructurales, la calificación se aumentara en un nivel. La calificación asignada en este rubro es de intermedio.

Evaluación de nivel de seguridad

A la calificación de cada uno de los índices que intervienen en la evaluación, se le asignara una calificación

numérica “C” de acuerdo con la convención de la referencia. El nivel de seguridad será la suma de las

calificaciones correspondientes a los cinco índices. Para ambas estructuras esta suma es de 3. Como todas las

estructuras corresponden al grupo A del RCDF-04, entonces la categoría para ambos es la 2, por lo cual fue

necesario realizar la evaluación del nivel 2.

EVALUACIÓN NIVEL 2

Este nivel de evaluación se basa en el procedimiento desarrollado en la Universidad Autónoma Metropolitana

(Iglesias y otros, 1987) para la evaluación simplificada de la capacidad sísmica de edificios de concreto de

mediana altura. La información complementaria que se necesita, requiere de una inspección más detallada que

la correspondiente al nivel anterior, que ponga más énfasis en la detección de posibles daños ocultos o de

reparaciones previas, pero, sobre todo, que incluya las dimensiones de los claros, las alturas de entrepiso y las

secciones de todos los elementos de soporte (columnas y muros) en cada planta. Para recabar esta información

se deberá utilizar el formato correspondiente al nivel # 2.


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El Método Simplificado de Evaluación (MES) permite determinar el coeficiente de resistencia del edificio “k”.

Este valor se compara con el nivel de intensidad correspondiente a la zona en que se ubica el inmueble según

el mapa de intensidades del Distrito Federal para determinar su nivel de seguridad. Los criterios para aplicar

este procedimiento se encuentran en el manual de evaluación del nivel # 2. La descripción del uso del programa

se computadora que efectúa los cálculos, se localiza en el manual del usuario del programa MES-1.

La clasificación de la estructura correspondiente a este nivel de evaluación, permite definir si el nivel de

seguridad es adecuado o si es necesario proceder a una evaluación detallada que aclare la posible necesidad de

un proyecto de reparación o refuerzo. Es importante subrayar que la aplicación del MES en edificios de más de

10 niveles, que, aunque puede seguir siendo un parámetro indicativo del inmueble, pierde la precisión necesaria

para utilizarse como único elemento de juicio. En estos casos, será necesario apoyarse en mediciones in –situ

del periodo de la estructura, que junto con procedimientos aproximados de análisis permitan estimar su

flexibilidad.

El objetivo de este procedimiento de evaluación consiste en clasificar los edificios según su nivel estimado de

seguridad sísmica, en forma más precisa que el nivel # 1. Esta clasificación permite definir si el nivel de

seguridad es adecuado, o si se debe efectuar una evaluación detallada (nivel # 3) que determine finalmente a

necesidad de realizar un proyecto de reparación o refuerzo.

Metodología

El procedimiento parte del cálculo del coeficiente de resistencia k, en cada entrepiso del edificio y cuando

menos en dos direcciones:

k = 𝑉r𝑖𝑆𝑖 / 𝑉a𝑖

(1)

𝑉r𝑖 ∶ 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒𝑝𝑖𝑠𝑜 𝑖 𝑆𝑖 ∶ 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜𝑛

𝑉a𝑖 ∶ 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒, 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑛 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑖𝑠𝑚𝑖𝑐𝑜 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑

k representa el valor del coeficiente sísmico reducido por ductilidad, correspondiente a la falla. El menor valor

del coeficiente de resistencia define el entrepiso y la dirección más críticos, y es adoptado como representativo

de todo el edificio. La aplicación de este método de evaluación a varios cientos de edificios afectados por los

sismos de septiembre de 1985 ha permitido identificar las zonas de mayor intensidad sísmica en la ciudad de

México.Este nivel de evaluación requiere más información, y más detallada que el nivel#1, particularmente en

lo que se refiere a las dimensiones generales del edificio y de sus elementos de sustentación, y a la detección

de daños y obras de reparación. con este propósito es necesaria una visita adicional a la efectuada en el nivel #

1, en el cual, además de verificar la información ya obtenida, será necesaria una nueva inspección visual más

detallada, así como efectuar el levantamiento de la estructura conforme al formato correspondiente al nivel # 2.

Para el uso del programa MES-1 fue necesario calcular los pesos de entrepiso, el área de columnas, las alturas

de entrepiso. Como los edificios sólo tienen muros divisorios no estructurales, sólo el área de las columnas fue

considerada.Una vez calculado el coeficiente de resistencia k del edificio, es preciso obtener el coeficiente

correspondiente a la zona donde se ubique kz, de acuerdo con el mapa de la figura 20, en función del grupo A

o B a que pertenezca. La comparación de ambos valores permite clasificar el nivel de seguridad del inmueble

conforme a dos categorías.

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Coeficiente sísmico

De acuerdo a la tabla 3.1 de las normas técnicas complementarias para diseño por sismo tenemos para la Zona

IIIb que c = 0.45. Para las estructuras del grupo A, se incrementará el coeficiente sísmico en 50%, es decir, c =

0.45 x 1.5 = 0.675. Se usó Q = 2 pues es la que cumple con todos los requisitos necesarios. De acuerdo al

reglamento de las normas técnicas complementarias diseño por sismo en la sección 6.1 la estructura regular

debe satisfacer 11 puntos de los cuales nuestras estructuras no cumplen con algunos. A partir de lo anterior y

de acuerdo con la sección 6.4 de las NTCS-04 El factor de reducción Q’, definido en la sección 4.1, se

multiplicará por 0.9 cuando no se cumpla con uno de los requisitos 1 a 11 de la sección 6.1, por lo cual Q = 0.9

x 2 = 1.8. Así, cs = c/Q = 0.675/1.8, por tanto cs = 0.375.

Tabla 1. Valores de k obtenidos para las estructuras en ambas direcciones.

Edificio k (n-s) k(e-o)

T CUERPO SUR 0.0808 0.1683 T CUERPO NORTE BIBLIOTECA EDIFICIO A EDIFICIO S EDIFICIO R EDIFICIO Q

0.0789 0.3589 0.2223 0.0592 0.1757 0.142

0.1643 0.3558 0.2223 0.0917 0.2416 0.1420

Se considerará que el nivel de seguridad es adecuado en aquellas estructuras cuyo coeficiente de resistencia las

ubique en la categoría 1. En los casos en que el nivel de seguridad se encuentre en la categoría 2, deberá

efectuarse una evaluación detallada (nivel # 3) que defina si es o no necesario un proyecto de reparación o

refuerzo. Con los coeficientes de resistencia obtenidos en este nivel de evaluación, fue evidente para ambas

estructuras los escases de resistencia comparada con el coeficiente establecido en las normas técnicas

complementarias por lo que se efectuó una evaluación detallada.

MEDICIÓN DEL PERIODO NATURAL DE VIBRACIÓN

Con el objetivo de determinar experimentalmente los primeros periodos naturales de vibración de las estructuras

se registró la vibración ambiental en las azoteas. Se colocaron sensores en cada estructura, dos ortogonales en

la dirección longitudinal y transversal respectivamente, colocados en el centroide de la planta, en tanto que otro

sensor se colocó en uno de los extremos lejanos en dirección transversal. Con ese arreglo se tomaron quince

lecturas de 60 segundos cada una, a 200 mps. El equipo utilizado fue una grabadora digital Kinemetrics Altus

K2, tres sensores acelerométricos FBA-11 de la misma marca, un computador portátil y cables necesarios (ver

figura 22).

Figura 22. Equipo utilizado para el registro de la vibración ambiental


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Figura23. Espectro de Fourier correspondiente al canal centroidal longitudinal del cuerpo Sur.

Figura 24. Espectro de Fourier correspondiente al canal centroidal transversal del cuerpo Sur.

Figura 25. Espectro de Fourier correspondiente al canal extremo transversal del cuerpo Sur.

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El sensor correspondiente al canal 1 midió los movimientos en la dirección larga de la estructura, el canal 2

midió los movimientos en la dirección corta y el canal 3 en dirección corta en el extremo de la planta. A partir

de los registros obtenidos se calcularon los espectros de Fourier (Bendat, 1980) para cada evento y canal, así

como los espectros de Fourier promedio. Para cada canal se obtuvieron 15 espectros de Fourier a partir de los

correspondientes eventos registrados. Se aplicó previamente un filtro pasa-banda para eliminar principalmente

frecuencias altas que pudieran dificultar la lectura de los espectros (Kinemetrics, 1989). Una vez obtenidos los

15 espectros por canal, se calculó el espectro promedio. Es importante mencionar que en la Unidad Iztapalapa

de la UAM opera desde hace años una estación acelerométrica de campo libre y recientemente se instaló otra

de superficie y pozo, esta con 6 canales de registro. A partir de los acelerogramas que se han registrado en

ambas estaciones se sabe que el periodo natural de vibración del suelo en la zona es de 1.64 segundos, lejos del

periodo de las estructuras estudiadas.

Resultados

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos mediante vibración ambiental para el cálculo del periodo

fundamental de vibración del edificio.

Tabla 2. Periodos fundamentales de vibración obtenidos experimentalmente.

Edificio Periodo Fundamental, T (seg) Modo

Edificio T1 0.656 TRANS

Edificio T2 0.610 TRANS

Biblioteca 0.662 TRANS

Edificio A 0.370 TRANS

Edificio S 0.726 TRANS

Edificio R 0.560 LONG

Edificio Q 0.535 LONG

EVALUACIÓN DETALLADA

Las estructuras pueden analizarse por sismo según sea sus características, los tipos de análisis pueden ser el

método simplificado, el método estático y uno de los dinámicos, los primeros métodos de análisis mencionados

anteriormente tienen limitaciones, en el caso de la Ciudad de México las establecen las NTCS - 2004. El método

simplificado requiere para su aplicación de condiciones específicas que las construcciones en estudio no

presentan, por lo cual no fue utilizado.

En las NTCS-2004 se establece que los métodos dinámicos pueden utilizarse para el análisis de toda estructura,

cualesquiera que sean sus características. El método estático puede utilizarse para analizar estructuras regulares,

de altura no mayor a 30 m y estructuras irregulares de no más de 20 m. Para edificios ubicados en la zona I, los

límites anteriores se amplían a 40 m y 30 m, respectivamente. Con las mismas limitaciones relativas al uso del

análisis estático, para estructuras ubicadas en las zonas II ó III también será admisible emplear los métodos de

análisis del apéndice A de las NTCS 2004, en los cuales se tienen en cuenta los periodos dominantes del terreno

en el sitio de interés y la interacción suelo – estructura. El método de análisis que se usara para la evaluación

detallada de la estructura es el estático. Considerando que se trata de una estructura mediana, del grupo A, que

es uniforme en elevación.

Para el análisis teórico del comportamiento estructural del edificio, se llevó a cabo la recopilación de los datos

del proyecto. Con ellos se construyó un modelo de computadora para un análisis estructural estático, que

considera las propiedades mecánicas y geométricas, así como las dimensiones de los elementos estructurales

que conforman la edificación.


22

MODOS DE VIBRAR DE LA ESTRUCTURA

Se obtuvieron periodos de vibrar con el programa de cómputo. Se aplicó tanto carga muerta como carga viva

reducida de acuerdo a las condiciones. Posteriormente también se calcularon los periodos cuando se aplicó la

carga viva instantánea (tabla 4).

CALCULO DE LA RESISTENCIA DE LOS EDIFICIOS

Se calcularon las fuerzas sísmicas de acuerdo con el método estático, para después aplicarlas a los modelos de

computadora y hacer las 32 combinaciones para sismo y una combinación por cargas gravitacionales. Después

se le pidió al programa que evaluara todas las columnas, así como el cálculo de los periodos naturales de

vibración. En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos a este respecto.

Tabla 3. Periodos fundamentales de vibración obtenidos analíticamente.

Edificio Periodo fundamental de

vibración, T (seg)

Edificio T1 0.691 Edificio T2 0.687 Biblioteca 0.712 Edificio A 0.486 Edificio S 0.789 Edificio R 0.518 Edificio Q 0.540

A la relación de cortante basal resistente y cortante basal obtenido en el método estático se le conoce como

coeficiente de resistencia. Se calculó este coeficiente para poder compararlo con el obtenido con el método de

evaluación simplificado.

ANALISIS DE RESULTADOS

COMPARACIÓN DEL COEFICIENTE DE RESISTENCIA

El resultado obtenido con el método de evaluación simplificada puede ahora ser comparado con el obtenido en

la evaluación detallada. Por ejemplo, para el cuerpo T sur:

kd = 0.27

Coeficientes de resistencia arrojado por el programa MES-1

Dirección N-S

kn-s = 0.0808

Dirección E-O

ke-o = 0.1683

Comparación:

kd = 0.27 > K = 0.0808

kd = 0.27 > K = 0.1683

Para el cuerpo T norte:

kd = 0.27

23


Coeficientes de resistencia arrojado por el programa MES-1

Dirección N-S

kn-s = 0.0853

Dirección E-O

ke-o = 0.1791

Comparación:

kd = 0.27 > K = 0.0853

kd = 0.27 > K = 0.1791

En la tabla 2 se resumen los resultados obtenidos:

Tabla 2. Valores de k obtenidos con el modelo de cómputo y con el MES.

Edificio K etabs K norte-sur K este-oeste

T1 0.27 0.0808 0.1683 T2 0.27 0.0853 0.1791

BIBLIOTECA 0.38 0.3589 0.3558 EDIFICIO A 0.375 0.2223 0.2223 EDIFICIO S 0.151 0.0592 0.0917 EDIFICIO R 0.333 0.1757 0.2416 EDIFICIO Q 0.175 0.142 0.142

Podemos notar que el método de evaluación simplificado (MES) nos da una muy buena aproximación de la

resistencia del edificio además de que es muy conservador. Por lo tanto, es confiable usar este método para una

evaluación rápida y saber la vulnerabilidad del edificio. Así también para poder decidir si es necesaria una

evaluación detallada.

CONCLUSIONES

Fue posible determinar que ninguna de las estructuras estudiadas cumplen con las actuales normas para el

Distrito Federal en cuanto a resistencia por sismo. El Método de Evaluación Simplificada (MES) pudo

identificar conservadoramente esa escases de resistencia en todos inmuebles de una manera rápida, de tal forma

que por ese método como por el detallado se llegó a la misma conclusión en el sentido que las estructuras están

escasas de resistencia. Evidentemente se recomienda que se haga una propuesta de refuerzo que incremente la

resistencia sísmica de todos cuerpos de acuerdo con la nueva norma.

Adicionalmente fue posible determinar tanto analítica como experimentalmente los primeros periodos naturales

de vibración de todos los cuerpos. Fue posible determinar que afortunadamente los periodos naturales de

vibración de las estructuras son muy diferentes del periodo natural de vibración del suelo, por lo cual el riesgo

de resonancia estructural no se presenta.

BIBLIOGRAFIA

Bendat J. and Piersol A. (1980). “Engineering Applications of Correlation And Spectral Analysis”. Wiley

Interscience. New York, N.Y.

Departamento del Distrito Federal (2004), “Reglamento de Construcciones del Distrito Federal”. Gaceta

oficial del DF.


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A”. X Congreso Nacional de Ingeniería Estructural. 16 a 19 de noviembre de 1996. Mérida Yucatán, México.

Iglesias J., Aguilar J., Mota O. y Terán A. (1987) “Intensidad del sismo de 1985 en la Ciudad de México”.

Primer Simposio Nacional de Ingeniería Sísmica. Zihuatanejo, México.

Kinemetrics Inc., (1989). “SWS-1: Seismic Workstation Software”.

Ramírez M. y Guerrero J. J., (2000) “Inventario de las propiedades dinámicas de 6 edificios de la UAM-

A”. Memorias del XII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural. León, Gto.

revision estructural de siete edificios de … · las dos construcciones tienen cuatro niveles y...

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