universidad de guayaquilrepositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/33208/1/pico... · 2018. 9. 28. ·...

1

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

TRABAJO DE TITULACION

PREVIO A LA OBTENCION DEL TITULO DE

INGENIERO CIVIL

ESTRUCTURAS

EVALUACIÓN ESTRUCTURAL LINEAL DE DOS BLOQUES DE

AULAS DE LA PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR

SEDE ESMERALDAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA

CAPACIDAD ESTRUCTURAL.

AUTOR

JOHNNY RENÉ PICO SÁNCHEZ

TUTOR

ING. CARLOS CUSME VERA

Año

2017

GUAYAQUIL - ECUADOR

ii

Agradecimiento

Quiero agradecer a toda la gente que inculco en mí los buenos hábitos de

superarse cada día sin importar las dificultades. A toda mi familia que supo darme sus

consejos, su apoyo económico cuando se amerito y sus buenos deseos para mí.

También agradezco a todos los maestros desde mi escuela hasta los de esta

universidad que dieron lo mejor de ellos mismo para que pueda adquirir sus

conocimientos que me servirá desde hoy en adelante en mi vida profesional para

desenvolverme de la mejor manera posible.

iii

Dedicatoria

Todo este trabajo donde concluye mi último esfuerzo en fase de culminación de

curso académico superior, previo a obtener el título de ingeniero civil, está dedicado

a Dios, ha estado siempre conmigo, más aun cuando yo necesite de èl sin importar

lo difícil he imposible que fuera, me siento bendecido por llegar hasta aquí y por querer

seguir adelante con más proyectos en mente. De forma muy especial y de corazón se

lo quiero dedicar a dos personas que jamás dudaron de mí y me apoyaron de forma

incondicional, sin preguntar, sin jugar, tan solo por mi felicidad y consistencia en el

estudio, esto es por ti madre querida Magaly del Roció Sanchez Fernández y por mi

padre querido Jonny Iván Pico Menéndez, también le agradezco a mi hermosa familia

Sanchez porque siempre estuvieron ahí cuando más los necesite y concluyo con el

agradecimiento a Keivy Michelle Chávez García quien fue mi impulsadora espiritual

en este bello camino.

iv

Declaración expresa

De conformidad con el artículo XI del Reglamento Interno de Graduación de la

Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.

“La responsabilidad del contenido de esta tesis de grado, me corresponde

exclusivamente al autor y al patrimonio intelectual de la misma a la Universidad de

Guayaquil”.

_______________________________________ JOHNNY RENÈ PICO SÀNCHEZ

080421463-3

vii

Tribunal de graduación

Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M. Sc. Ing. Carlos Cusme Vera, M.Sc DECANO TUTOR

Ing. Leonardo Palomeque Freire,M.Sc Ing. VOCAL VOCAL

viii

Índice

Capítulo I

1.1. Planteamiento del problema ……………………….………………………..……..1

1.2. Formulación y sistematización ……………………………………….…….……...3

1.3. Objetivos de la investigación ……………………………………………….……...4

1.3.1. Objetivo general …………………………………………………………….……….4

1.3.2. Objetivos específicos ……………………………………………………………….4

1.4. Justificación ………………………………………………………………………….5

1.4.1. Delimitación del problema ………………………………………………………….5

1.5. Limitación del problema …………………………………………………………….7

Capítulo II

2.1. Antecedentes de la investigación…………………………………………………..…8

2.2. Marco teórico………………………….………………………………………………...9

2.2.1. Generalidades sismo resistente ……………………………………………………9

2.2.2. Filosofía del diseño ……………………………………………………………..…10

2.2.3. Categorías fundamentales………………………………………………………....11

2.2.3.1. Conceptos básicos………………………………………………………………..11

2.2.3.1.1. Estructura……….……………………………………………………………….11

2.2.3.1.2. Memoria…………………………………………………………………………11

2.2.3.1.3. Planos…………………………………………………………………………...11

2.2.3.1.4. parámetros de diseño …………………………………………………………12

2.2.3.1.4.1. Diseño estructural……………………………………………………………12

2.2.3.1.4.2. Distribución y concentración de masas……….……………………..…….12

2.2.3.1.4.3. Simetría.…………………………………………………...……………...…..12

ix

2.2.3.1.4.4. Altura de piso ………..……………………………………………………….12

2.2.3.1.4.5. Rigidez……………………..………………………………………………….13

2.2.3.1.5. Calidad de los materiales……..……………………………………………….13

2.2.3.1.5.1. Cemento…………..…………………………………………………………..13

2.2.3.1.5.2. Concreto reforzado…………………………………………………………..13

2.2.3.1.5.3. Resistencia y deformación del concreto reforzado a compresión………14

2.2.3.1.5.4. Módulo de elasticidad...………………………………...……………………15

2.2.3.1.5.5. Agregados ……………………………………………………………………15

2.2.3.1.6. Requerimientos de diseño sismo resistente ………………….…………….15

2.2.3.1.6.1. Cortante basal de diseño ……………….………………………………….15

2.2.3.1.6.2. Periodo de vibración (T)……..………………………………………..........15

2.2.3.1.6.3. Criterios de definición de R………………………………………...……….17

2.2.3.1.6.4. Separación entre estructuras adyacentes ……………….……………….17

2.2.3.1.6.5. Bases del diseño.…………………………………………………………….18

2.2.3.1.6.6. Desempeño sísmico…………………………………………….……………18

2.2.3.1.6.7. Análisis estático………………………………………………………………18

2.2.3.1.6.8. Análisis dinámico……………………………………………………………..18

2.2.3.1.6.9. Diseño de estructuras...………………………..……………………………19

2.3. Marco contextual...………………...………………………………………………….19

2.4. Marco conceptual……………………………………………………………………..21

2.5. Marco legal…………………………………………………………….………………25

Capitulo III

3.1. Marco metodológico……..…………………………….………………….…………..26

3.1.1 Variables…………………………………………………….………….…………….26

3.1.2. Operacionalizacion de variable….……….…………….………………………….27

x

3.1.3. Métodos………………………………….…………………………………………..27

3.1.3.1. Métodos inductivo………….…………………….……………………………….27

3.1.3.2. Métodos deductivo…………………………….………………………….………27

3.1.4. Marco descriptivo….………………………….……………...……………….…….28

3.1.4.1. Metodología……………..…………………….……………………………….….28

Capítulo IV

4.1. Desarrollo…………….………………………………………………………….…….29

4.2. Estructura de los edificios ……………………………………………………….…..29

4.3. Trabajos realizados …………………………………………………………………..31

4.3.1. Levantamiento estructural………...……………………………………………….31

4.3.2. Revisión estructural……………….……………….…………………..……….…..32

4.3.3. Medición de la resistencia con el esclerómetro………………………………….33

4.3.4. Medición de la resistencia mediante extracción de núcleos……….…….…….35

4.4. Analisis y evaluación estructural…………………………………………………….36

4.4.1. Asignación de datos………………………………………………….……………..36

4.4.2. Ejecución de datos……………………...…………………………………………..39

4.4.2.1. Masa participativa……………………………………………….…………….….39

4.4.2.2. Revisión de la fuerza cortante mínima………………………………………….40

4.4.2.3. revisión de las derivas de piso………………………………….……………….44

4.4.2.4. Revisión de la cuantía de acero en los elementos estructurales……………45

4.5. Diagnostico…………………………………………………………………………….65

4.6. Una propuesta como solución para las derivas y cuantías de acero……………65

4.7. Conclusiones………………………………………………………….……………….71

4.8. Observaciones………………………………………………………………...………71

Bibliografía

xi

Índice de ilustraciones

Ilustración 1: Zona señalada como alta actividad volcánica…………………………1

Ilustración 2: Daños estructurales de un edificio después de un sismo…………….2

Ilustración 3: Daños no estructurales de un edificio después de un sismo………...2

Ilustracion 4 : Bloque A……………...……………………….…………………………...6

Ilustracion 5 : Bloque B………………………....………………………………………...6

Ilustracion 6 : Ubicación………………..............………………………………………..7

Ilustracion 7 : Resistencia y deformación del concreto y acero…………….…………14

Ilustración 8: Dimensionamiento del bloque A………………..……………….……….30

Ilustración 9: Dimensionamiento del bloque B………………...………………………30

Ilustración 10: Desprendimiento del enlucido…………..……………………….……..32

Ilustración 11: Espectro elástico…………………………………………………………37

Ilustración 12: Espectro elástico…………………………………………………………37

Ilustración 13: Coeficiente de corte en la base (C)……………………………………38

Ilustración 14: Cuantías de acero en columnas del eje 4…………………………….45

Ilustración 15: Cuantías de acero en columnas del eje 1…………………………….45

Ilustración 16: Cuantías de acero en vigas de elevación 1………….……………….46

Ilustración 17: Cuantías de acero en vigas de elevación 2……….………………….46

Ilustración 18: Cuantías de acero en vigas de elevación 3…………………………..47

Ilustración 19: Cuantías de acero en vigas de la cubierta……………………………47

Ilustración 20: Cuantías de acero en columnas del eje V…………………………….57

Ilustración 21: Cuantías de acero en columnas del eje W……………………………57

Ilustración 22: Cuantías de acero en vigas de elevación 1…………………………..58

Ilustración 23: Cuantías de acero en vigas de elevación 2…………………….…….58

xii

Ilustración 24: Cuantías de acero en vigas de elevación 3………….……………….59

Ilustración 25: Cuantías de acero en vigas de la cubierta……………………………59

Ilustración 26: Capacidad estructural de las diagonales en los ejes K y R…………..66

Ilustración 27: Capacidad estructural de las diagonales en los ejes 1 y 4……..…..66

Índice de tablas

Tabla 1: Tipo de estructura………………………………………………….………..…..16

Tabla 2: Tipos de variables……………………………………………………….………27

Tabla 3: Niveles de daños………………………………………………………….……..32

Tabla 4: Reporte ensayo de elementos de hormigón armado con esclerómetro -

ASTM C805…………………………………………………………………………………34

Tabla 5: Informe de prueba resistencia de núcleos de hormigón……..........………35

Tabla 6: Periodos por modo en estructura A……………………………………….…..40

Tabla 7: Participación de masa…………………………………………………….……..40

Tabla 8: Periodos por modo en estructura B……………………………………….…..41

Tabla 9: Participación de masa…………………………………………………….……..41

Tabla 10: Análisis estático……………………………..………………………………….42

Tabla 11: Análisis dinámico……………………………………………………………....42

Tabla 12: Análisis estático………………………………………………………………...43

Tabla 13: Análisis dinámico……………………………………………………………....43

Tabla 14: Máximas derivas……………………………………………………….………44

Tabla 15: Máximas derivas………………………………………………………….……44

Tabla 16: Cuantía de acero estructural en columnas………………………………….48


xiii

Tabla 18: Cuantía de acero estructural en vigas……………………………………….52








Tabla 26: Cuantías de acero estructural en columnas (con diagonales)…………….67

Tabla 27: Cuantías de acero estructural en vigas (con diagonales)………………….69

Tabla 28: Derivas máximas reducidas..………………………………………………….70

xiv

Resumen

Resaltando el principal problema sobre la capacidad estructural que deben de tener

estas dos edificaciones bajo excitación sísmica por haber sido construidas con

normas de menor grado de rigurosidad, se realizaron análisis de campo, software y

matemáticos. El análisis de campo brindó datos esenciales como la visualización de

ausencia de daños estructurales como no estructurales y el estado de los materiales

para la determinación del nivel de capacidad del hormigón y del hierro que se

utilizaron como datos en la modelación en ETABS. En dicho programa se realizaron

análisis estáticos y dinámicos que fueron interpretados matemáticamente bajo las

normas NEC-15. La determinación del nivel de capacidad de estas estructuras

permitió un análisis posterior con una solución como alternativa para el correcto

comportamiento cumpliendo con las normas NEC-15.

xv

Summary

Highlighting the main problem regarding the correct level of capacity that these two

buildings must have under earthquake excitation because they have been built with

less rigorous standards, field, software and mathematical analyzes are carried out.

The field analysis is not available and is the state of the elements for the determination

of the capacity level of the concrete and the iron that are used as data in the modeling

in ETABS. In the ETABS, static and dynamic analyzes were performed that were

interpreted mathematically under NEC-15 standards. The determination of the

capacity level of these structures allows a subsequent analysis with an alternative

solution for the correct behavior of the structures that comply with the NEC-15

standards.

xvi

Introducción

A través de la historia se ha constatado daños muy severos en obras civiles,

causados por eventos sísmicos. Es por esta misma circunstancia que me ha llevado

a tomar la iniciativa de realizar una evaluación estructural para mejorar su nivel de

seguridad y confianza, sabiendo que existe un análisis de respaldo.

No hay como prevenir un sismo, depende del comportamiento de la naturaleza que

todavía no podemos definir. Para nosotros en general nos sigue pareciendo algo

espontaneo, como por ejemplo el evento de un sismo, cuando gran cantidad de

energía es liberada y recorre por medio de sus ondas sísmica la corteza de la tierra,

donde se pone en contacto con las estructuras que están adheridas a ella y por ende

también son víctimas de la disipación de la energía sísmica en sus partes más

vulnerables. Por estos comportamientos naturales en nuestro suelo, es que siempre

estamos realizando evaluaciones estructurales que después de estos eventos, siga

brindando el mismo grado de seguridad. En esta investigación, analizaremos la

estructura mediante un análisis lineal dinámico espectral, para poder determinar la

capacidad estructural de dichas estructuras.

En Ecuador no abundan las estructuras esenciales sino más bien las comunes y

especiales, estamos hablando de viviendas, restaurantes, centros educativos

oficinas, hoteles etc., en las cuales la mayoría son edificios pequeños y de mediana

altura, con un promedio de cinco o diez pisos. Este documento trata de demostrar la

necesidad de realizar análisis estructurales, cerciorándose de que el comportamiento

de la estructura frente al evento sísmico sea el esperado, reduciendo la posibilidad de

un colapso.

1

Capítulo I

1.1. Planteamiento del problema.

Para los ingenieros civiles siempre ha sido un problema diseñar una estructura muy

dúctil y resistente a la vez, que resista varios eventos sísmicos sin que sufra daños,

independientemente del material que se quiera utilizar para la construcción, es muy

complicado diseñar una estructura que oscilé con la mínima intensidad o que resista

la liberación de la energía sísmica sin que sufra daños, como puede darse en este

país Ecuador. El problema en la presente investigación es la determinación del nivel

de capacidad de las estructuras para cerciorarnos del correcto comportamiento de

dichas estructuras bajo un nuevo inesperado evento sísmico.

Ilustración 1: Zona señalada como alta actividad volcánica

Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Cintur%C3%B3n_de_Fuego_del_Pac%C3%ADfico

Al estar ubicados en el cinturón de fuego, nos vemos en la necesidad de realizar

análisis estructurales a edificaciones que fueron construidas bajo normas de menor

grado de rigurosidad, la mayoría de ellas no cumplirán con las normas actuales de la

construcción y por ende será muy complicado que tengan un correcto comportamiento

bajo las exigencias actuales.

2

Al determinar el nivel de capacidad de dichas estructuras, se podrán tomar medidas

para el correcto reforzamiento de ser necesario, evitando así posibles daños

estructurales.

Ilustración 2: Daños estructurales de un edificio después de un sismo.

Fuente:https://www.reclamos.cl/reclamo/2010/mar/inmobiliaria_viva_graves_da_os_estructurales

_en_condominio_sol_oriente_i_y_ii_macul

Ilustración 3: Daños no estructurales de un edificio después de un sismo.

Fuente:https://www.reclamos.cl/reclamo/2010/mar/inmobiliaria_viva_graves_da_os_estructurales

_en_condominio_sol_oriente_i_y_ii_macul

Estos daños estructurales y no estructurales dentro de cualquier edificio, complica

a las edificaciones que están destinada a la Ocupación Inmediata, quedando a veces

inhabitable por un largo periodo, hasta restaurar todo para poder seguir en sus

3

labores, esto causa lógicamente pérdidas materiales, financieras y hasta humanas,

que es lo primordial que se quiere llegar a evitar.

Las infraestructuras se degradan y pierden su capacidad estructural, con el paso

del tiempo, los golpeteos y los sismos de gran intensidad, etc. Esta degradación incide

con el tiempo en la perdida de resistencia de la estructura, la cual va disminuyendo a

medida que los elementos van sufriendo daños por causas de excesivas

deformaciones cuando incurren en el rango inelástico.

1.2. Formulación y sistematización.

La provincia de Esmeraldas es una de las zonas de mayor riesgo por fenómenos

sísmicos, por esta razón se ven en la obligación de realizar evaluaciones estructurales

en especial a edificaciones construidas con un menor grado de rigurosidad, al

presentarse este fenómeno, las estructuras pueden sufrir daños internos en cualquier

elemento estructural y si después del terremoto no se le ha realizado la respectiva

evaluación , la estructura no brindara la seguridad necesaria para poder soportar un

nuevo evento sísmico raro(DE DISEÑO). Las edificaciones que no cumplan con un

buen comportamiento y resistencia, se deberá realizar un nuevo análisis estructural

en el que se incluya la propuesta de reforzamiento estructural requerido basado en

las normas ACI, NEC 15, etc., entonces se le añadirá mayor resistencia y rigidez a la

estructura brindando la seguridad requerida. En el Ecuador no es común realizar

evaluaciones estructurales sísmicas pero luego del terremoto ocurrido el pasado 16

de abril del 2016 las metodologías para analizar las estructuras han mejorado en su

contexto general generando un gran avance.

4

1.3. Objetivos de la investigación.

1.3.1. Objetivo general.

Determinar la capacidad estructural de los edificios mediante un análisis lineal

dinámico espectral.

1.3.2. Objetivos específicos.

Verificar el correcto desempeño sísmico en ambas estructuras.

Verificar una solución de ser necesario para el correcto desempeño sísmico.

Elaborar un informe sobre las condiciones actuales de las estructuras.

Elaborar un informe sobre las condiciones de la estructura con la solución

verificada.

5

1.4. Justificación

En la historia de la humanidad los sismos han ocurrido constantemente, el

terremoto del 16 de abril del 2016, ocasiono daños materiales y humanos en la zonas

de Manabí y Esmeraldas, provocando serios complicaciones en las estructuras

construidas en las zonas de desastre, razón por la que se deben realizar una

respectiva evaluación estructural, con el fin de reducir los riesgos provocados por los

sismos, ya que el Ecuador es una zona de potencial riesgo telúrico, el riesgo sísmico

es la probabilidad de pérdidas y amenazas telúricas que pueden afectar a las

edificaciones e incluso producir daños a terceros que involucraría la vida de los seres

humanos.

La presente investigación tendrá relevancia social, porque contribuirá con el

desarrollo de las evaluaciones estructurales sísmicas que deben realizarse para

brindar la seguridad tanto de materiales como de vidas humanas ocasionados por los

movimientos telúricos que producen daños en las edificaciones.

1.4.1. Delimitación del problema.

Dejar en claro los beneficios que trae realizar este análisis estructural sísmica en

las estructuras, por su colaboración para verificar o mejorar su comportamiento frente

a cualquier evento sísmico, reduciendo el riesgo de pérdidas humanas y

disminuyendo la posibilidad severa de un colapso. No obstante averiguaremos la

cuantificación de refuerzo de ser necesario con su debida aplicación reduciendo los

daños que se puedan producir a futuro con un nuevo evento sísmico.

6

El estudio se basa en el análisis de las estructuras de dos bloques de la “Pontificia

Universidad Católica sede Esmeraldas” ubicada en las calles Eugenio Espejo y Eloy

Alfaro después del gran fenómeno telúrico en nuestro país el pasado 16 de abril del

2016, para verificar el cumplimiento de las normas ACI- 318-14 y la NEC-2015.

Ilustracion 4 : Bloque A

Fuente: Johnny Rene Pico Sanchez

Ilustracion 5 : Bloque B

Fuente: Johnny Rene Pico Sanchez

7

Ilustracion 6 : Ubicación.

Fuente: Google Earth

1.5. Limitación del problema

Una de las limitaciones en el presente trabajo de investigación es la poca

información existente, ya que no se disponen de libros relacionados en la biblioteca

ni en los medios correspondientes, por lo que se ha tenido que recurrir a fuentes

externas como consulta a expertos, información en páginas de internet y verificación

de resultados a través de programas estructurales, ssp y otros. También se ha

encontrado limitación por la poca disponibilidad de recursos monetarios, debido a la

actual crisis.

8

Capítulo II

2.1. Antecedentes de la investigación.

Según la experiencia internacional recién hace ocho décadas atrás

aproximadamente se toma los procedimientos para el análisis y diseño de edificios

considerando las cargas sísmicas. Donde (Tecnológico, 2011) publica que:

“Para edificios, los efectos sísmicos fueron incorporados por primera vez en el

Uniform Building Code (UBC) de 1927 en EEUU. Sin embargo, el código no prescribía

requerimientos de diseño. Los requerimientos de diseño se incorporaron en el código

de 1930, los que establecían que los edificios debían ser diseñados para resistir una

fuerza horizontal F aplicada en cada nivel, definida como F=CW, donde C es un

coeficiente sísmico y W es el peso muerto más la carga viva ubicada sobre el nivel

considerado.”

Así es como se da a conocer los EEUU por ser uno de los primeros en reconocer

la fuerza sísmica que se somete una estructura cuando se presenta un evento

sísmico, comienzan el estudio para reforzar las estructuras dimensionándolas de

mejor manera con los reglamentos ya dispuestos. Japón no se queda atrás, siendo

una más de las potencias mundiales y perjudicadas por los terremotos ya ocurridos

hasta esa época, también comienza a investigar y desarrollar los sistemas de

protección sísmica. La historia de cómo surgió la idea para los principios básicos en

el desarrollo de estos sistemas de protección, comienza muchos años atrás donde la

ingeniería por sus construcciones era lo único que destaca a un rey después de su

poder económico.

9

En las últimas décadas Japón, Estados Unidos, Chile, México y la mayoría de los

países que están en el cinturón de fuego han sufrido sismos con una magnitud mayor

que los 5.5 en la escala de Richter, por ende han sufrido daños desde los más ligeros

causando pérdidas parciales hasta daños severos causando pérdidas humanas. Es

aquí donde las principales potencias mundiales que se vieron perjudicadas,

comenzaron a realizar evaluaciones estructurales para la verificación del estado en el

que se encontraban después del evento sísmico para que posteriormente se pueda

realizar el reforzamiento adecuado de ser requerido.

2.2. Marco teórico.

2.2.1. Generalidades sismo resistentes.

Desde épocas atrás el desarrollo tecnológico y de la ingeniería se ha desarrollado

a gran escala, y en la ingeniería civil se ha avanzado en los análisis estructurales de

Sismo-Resistencia más aun en sitios de gran riesgo sísmico como es el caso de

Esmeraldas y toda la zona costera de Ecuador. Motivo por el cual es necesario que

los cálculos se manejen con normas y técnicas modernas en cada uno de los análisis,

garantizando su comportamiento con la máxima seguridad posible. En la actualidad

se realizan análisis Sismo-Resistentes para estructuras que van a ser construidas,

pero existe una escasez de análisis en las edificaciones ya construidas, pero se las

puede obtener con una gama de resultados que reflejan la respuesta real de la

estructura.

10

2.2.2. Filosofía del diseño.

Siempre vale recordar y priorizar los fundamentos de la filosofía del análisis sismo-

resistente con los siguientes tres niveles de comportamiento de las ADECUADAS

ESTRUCTURAS SISMO-RESISTENTES que son:

Para EVENTOS SISMICOS CON NIVELES DE INTENSIDAD LEVE, tales como

los varios que cada año tenemos en nuestro país no se deben producir ningún

daño estructural en sus elementos del pórtico o esqueleto estructural 3D:

cimientos, columnas, vigas o losas, ni siquiera en los demás elementos no

estructurales como paredes, muros, escaleras, antepechos, caja de ascensores,

recubrimiento en pisos, paredes o fachadas.

Para los EVENTOS SISMICOS CON NIVELES DE INTENSIDAD MEDIANA,

como los que en nuestro país se producen como uno en cada una o varias

décadas, se aceptan daños no estructurales, pero ninguno en su estructura

propiamente dicha, en el orden de prioridad o importancia ya anotadas, de

cimientos a losas

Para los EVENTOS SÍSMICOS DE NIVELES DE INTENSIDAD

EXEPCIONALMENTE SEVEROS, a más de esperar daños en los elementos no

estructurales se esperen daños hasta en sus elementos estructurales

secundarios como losas o vigas, pero inaceptables en los preponderantemente

importantes como son su cimentación y columna.

Con esta Filosofía del análisis Sismo-Resistente se prioriza el que, aunque

haya varios tipos y niveles de fallas o daños en la estructura, se evita el colapso

total de la estructura y por tanto se está priorizando el salvar las vidas humanas.

11

2.2.3. Categorías fundamentales.

2.2.3.1. conceptos básicos.

2.2.3.1.1. Estructura.

Conjunto de elementos estructurales ensamblados para resistir cargas verticales,

sísmicas y de cualquier otro tipo. Las estructuras pueden clasificarse en estructuras

de edificación y otras estructuras distintas a las de edificación (puentes, tanques, etc.).

(Nilson, 2001, pág. 20).

2.2.3.1.2. Memoria.

Aquí se describirá las características del edificio, las especificaciones técnicas,

modelado y tipo de análisis utilizando resultados. (Nilson, 2001, pág. 21).

2.2.3.1.3. Planos.

El proyecto debe ser lo suficientemente preciso para ejecutar la obra, los cuales

deben de incluir detalles y especificaciones como:

Cargas utilizadas en el diseño, cargas vivas, cargas muertas, cargas sísmicas,

etc.

Tamaño y ubicación de los elementos estructurales.

Especificar el tipo de acero de refuerzo.

(Nilson, 2001, pág. 25).

12

2.2.3.1.4. Parámetros de diseño.

2.2.3.1.4.1. diseño estructural.

El diseño estructural se encuentra inserto en el proceso más general del proyecto

de una obra civil, en el cual se definen las características que debe tener la

construcción para cumplir de manera adecuada las funciones que está destinada a

desempeñar. (Nilson, 2001, pág. 23).

2.2.3.1.4.2. Distribución y concentración de masas.

Es inevitable la aceleración que induce un sismo, que es una acción dinámica, por

lo que sólo nos queda controlar la masa de las estructuras, porque la fuerza inercial

de respuesta de las estructuras está en función de la común relación F=m*A, 2da Ley

de Newton. (Nilson, 2001, pág. 25).

2.2.3.1.4.3. Simetría.

Con el término simetría describimos una propiedad geométrica de la configuración

del edificio. Un edificio es simétrico respecto a dos ejes en planta si su geometría es

idéntica en cualquiera de los lados de los ejes (Mendoza, s.f. pág. 32).

2.2.3.1.4.4. Altura de piso.

Es la distancia vertical medida entre el terminado de la losa de piso o de nivel de

terreno y el terminado de la losa del nivel inmediatamente superior. En el caso que el

13

nivel inmediatamente superior corresponda a la cubierta de la edificación esta medida

se llevará hasta el nivel de enrace de la cubierta cuando esta sea inclinada o hasta al

nivel de la impermeabilización o elemento de protección contra la intemperie cuando

la cubierta sea plana. (Nilson, 2001, pág. 30).

2.2.3.1.4.5. Rigidez.

La rigidez en los edificios se las soluciona comúnmente con pórticos y que se

constituyen de elementos con continuidad estructura (Mendoza, s.f. pág. 15).

2.2.3.1.5. Calidad de los materiales.

2.2.3.1.5.1. cemento.

Un material cementante es aquel que tiene las propiedades de adhesión y cohesión

necesarias para unir agregados inertes y conformar una masa sólida de resistente y

durabilidad adecuada (Nilson, 2001, pág. 28).

2.2.3.1.5.2. Concreto reforzado.

El concreto es un material semejante a la piedra que se obtiene mediante una

mezcla cuidadosamente proporcionada de cemento, arena y grava u otro agregado,

y agua, después, esta mezcla se endurece en formaletas con la forma y dimensión

deseada (Nilson, 2001, pág.1).

14

2.2.3.1.5.3. Resistencia y deformación del concreto reforzado a compresión.

El comportamiento depende de la relación entre los esfuerzos sobre el material de

las estructuras y la deformación del material.

Ilustracion 7 : Resistencia y deformación del concreto y acero.

Fuente: Nilson, 2001.

Donde:

f’c = Esfuerzo característico del hormigón = esfuerzo de rotura a los 28 días.

ɛo = Deformación del hormigón cuando alcanza su máxima resistencia = 0.002

tan (Φ) = Ec = Modulo de elasticidad del hormigón = 𝜎

ɛ ; Ec = 15000√𝑓′𝑐 [kg/cm2]

El comportamiento es lineal hasta un esfuerzo igual a 0.70 f’c. En la realidad y

observando el grafico el comportamiento es lineal hasta un esfuerzo igual a 0.50f’c.

15

2.2.3.1.5.4. Módulo de elasticidad.

Es la pendiente del tramo recto inicial de la curva esfuerzo-deformación unitaria,

aumenta con la resistencia del concreto (Nilson, 2001, pág. 39).

2.2.3.1.5.5. Agregados.

Para concretos estructurales comunes, los agregados ocupan aproximadamente

entre el 70 y el 75 por ciento del volumen de la masa endurecida. El resto está

conformado por la pasta de cemento endurecida, agua no combinada (es decir, agua

no utilizada en la hidratación del cemento) y vacíos de aire (Nilson, 2001, pág. 30).

2.2.3.1.6. Requerimientos de diseño sismo-resistente.

2.2.3.1.6.1. cortante basal de diseño.

El cortante basal total de diseño V, a nivel de cargas ultimas, aplicado a una

estructura en una dirección especificada (NEC, 2015, pág. 61).

2.2.3.1.6.2. Periodo de vibración (t).

El periodo de vibración aproximativo de la estructura T, para cada dirección

principal, será estimado a partir de uno de los métodos descritos a continuación:

Método 1.- Para estructuras de edificación, el valor de T puede determinarse de

manera aproximada mediante la expresión (NEC, 2015, pág. 62).

16

T = Ct ℎ𝑛∝

Periodo de vibración de la estructura

Donde:

Ct: “Coeficiente que depende del tipo de edificio” (NEC, 2015, pág. 62).

ℎn: “Altura máxima de la edificación de n pisos, medida desde la base de la

estructura en metros” (NEC, 2015, pág. 62).

T: “Periodo de vibración” (NEC, 2015, pág. 62).

Para:

Tabla 1: Tipo de estructura

Fuente : NEC-2015

Método 2.- El periodo fundamental T puede ser calculado, utilizando las

propiedades estructurales y las características de deformación de los elementos

resistentes, en un análisis apropiado y adecuadamente sustentado. Este

requerimiento puede ser cumplido mediante la utilización de la siguiente

expresión, aplicada en cada dirección principal de la estructura o por medio de

un análisis modal (NEC, 2015, pág. 63).

Ct α

0,072 0,8

0,073 0,75

0,055 0,9

Tipo de estructura

Estructura de acero

Pórticos especiales de hormigón armado

Con muros estructurales o diagonales rigidizadoras y para otras

estructuras basadas en muros estructurales y mampostería

estructural

0,055

Sin muros estructurales ni diagonales rigidizadoras

0,75

Con arriostramientos

Sin arriostramientos

17

𝑇𝑎 = 2𝜋 √∑𝑖=1

𝑛 𝑤𝑖𝛿𝑖2

𝑔 ∑𝑖=1𝑛 𝑓𝑖𝛿𝑖

Periodo de vibración de la estructura

Donde:

fi: “Representa cualquier distribución aproximada de las fuerzas laterales en el

piso i, de acuerdo con los principios descritos en el presente capítulo, o cualquiera

otra distribución racional” (NEC, 2015, pág. 63).

𝛿𝑖: “Deflexión elástica del piso i, calculada utilizando las fuerzas laterales fi” (NEC,

2015, pág. 63).

“wi: Peso asignado al piso o nivel i de la estructura, siendo una fracción de la

carga reactiva W (incluye la fracción de la carga viva correspondiente) peso: w/

cargas: W” (NEC, 2015, pág. 63).

2.2.3.1.6.3. Criterios de definición de R.

El factor de reducción R de respuesta de la estructura y de las características del

diseño de la edificación. (NEC, 2015, pág. 46).

2.2.3.1.6.4. Separación entre estructuras adyacentes.

“La normativa Urbana de las ciudades debería establecer la separación mínima

que debe existir entre estructuras colindantes que no formen parte de la misma unidad

estructural” (NEC, 2015, pág. 46).

18

2.2.3.1.6.5. Bases del diseño.

“Se recuerda que la respuesta de una edificación a solicitaciones sísmica del suelo

se caracteriza por aceleraciones, velocidades y desplazamientos de sus elementos,

en particular de los pisos en el caso de edificios” (NEC, 2015, pág. 24).

2.2.3.1.6.6. Desempeño sísmico.

“Normalmente, los criterios de aceptación del comportamiento de la estructura se

definen en función del nivel de daño que estas exhiben después de la excitación

sísmica” (Bertero 1997, Pág. 570).

2.2.3.1.6.7. Análisis estático.

“En el análisis estático, la determinación de la excentricidad estructural requiere del

cálculo de las coordenadas del centro de rigidez, sin embargo, resulta complicado

establecerlas para un edificio de varios niveles ya que los programas comerciales

existentes, generalmente no tienen implementados los procedimientos y

formulaciones matemáticas” (Goel y Chopra, 1993).

2.2.3.1.6.8. Análisis dinámico.

Comprende el análisis de las fuerzas, desplazamientos, velocidades y

aceleraciones que aparecen en la estructura como resultado de los desplazamientos

y deformaciones que aparecen en la estructura. (NEC, 2015, pág. 12).

19

2.2.3.1.6.9. Diseño de estructuras.

En los diseños de estructuras existe la verificación de seguridad con la combinación

de los estados de cargas y la envolvente de diseño para flexión y cortante.

2.3. Marco contextual.

Un edificio está definido como una estructura que sirve fundamentalmente para dar

cabida al ser humano, permitiéndole que realice todas las actividades del diario vivir,

mejorando el rendimiento de sus labores y promoviendo el desarrollo de las ciudades,

el cálculo estructural es de vital importancia para el buen funcionamiento del mismo,

ya que de esto dependerá la vida de quienes lo habitan.

En la actualidad, el mundo ha vivido momentos difíciles a causa de los sismos

ocurridos en Haití, Chile y el más reciente ocurrido en Japón, los cuales nos han hecho

analizar sobre la inseguridad existente en edificaciones de todo uso como: edificios

educativos, departamentales, históricos, etc. El Ecuador es un claro ejemplo de un

país expuesto a la ocurrencia de sismos por su ubicación en el cinturón de Fuego, por

lo que un proyecto de este tipo presenta un ejemplo del tipo de análisis que debemos

realizar para garantizar que la edificación resista ante un sismo, garantizar el

comportamiento del mismo y proporcione seguridad a sus ocupantes,

La vulnerabilidad de una edificación frente a un terremoto es debido a un déficit de

resistencia o a una ductilidad escasa. Las normativas sismo-resistentes, en general,

admiten que los edificios sean diseñados para resistir sismos fuertes sin colapso, en

20

el caso de sismos moderados no se permiten daños en elementos estructurales,

daños en elementos no estructurales como tabiques, particiones, etc., y que, en

general, sean fácilmente reparables, en el caso de sismos leves, la estructura no debe

sufrir ningún daño.

Las nuevas tendencias en el diseño sísmico de edificios, parecen estar orientadas

a la estimación del comportamiento estructural a diferentes niveles de la intensidad

del movimiento del terreno ocasionado por sismos. Para ello, el análisis estructural

sismo-resistente ha sido identificado como un parámetro para medir la confiabilidad

de ocupación de la estructura. La evolución de los métodos de análisis ha sido

particularmente notoria en las últimas décadas, con el uso cada vez más frecuente de

las computadoras digitales.

Actualmente estas herramientas se consideran indispensables para un análisis

sísmico apropiado, no tanto por la posibilidad de efectuar los cómputos más

rápidamente cuanto porque, al poder considerar mejores modelos, se logran

estructuras más eficientes y confiables. Sin embargo, debe reconocerse que por las

incertidumbres en las acciones sísmicas e incluso en las propiedades de los

materiales, así como por las numerosas hipótesis simplificadoras previas al análisis,

los resultados del mejor programa de cómputo es sólo una descripción aproximada

de la realidad. Generalmente existen muchas consideraciones asociadas que pueden

determinar que una Estructura sismo- resistente cumpla con estas condiciones de

seguridad, siendo agrupadas en el tipo de suelo, la simetría del diseño, en que los

pisos superiores sean lo más livianos posible.

21

2.4. Marco conceptual.

La presente investigación consiste en la implementación de técnicas que permitan

un buen análisis estructural para que dichas estructuras no colapsen o no causen

problemas a la sociedad o al medio ambiente ante un movimiento sísmico, la técnica

que se pretende implementar consiste en identificar y resolver los problemas de

seguridad y salvaguarda de la población, asentamientos humanos, servicios

estratégicos, áreas productivas, medio ambiente y obras civiles, a través de la

elaboración de metodologías de estimación de los riesgos a los cuales están

expuestos, y de la elaboración de las medidas para su reducción, lo que, a su vez,

conduce al diseño de los sistemas de seguridad y salvaguarda, así como a su

instrumentación con planos y programas de acción en el área de investigación

interdisciplinaria de desastres (IID).

Para lograr este objetivo, en el área de IID se han desarrollado:

Estudios metodológicos: En términos generales busca elaborar el marco

conceptual como una base común, tanto para realizar la misma investigación bajo

el enfoque interdisciplinario, como para coordinar e integrar los esfuerzos de

diversas disciplinas, a través de la elaboración y empleo de conceptos y términos

universales, así como de métodos y técnicas compatibles y compartidos.

Estudios fundamentales: Tanto empíricos como teóricos, que estén orientados a

observar, describir, explicar y controlar el fenómeno de desastre, a través de la

investigación de sus manifestaciones y de los mecanismos de su producción, así

22

como de las leyes y regularidades que rigen sus diversos aspectos, sean físicos,

químicos, técnicos, socioeconómicos o políticos.

Estudios Aplicados: Que se orientan a identificar y resolver los problemas

concretos de inseguridad que enfrenta la sociedad, debido a su exposición a

fenómenos destructivos y por la vulnerabilidad de la población y de los diversos

sistemas de subsistencia.

Teoría de desastre: Integra los resultados de los estudios metodológicos y

fundamentales para dar el soporte a los estudios aplicados, basándose en la

investigación de la estructura de teorías científicas y en el avance del enfoque

sistémico.

Ingeniería de desastres: Se basa en la ingeniería de sistemas, a través del estudio

y síntesis de procesos de elaboración y selección, tanto de medidas técnicas

como de procedimientos de toma de decisiones que contemplan las formas

tradicionales de razonamiento y prueba, empleados en diversas ramas de

ingeniería.

Gestión de desastres: Busca elaborar las metodologías para el análisis y diseño

de estructuras organizativas, para el mejoramiento de la gestión y para la

realización de planeación, a través del estudio de la naturaleza del cambio rígido,

bajo el enfoque cibernético de control.

Diseño Sismo-resistente: Elementos y características que definen la estructura

antisísmica de un edificio.

Estructura: Distribución de las partes de un cuerpo, aunque también puede

usarse en sentido abstracto.

23

Esfuerzos de tracción: Se denomina tracción al esfuerzo interno que está

sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido

opuesto, y tienden a estirarlo.

Esfuerzos de compresión: Es la resultante de las tensiones o presiones que

existen dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque

tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en

determinada dirección (coeficiente de poisson), en piezas estructurales

suficientemente esbeltas los esfuerzos de compresión pueden producir además

abolladura o pandeo.

En la ejecución y desarrollo de las obras es importante considerar:

Desarrollo de procedimientos y técnicas para la estimación y reducción de

riesgos, así como de métodos para la determinación de medios y actividades de

la atención de emergencias y de la posterior recuperación.

Estimación de los riesgos latentes que resultan de los peligros a los cuales están

propensos los sistemas expuestos y de la vulnerabilidad de sus componentes;

Determinación de medidas técnicas de prevención de calamidades y de

mitigación de sus impactos, evaluando, cuando sea posible, su costo/beneficio,

para seleccionar las factibles y óptimas.

Elaboración de medios para el análisis de la ubicación geográfica de los riesgos

y la optimación de recursos para combatirlos, a través del estudio de las

oportunidades que presenta el cómputo y la informática, considerando, a la vez,

la elaboración de bases de datos espaciales, el empleo de sistemas expertos y,

24

en términos generales, sistemas automatizados de producción y clasificación de

conocimientos dentro del campo de inteligencia artificial.

Diseño de formas organizativas, elaboración de planes y establecimiento de

procedimientos de la gestión operativa.

Elaboración de medios de apoyo, tales como: sistemas de soporte para la toma

de decisiones, bases de datos, sistemas expertos, glosarios y compendios

bibliográficos. Organización y planeación de la seguridad y salvaguarda de los

asentamientos humanos, áreas productivas, servicios estratégicos.

Así mismo debemos tener en cuenta la inestabilidad elástica que puede darse en

elementos comprimidos esbeltos y que se manifiesta:

Momento flector (o también "flexor"), o momento de flexión, a un momento de

fuerza resultante de una distribución de tensiones sobre una sección transversal

de un prisma mecánico flexionado o una placa que es perpendicular al eje

longitudinal a lo largo del que se produce la flexión..

Pandeo: Deformación lateral curva de un elemento estructural esbelto

comprimido por un exceso de carga.

Torsión: Se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de

un elemento constructivo o prisma mecánico esfuerzo cortante, de corte, de

cizalla es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección

transversal de un prisma mecánico como por ejemplo una viga o un pilar.

Punzonamiento: Esfuerzo cortante elevado, debido a la reacción de la fuerza que

desarrolla un pilar sobre una losa de hormigón armado.

25

2.5. Marco legal.

La presente investigación se basará en normas y especificaciones técnicas para la

elaboración de diseño edificaciones dentro del territorio Ecuatoriano, estas normas

son obligatorias para cumplir con los requerimientos básicos para la construcción de

edificaciones, siendo necesario las siguientes consideraciones:

a) Norma Ecuatoriana de la Construcción

b) NEC-SE-CG cargas (no sísmicas),

c) NEC-SE-DS cargas sísmicas y diseño sismo resistente

d) NEC-SE-RE rehabilitación sísmica de estructuras

e) NEC-SÉ-HM estructuras de hormigón armado

26

Capítulo III

3.1. Marco metodológico

Este análisis estructural sísmico abarca muchas variables indispensables que

deben ser obtenidas de acuerdo a la Norma Ecuatoriana de la Construcción y poder

ingresarlas al programa ETABS y obtener los valores de acuerdo al comportamiento

de la estructura.

3.1.1. Variables

Carga de vientos

Carga viva

Carga muerta

Deflexiones

Desplazamiento

Independientes

Carga de viento

Carga viva

Carga muerta

Dependiente

Deflexiones

Reacciones

27

3.1.2. Operacionalización de variable.

Tabla 2: Tipos de variables.

Elaboración: Johnny Pico.

3.1.3. Métodos

3.1.3.1. Método inductivo

Estudio geotécnico

Cálculos matemáticos en ETABS.

Evaluación entre datos

Resultados

3.1.3.2. Método deductivo

resultados

Variable ConceptoInstrumento de

medicion

Carga de vientoCualquiera de las fuerzas ejercidas por

una masa de aire en movimientoReglamento

Carga viva

Las cargas vivas para el caso de este

análisis se considera de aulas

normada

Reglamento y planos

estructurales NEC.15

Carga muerta

Las cargas muertas se las considera

como el peso propio de la estructura

calculado automáticamente por el

programa

Reglamento y planos

estructurales NEC-15

Carga sísmicaPara realizar el análisis estructural

sísmico se usó un espectro de diseño

Reglamento y planos

estructurales NEC-15

Deflexiones

Se entiende por deflexión aquella

deformación que sufre un elemento por

el efecto de las flexiones interna

Análisis estructural

Cimientos

En muchos casos, los cimientos no

solo transmiten esfuerzos, sino

también, rozamiento y adherencia

Análisis estructural

28

evaluación de datos

calculo matemáticos en ETABS

estudio geotécnico

3.1.4. Método descriptivo

3.1.4.1. Metodología

Diseño estructural

Calculo de cargas vivas y muertas

Calculo de combinaciones de cargas

Calculo de cargas de vientos

Cálculos de reacciones en ETABS

Calculo de deformaciones y deflexiones en ETABS

Análisis matemáticos de los resultados en ETABS

Normas para emplearse (nec-15)

29

Capítulo IV

4.1. Desarrollo.

Con el sismo del pasado 16 de Abril las edificaciones de la ciudad de Esmeraldas

fueron sometidas a una gran liberación de energía, entre ellos los edificios de aulas

de la PUCE, siendo edificaciones construidas con un menor grado de rigurosidad por

el año en el que se los construyo, decidiendo realizar el respetivo análisis estructural

en base a las normas NEC-15, para tomar las decisiones necesarias sobre el edificio.

El alcance del estudio incluye realizar un levantamiento geométrico para modelar la

estructura, determinar los daños en los elementos estructurales, realizar una medición

indirecta de la resistencia del hormigón mediante el uso de un esclerómetro; y,

ensayos de tomas de núcleos que fueron extraídos de elementos estructurales

especificados.

Con los datos recopilados en campo se modeló la estructura y se la analizó en el

rango elástico e inelástico con el fin de determinar su nivel de capacidad estructural y

así poder aplicar una medida de reforzamiento de ser necesario para lograr su

correcto comportamiento.

4.2. Estructura de los edificios.

Los edificios, construidos en el año 1979, son estructuras de hormigón armado de

4 niveles completos y voladizos como pacillos en todos los niveles altos. Todos los

niveles tienen una altura de 3 metros. La estructura está definida por columnas

cuadradas y losas nervadas con vigas peraltadas en todos los niveles a excepción

30

del quinto piso que tiene una cubierta metálica, el sistema de gradas está

independizado entre los edificios.

En el bloque A la localización en planta de las columnas es regular formada por 2

ejes longitudinales de 24,85 m y 8 ejes transversales de 6,75 m. en el bloque B la

localización en planta de las columnas es regular formada por 2 ejes longitudinales

de 14,35 m y 5 ejes transversales de 6,75 m. Los espesores de la losas son de 25 cm

hasta el tercer piso alto, todos los niveles altos tienen un voladizo como pasillo de

1,40 m y tienen paredes de 15 cm.

Ilustración 8: Dimensionamiento del bloque A.

Elaborado: Johnny Pico.

31

Ilustración 9: Dimensionamiento del bloque B.

Elaborado: Johnny Pico.

Ambas estructuras tienen el mismo dimensionamiento de los elementos

estructurales como:

Columnas : 35 x 35 cm

Vigas longitudinales : 30 x 35 cm

Vigas transversales : 35 x 50 cm

4.3. Trabajos realizados.

4.3.1. Levantamiento estructural.

Se realizó un levantamiento geométrico del edificio para determinar las

dimensiones de los diferentes elementos estructurales y no estructurales, se

determinó la localización de los mismos mediante la definición de ejes y sus

dimensiones.

32

4.3.2. Revisión estructural.

Mediante la observación de cada uno de los elementos estructurales se procedió

a revisar el estado de los mismos y se identificó las diferentes afectaciones, tales

como grietas, fallas y pérdida de recubrimiento, condiciones y deformaciones. Para

ello, y considerando el estado de los elementos estructurales, se definieron 5 niveles

de daño, con el siguiente criterio, elementos en condiciones normales o similares a

las iniciales, es decir sin daño, nivel 0. Elementos en condiciones de reparación para

obtener las condiciones iniciales de diseño, niveles de daño 1 y 2, elemento que

requieren reconstrucción y reforzamiento para obtener las condiciones iniciales,

niveles de daño 4 y 5. Se presenta en el siguiente cuadro:

Tabla 3: Niveles de daños


Con relaciona las columnas, losas y mamposterías no han observado daños.

Con respecto a las vigas, se observó en una de ellas el desprendimiento del

enlucido dándole un nivel de daño de 1 con respecto a la tabla 5.

Nivel de daño Descripción

0 Sin daño

1 Grietas sin afectación interna

2 Grietas con afectacion interna

3 Perdida hormigón

4 Daño total

33

Ilustración 10: Desprendimiento del enlucido.

Fuente: Johnny Pico.

Se realizó una medición de la verticalidad y la horizontalidad del edificio,

encontrándose que este no ha sufrido un movimiento ni tiene inclinación y el

asentamiento diferencial es nulo.

4.3.3. Medición de la resistencia con esclerómetro

Se realizaron ensayos para medir la resistencia del hormigón en columnas y vigas,

con un martillo Schmidt o esclerómetro Proceq, según la norma ASTM C805. Este

ensayo consiste en realizar disparos con equipo de rebote mecánico. Los ensayos se

realizaron en sitios definidos que permitieron tener un criterio general de la resistencia

del hormigón, para ello se prepararon los sitios y se procedió a realizar en cada punto

10 disparos con el esclerómetro, que se reportan en el siguiente cuadro según los

elementos. Se calculó un valor promedio para cada elemento para compararlos con

los valores obtenidos en los núcleos y determinar un valor a utilizarse en el análisis

estructural.

343634

Tabla 4: Reporte ensayo de elementos de hormigón armado con esclerómetro - ASTM C805


Conclusiones:

En las columnas nos dio un f’c = 245 en laboratorio y se utilizó en ETABS un f’c = 210 como un factor de seguridad.

En las vigas nos dio un f’c = 242,5 en laboratorio y se utilizó en ETABS un f’c = 210 como un factor de seguridad.

35

4.3.4. Medición de la resistencia mediante extracción de núcleos.

También se procedió a la extracción de núcleos en columnas 3 y viga 2, para su posterior ensayo a compresión según la norma

ASTM C39 y ASTM C42.

Tabla 5: Informe de prueba resistencia de núcleos de hormigón.


Conclusiones:

En las columnas nos dio un f’c = 230 en laboratorio y se utilizó en ETABS un f’c = 210 como un factor de seguridad.

En las vigas nos dio un f’c = 238,3 en laboratorio y se utilizó en ETABS un f’c = 210 como un factor de seguridad.

1 2 3 4 Promedio

días cm² cm cm³ g g/cm³ KN kg kg/cm²

CO G-7 - CW - PB 14/8/2017 28/8/2017 14 4,51 4,51 4,51 4,51 4,51 15,98 9,27 148,1 342 2,31 29,1 2.969 186

CO A-12 - CN - PB 14/8/2017 28/8/2017 14 4,47 4,5 4,5 4,5 4,49 15,85 9,05 143,5 310,4 2,16 28,9 2.949 186

V 6 F-G - CSU - 2DA P 15/8/2017 28/8/2017 13 4,53 4,52 4,52 4,52 4,52 16,06 9,34 150 349,5 2,33 44,2 4.510 281

V B 11-12 - CSU - 4TA P 22/8/2017 28/8/2017 6 4,51 4,52 4,51 4,52 4,52 16,01 9,17 146,8 335,1 2,28 45,2 4.612 288

CO G-9 - CW - PB 22/8/2017 28/8/2017 6 4,51 4,53 4,52 4,51 4,52 16,03 9,13 146,3 307,7 2,1 29,1 2.969 185

CO G-10 - CW - PB 23/8/2017 28/8/2017 5 4,52 4,5 4,51 4,5 4,51 15,96 9,11 145,4 329,2 2,26 41,3 4.214 264

CARGA

DE

ROTURA

f´c

obtenido

cm

A

B

AREA ALTURA VOLUMEN PESOPESO

VOLUMETRICO

LECTURA

MAQUINA

BL

OQ

UE

ELEMENTOFECHA DE

TOMA

FECHA DE

ROTURA

EDADDIAMETRO

343636

4.4. Análisis y evaluación estructural.

4.4.1. Asignación de datos.

a) La revisión estructural se ha realizó con ayuda del programa ETABS, mediante el

cual se analizó el comportamiento de las estructuras frente a las acciones

estáticas y dinámicas en el rango elástico, que recomiendan los códigos, y al que

se asignó valores de materiales para medir los niveles de demanda y resistencia.

b) Los análisis se realizaron para el sismo probable que determina la norma

ecuatoriana de la construcción para Esmeraldas, que entre otros parámetros

dispone utilizar una aceleración de roca de 0.5 g.

c) Los valores de las inercias agrietadas de los elementos estructurales, de similar

forma a la descrita para el procedimiento de cálculo estático de fuerzas sísmicas

son: Ic = 0,8 Ig para columnas y Iv = 0,5 Ig para Vigas. (NEC-SE-DS, 2015)

d) En un primer análisis se calculó el valor de las derivas de piso y la irregularidad

torsional.

e) La NEC-15 limita la deriva de piso al 2% de la altura de entrepiso; y, la máxima

irregularidad torsional permitida es el 20% del valor promedio.

f) Para realizar los análisis se asignaron las resistencias de los materiales definidas

anteriormente, y se evaluó la resistencia inicial de los elementos con una cuantía

mínima de acero. Con relación a las dimensiones de los elementos se tomó las

obtenidas en el levantamiento geométrico.

g) Según la NEC-15 los coeficientes de ampliación del suelo para tipo E fueron: (fa)

de 0.85, (fd) de 1.5 y (fs) de 2, el coeficiente (n) fue de 2.48, el factor (R) y con

criterio de diseño se utilizó 6, el coeficiente de importancia (I) se utilizó 1,3 por ser

una estructura de ocupación especial.

37

h) Se generaron los siguientes espectros:

Ilustración 11: Espectro elástico.


Ilustración 12: Espectro inelástico.


i) El periodo fundamental en la estructura que se generó fue:

T = Ct ∗ hn^α ; Ct = 0.055 ; α = 0.9 ; hn = 12 m.

T = 0,514 s

j) Para definir la losa, en nuestro caso la losa de una dirección, colocamos las

dimensiones del espesor de la loseta de 25 cm, nervios de ancho superior e

inferior de 10 cm y la distancia de nervio a nervio de 50 cm.

38

k) En el análisis estructural se asume el diafragma rígido para que todos los puntos

o nodos de un entrepiso tengan los mismos grados de libertad traslacionales y

rotacional, así reduciendo el tiempo de cálculo y sin tener en cuenta la rigidez real

de la losa, que se asume que tiene una rigidez infinita. Además, las

excentricidades reales y accidentales se dan y se calculan en los diafragmas

rígidos.

l) Se utilizó un factor de rigidez infinita de 0.5. Son los segmentos de vigas y

columnas que se encuentra embebidos dentro del nudo de unión de dichos

elementos. Esta longitud es la zona de rigidez para cada elemento frame.

m) El coeficiente de corte en la base (C) que se genero fue de 0.2284 para ambas

estructuras.

Ilustración 13: Coeficiente de corte en la base (C).


n) Para los patrones de cargas se definieron los tipos de carga que actuarán sobre

la estructura, en tipo (Type) se tuvo en cuenta peso propio, el multiplicador de

peso propio (Self Weight Multiplier) que es igual a 1 ya que el programa se lo

considera el peso propio de los elementos de acuerdo a las secciones que fueron

39

asignadas, caso contrario ocurre con la carga viva y la carga muerta adicional en

donde ingresaremos los valores previamente calculados por tanto el factor es

igual a 0, en este caso no se ingresó el estado de cargas laterales ya que se

realizara un análisis dinámico considerados tipo sismo.

o) Para la definición de masa la cual el programa calculo y utilizo en el análisis

dinámico, fue calculado a partir de la masa de los elementos modelado como

columnas, vigas y muros, así como también de las masas adicionales que fueron

agregadas como tabiquería y acabados, considerando el 100% tanto para la

sobrecarga como la carga viva.

p) Para la definición de combinación de cargas, se utilizó los que indica la NEC-15:

q) Para la asignación de cargas en las losas a excepción del volado se utilizó: 200

kg/m2 de carga viva, 400 kg/m2 de carga muerta y en el voladizo se conservó la

carga muerta y para la carga viva en el primer piso se utilizó 480 kg/m2 y en los

demás pisos altos se utilizó 420 kg/m2 según indica la NEC-15.

4.4.2. Ejecución de datos.

4.4.2.1. Masa participativa.

En las siguientes tablas 8-9 se pueden observar el número de modos de vibración

considerados, los respectivos periodos, las masas modales y las masas modales

acumuladas en los desplazamientos traslacionales en las direcciones horizontales X

e Y.

En el bloque A todos los modos de vibración contribuyen significativamente a la

respuesta total de la estructura, mediante los varios periodos de vibración integrados

en las curvas de peligro sísmico y todos los modos involucran la participación de una

40

masa modal acumulada de al menos el 90% de la masa total de la estructura en cada

una de las direcciones horizontales principales consideradas.

Tabla 6: Periodos por modo en estructura A.


Tabla 7: Participación de masa.


En el bloque B todos los modos de vibración contribuyen significativamente a la

respuesta total de la estructura, mediante los varios periodos de vibración integrados

en las curvas de peligro sísmico y todos los modos involucran la participación de una

masa modal acumulada de al menos el 90% de la masa total de la estructura en cada

una de las direcciones horizontales principales consideradas.

Case Mode Period Sum UX Sum UY

sec

Modal 1 0,795 0,0001 0,8476

Modal 2 0,78 0,8377 0,8478

Modal 3 0,734 0,8536 0,8483

Modal 4 0,25 0,8536 0,9581

Modal 5 0,242 0,9531 0,9581

Modal 6 0,232 0,9639 0,9581

Modal 7 0,149 0,9639 0,9851

Modal 8 0,143 0,9693 0,9861

Modal 9 0,139 0,9717 0,9925

Modal 10 0,137 0,9974 0,9926

Modal 11 0,127 0,9977 0,9927

Modal 12 0,118 0,9978 0,9929

PARTICIPACION DE MASA

Mode Periodsec

1 0,795

2 0,78

3 0,734

4 0,25

PERIODOS

41

Tabla 8: Periodos por modo en estructura B.


Tabla 9: Participación de masa


4.4.2.2. Revisión de la fuerza cortante mínima.

En la tabla 10 se hace una revisión de la cortante mínima que impone la NEC-15:

al realizar el análisis dinámico, no deberá ser menor al 80% del cortante estático en

este caso porque la estructura es regular.

Case Mode Period Sum UX Sum UY

sec

Modal 1 0,74 0,8563 0

Modal 2 0,707 0,8563 0,8554

Modal 3 0,63 0,8563 0,862

Modal 4 0,237 0,9623 0,862

Modal 5 0,231 0,9623 0,9624

Modal 6 0,204 0,9623 0,9639

Modal 7 0,142 0,9623 0,9928

Modal 8 0,141 0,9937 0,9928

Modal 9 0,127 0,9937 0,9929

Modal 10 0,123 0,9937 0,9935

Modal 11 0,118 0,9954 0,9935

Modal 12 0,113 0,9954 0,9995

PARTICIPACION DE MASA

Mode Period

sec

1 0,74

2 0,707

3 0,63

4 0,237

PERIODOS

42

En el bloque A no se cumple la norma, el 80% del cortante estático es mayor a los

cortantes dinámicos.

Tabla 10: Análisis estático


Tabla 11: Análisis dinámico.


Dead 320258,84 kg

Live 34496,00 kg

Sobre Carga 230086,00 kg

W 584840,84 kg

W 584,84 tn

C 0,2284

V estatico 133,58 tn

80% V estatico 106,86 tn

ANALISIS ESTATICO

Load

Case/ComboFZ U

kgf tn

Base SismoX Max 106442,4 106,44

kgf tn

Base SismoY Max 106318,2 106,32

VX

VY

StoryLoad

Case/Combo

StoryLoad

Case/Combo

ANALISIS DINAMICO

43

En el bloque B si se cumple la norma, el 80% del cortante estático no es mayor a los

cortantes dinámicos.

Tabla 12: Análisis estático.


Tabla 13: Análisis dinámico.


Dead 280354,94 kg

Live 20370,00 kg

Sobre Carga 94404,00 kg

W 395128,94 kg

W 395,13 tn

C 0,2284

V estatico 90,25 tn

80% V estatico 72,20 tn

ANALISIS ESTATICO

Load

Case/ComboFZ U

kgf tn

Base SismoX Max 77115,2 77,12

kgf tn

Base SismoY Max 77235,7 77,24

Story Load Case/ComboVY

ANALISIS DINAMICO

Story Load Case/ComboVX

44

4.4.2.3. Revisión de las derivas de piso.

En el bloque A no cumplen las derivas de piso en los pisos 1, 2 y 3.

Tabla 14: Máximas derivas.


En el bloque B no cumplen las derivas de piso en el piso 2.

Tabla 15: Máximas derivas.


StoryLoad

Case/ComboDirection Drift R Coeficiente %

Story4 SismoY Max Y 0,002057 6 0,75 0,93 cumple

Story4 SismoX Max X 0,001434 6 0,75 0,65 cumple

Story3 SismoY Max Y 0,004655 6 0,75 2,09 no cumple



Story2 SismoX Max X 0,00592 6 0,75 2,66 no cumple



MAX DERIVAS

StoryLoad

Case/ComboDirection Drift R Coeficiente %









MAX DERIVAS

45

4.4.2.4. Revisión de la cuantía de acero en los elementos estructurales.

En el bloque A.

Ilustración 14: Cuantía de acero en columnas del eje 4.


Ilustración 15: Cuantía de acero en columnas del eje 1.


46

Las vigas del voladizo del primer piso alto y segundo piso alto no cumplen.

Ilustración 16: Cuantía de acero en vigas de elevación 1.




47



Ilustración 19: Cuantía de acero en las vigas de la cubierta.


48

Tabla 16: Cuantía de acero estructural en columnas.

ETABS

Ubicación Story ALTURA Seccion Nº ФAs

(REAL)

As

(REQUERIDO)

cm cm mm cm2 cm2

eje 4-K Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 cumple

eje 4-L Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 cumple

eje 4-M Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 cumple

eje 4-N Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 cumple

eje 4-O Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 cumple

eje 4-P Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 cumple

eje 4-Q Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 cumple

eje 4-R Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 cumple

















BLOQUE A

TABLA DE CUANTIAS DE ACERO ESTRUCTURAL EN COLUMNAS

EN SITIO

49










eje 4-K story 2 300 35 x 35 14 20 44 31,36 cumple

eje 4-L story 2 300 35 x 35 14 20 44 37,57 cumple

eje 4-M story 2 300 35 x 35 14 20 44 40,18 cumple

eje 4-N story 2 300 35 x 35 14 20 44 34,42 cumple

eje 4-O story 2 300 35 x 35 14 20 44 38,4 cumple

eje 4-P story 2 300 35 x 35 14 20 44 36,37 cumple

eje 4-Q story 2 300 35 x 35 14 20 44 43,35 cumple

eje 4-R story 2 300 35 x 35 14 20 44 32,84 cumple

eje 1-K story 2 300 35 x 35 14 20 44 38,05 cumple

eje 1-L story 2 300 35 x 35 14 20 44 47,13 no cumple

eje 1-M story 2 300 35 x 35 14 20 44 47,16 no cumple

eje 1-N story 2 300 35 x 35 14 20 44 41,38 cumple

eje 1-O story 2 300 35 x 35 14 20 44 45,04 no cumple

eje 1-P story 2 300 35 x 35 14 20 44 43,78 cumple

eje 1-Q story 2 300 35 x 35 14 20 44 50,75 no cumple

eje 1-R story 2 300 35 x 35 14 20 44 40,04 cumple

eje 4-K Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 57,65 no cumple

eje 4-L Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 59,38 no cumple

eje 4-M Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 58,4 no cumple

eje 4-N Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 52,81 no cumple

eje 4-O Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 55,26 no cumple

eje 4-P Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 57,23 no cumple

eje 4-Q Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 63,66 no cumple

eje 4-R Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 60,5 no cumple

eje 1-K Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 66,78 no cumple

eje 1-L Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 69,7 no cumple

eje 1-M Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 67,32 no cumple

eje 1-N Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 62,02 no cumple

eje 1-O Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 64,6 no cumple

eje 1-P Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 66,37 no cumple

eje 1-Q Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 72,06 no cumple

eje 1-R Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 69,24 no cumple

50

Tabla 17: Cuantía de acero estructural en vigas.

ETABS

Ubicación Story Localizacion L Seccion Nº ФAs

(REAL)

As

(REQUERIDO)

cm cm mm cm2 cm2

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 19,87 no cumple

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 17,92 no cumple


Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 15,48 cumple

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 17,8 cumple
























eje 4 entre

ejes P-Q

eje 4 entre

ejes Q-R

eje 1 entre

ejes K-L

eje 4 entre

ejes M-N

eje 4 entre

ejes N-O

eje 4 entre

ejes K-L

eje 4 entre

ejes L-M

eje 1 entre

ejes L-M

eje 1 entre

ejes M-N

eje 1 entre

ejes N-O

eje 1 entre

ejes O-P

eje 1 entre

ejes P-Q

eje 1 entre

ejes Q-R

eje 4 entre

ejes O-P

BLOQUE A

TABLA DE CUANTIAS DE ACERO ESTRUCTURAL EN VIGAS

EN SITIO

51
















Stoty 1 Top 6,05 35 x 50 9 20 28,28 34 no cumple






Stoty 1 Top 6,05 35 x 50 9 20 28,28 33,72 FALLA


Stoty 1 Top 6,05 35 x 50 9 20 28,28 36,18 FALLA












Stoty 1 Top 1,23 35 x 50 3 20 9,42 6 cumple




Stoty 1 Top 1,23 35 x 50 3 20 9,42 6 cumple








eje R entre

ejes 1-5

eje K entre

ejes 1-5

eje L entre

ejes 1-5

eje M entre

ejes 1-5

eje 5 entre

ejes P-Q

eje 5 entre

ejes K-L

eje 5 entre

ejes L-M

eje 5 entre

ejes M-N

eje 5 entre

ejes N-O

eje 5 entre

ejes O-P

eje N entre

ejes 1-5

eje O entre

ejes 1-5

eje P entre

ejes 1-5

eje Q entre

ejes 1-5

eje P entre

ejes 4-1

eje Q entre

ejes 4-1

eje R entre

ejes 4-1

eje 5 entre

ejes Q-R

eje K entre

ejes 4-1

eje L entre

ejes 4-1

eje M entre

ejes 4-1

eje N entre

ejes 4-1

eje O entre

ejes 4-1

52


ETABS


(REAL)

As

(REQUERIDO)

cm cm mm cm2 cm2





























eje 4 entre

ejes L-M

eje 4 entre

ejes M-N

eje 4 entre

ejes N-O

eje 4 entre

ejes K-L

eje 4 entre

ejes O-P

eje 4 entre

ejes P-Q

eje 4 entre

ejes Q-R

BLOQUE A


EN SITIO

eje 1 entre

ejes P-Q

eje 1 entre

ejes Q-R

eje 1 entre

ejes K-L

eje 1 entre

ejes L-M

eje 1 entre

ejes M-N

eje 1 entre

ejes N-O

eje 1 entre

ejes O-P

53

























Stoty 2 Bottom 6,05 35 x 50 9 20 28,28 20 cumple























eje R entre

ejes 1-5

eje Q entre

ejes 4-1

eje R entre

ejes 4-1

eje K entre

ejes 1-5

eje L entre

ejes 1-5

eje M entre

ejes 1-5

eje L entre

ejes 4-1

eje M entre

ejes 4-1

eje N entre

ejes 4-1

eje O entre

ejes 4-1

eje P entre

ejes 4-1

eje N entre

ejes 1-5

eje O entre

ejes 1-5

eje P entre

ejes 1-5

eje Q entre

ejes 1-5

eje 5 entre

ejes N-O

eje 5 entre

ejes O-P

eje 5 entre

ejes P-Q

eje 5 entre

ejes Q-R

eje K entre

ejes 4-1

eje 5 entre

ejes K-L

eje 5 entre

ejes L-M

eje 5 entre

ejes M-N

54


ETABS


(REAL)

As

(REQUERIDO)

cm cm mm cm2 cm2





























BLOQUE A


EN SITIO

eje 4 entre

ejes K-L

eje 4 entre

ejes Q-R

eje 1 entre

ejes K-L

eje 1 entre

ejes L-M

eje 1 entre

ejes M-N

eje 1 entre

ejes N-O

eje 4 entre

ejes L-M

eje 4 entre

ejes M-N

eje 4 entre

ejes N-O

eje 4 entre

ejes O-P

eje 4 entre

ejes P-Q

eje 1 entre

ejes O-P

eje 1 entre

ejes P-Q

eje 1 entre

ejes Q-R

55
















































eje 5 entre

ejes M-N

eje 5 entre

ejes N-O

eje 5 entre

ejes O-P

eje 5 entre

ejes P-Q

eje 5 entre

ejes Q-R

eje 5 entre

ejes K-L

eje 5 entre

ejes L-M

eje P entre

ejes 4-1

eje Q entre

ejes 4-1

eje R entre

ejes 4-1

eje K entre

ejes 1-5

eje L entre

ejes 1-5

eje K entre

ejes 4-1

eje L entre

ejes 4-1

eje M entre

ejes 4-1

eje N entre

ejes 4-1

eje O entre

ejes 4-1

eje R entre

ejes 1-5

eje M entre

ejes 1-5

eje N entre

ejes 1-5

eje O entre

ejes 1-5

eje P entre

ejes 1-5

eje Q entre

ejes 1-5

56



ETABS


(REAL)

As

(REQUERIDO)

cm cm mm cm2 cm2













































eje 1 entre

ejes O-P

eje 1 entre

ejes P-Q

eje 1 entre

ejes Q-R

BLOQUE A


EN SITIO

eje 4 entre

ejes K-L

eje 4 entre

ejes L-M

eje 4 entre

ejes M-N

eje 4 entre

ejes N-O

eje 4 entre

ejes O-P

eje 4 entre

ejes P-Q

eje 4 entre

ejes Q-R

eje 1 entre

ejes K-L

eje 1 entre

ejes L-M

eje 1 entre

ejes M-N

eje 1 entre

ejes N-O

eje K entre

ejes 4-1

eje L entre

ejes 4-1

eje R entre

ejes 4-1

eje M entre

ejes 4-1

eje N entre

ejes 4-1

eje O entre

ejes 4-1

eje P entre

ejes 4-1

eje Q entre

ejes 4-1

57

En el bloque B.

Ilustración 20: Cuantía de acero en columnas del eje V.


Ilustración 21: Cuantía de acero en columnas del eje W.


58

Las vigas del voladizo del primer piso alto y segundo piso alto están fallando por

capacidad.

Ilustración 22 Cuantía de acero en vigas de elevación 1.




59

Ilustración 24 Cuantía de acero en vigas de elevación 3.


Ilustración 25: Cuantía de acero en las vigas de la cubierta.


60

Tabla 21: Cuantía de acero estructural en columnas.


ETABS

cm cm mm cm2 cm2

eje W-12 Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 cumple





eje V-12 Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 cumple















eje W-12 story 2 300 35 x 35 14 16 44 20,23 cumple





eje V-12 story 2 300 35 x 35 14 16 44 21,72 cumple





eje W-12 story 1 300 35 x 35 16 16 50,27 32,69 cumple





eje V-12 story 1 300 35 x 35 16 20 50,27 43,31 cumple





As

(REQUERIDO)


BLOQUE B

EN SITIO

Ubicación Story ALTURA Seccion Nº ФAs

(REAL)

61



ETABS


(REAL)

As

(REQUERIDO)

cm cm mm cm2 cm2













































eje 8 entre

ejes V-X

eje W entre

ejes 12-11


BLOQUE B

EN SITIO

eje W entre

ejes 9-8

eje V entre

ejes 12-11

eje W entre

ejes 11-10

eje W entre

ejes 10-9

eje V entre

ejes 9-8

eje X entre

ejes 12-11

eje V entre

ejes 11-10

eje V entre

ejes 10-9

eje X entre

ejes 9-8

eje 12 entre

ejes W-V

eje X entre

ejes 11-10

eje X entre

ejes 10-9

eje 9 entre

ejes W-V

eje 8 entre

ejes W-V

eje 11 entre

ejes W-V

eje 10 entre

ejes W-V

eje 10 entre

ejes V-X

eje 9 entre

ejes V-X

eje 12 entre

ejes V-X

eje 11 entre

ejes V-X

62



ETABS


(REAL)

As

(REQUERIDO)

cm cm mm cm2 cm2













































BLOQUE B


eje W entre

ejes 12-11

EN SITIO

eje W entre

ejes 9-8

eje V entre

ejes 12-11

eje W entre

ejes 11-10

eje W entre

ejes 10-9

eje V entre

ejes 9-8

eje X entre

ejes 12-11

eje V entre

ejes 11-10

eje V entre

ejes 10-9

eje X entre

ejes 9-8

eje 12 entre

ejes W-V

eje X entre

ejes 11-10

eje X entre

ejes 10-9

eje 9 entre

ejes W-V

eje 8 entre

ejes W-V

eje 11 entre

ejes W-V

eje 10 entre

ejes W-V

eje 10 entre

ejes V-X

eje 9 entre

ejes V-X

eje 12 entre

ejes V-X

eje 11 entre

ejes V-X

eje 8 entre

ejes V-X

63



ETABS


(REAL)

As

(REQUERIDO)

cm cm mm cm2 cm2













































BLOQUE B


eje W entre

ejes 12-11

EN SITIO

eje W entre

ejes 9-8

eje V entre

ejes 12-11

eje W entre

ejes 11-10

eje W entre

ejes 10-9

eje V entre

ejes 9-8

eje X entre

ejes 12-11

eje V entre

ejes 11-10

eje V entre

ejes 10-9

eje X entre

ejes 9-8

eje 12 entre

ejes W-V

eje X entre

ejes 11-10

eje X entre

ejes 10-9

eje 9 entre

ejes W-V

eje 8 entre

ejes W-V

eje 11 entre

ejes W-V

eje 10 entre

ejes W-V

eje 10 entre

ejes V-X

eje 9 entre

ejes V-X

eje 12 entre

ejes V-X

eje 11 entre

ejes V-X

eje 8 entre

ejes V-X

64



ETABS


(REAL)

As

(REQUERIDO)

cm cm mm cm2 cm2



























BLOQUE B


EN SITIO

eje W entre

ejes 12-11

eje W entre

ejes 9-8

eje V entre

ejes 12-11

eje W entre

ejes 11-10

eje W entre

ejes 10-9

eje V entre

ejes 9-8

eje 12 entre

ejes W-V

eje V entre

ejes 11-10

eje V entre

ejes 10-9

eje 9 entre

ejes W-V

eje 8 entre

ejes W-V

eje 11 entre

ejes W-V

eje 10 entre

ejes W-V

65

4.5. Diagnóstico.

De la observación y análisis del estado de los elementos estructurales, se

concluye que la misma está en estado de colapso, para un sismo de 0.5 g, es

decir varios elementos de la estructura fallarán, actualmente se requiere

reforzamiento estructural urgente.

Las derivas superan el rango inelástico de acuerdo con la NEC-15 del 2%.

Los elementos estructurales tales como las columnas y vigas no cuentan con la

suficiente cantidad de acero que pide la demanda.

En ciertas vigas no cumplen con la cuantía mínima de acero.

4.6. Una propuesta como solución para las derivas y cuantías de acero.

Para ambas estructuras que presentan el mismo problema de derivas cuantías

de acero, se les propone la solución de diagonales con 10 cm de altura, 10 cm de

base y un espesor de 1,5 cm aplicando en la edificación más desfavorable

(estructura A).

Como las derivas presentan mayor magnitud en el sentido Y, se colocaron 8

diagonales en ese sentido y para el sentido X se colocaron 4 diagonales.

66

Ilustración 26: Capacidad estructural de las diagonales en los ejes K y R.


Ilustración 27: Capacidad estructural de las diagonales en los ejes 1 y 4.


67

Tabla 26: Cuantías de acero estructural en columnas (con diagonales).

ETABS ETABS

Ubicación Story Altura Seccion Nº ФAs

(REAL)

As

(REQUERIDO)

NUEVO As

(REQUERIDO)variacion

cm cm mm cm2 cm2 cm2 %

eje 4-K Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 4-L Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 4-M Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 4-N Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 4-O Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 4-P Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 4-Q Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 4-R Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 1-K Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 1-L Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 1-M Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 1-N Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 1-O Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 1-P Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 1-Q Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 1-R Stoty 4 300 35 x 35 8 16 16,09 12,25 12,25 0,00

eje 4-K Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 16,17 20,29 0,34

eje 4-L Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 17,57 21,13 0,29

eje 4-M Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 18,86 21,2 0,19

eje 4-N Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 16,42 18,6 0,18

eje 4-O Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 18,38 20,13 0,14

eje 4-P Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 17,16 19,63 0,20

eje 4-Q Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 19,52 22,26 0,22

eje 4-R Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 17,04 20,23 0,26

eje 1-K Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 17,34 22,17 0,39

eje 1-L Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 17,19 20,86 0,30

eje 1-M Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 17,67 20,53 0,23

eje 1-N Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 14,47 16,84 0,19

eje 1-O Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 16,75 18,97 0,18

eje 1-P Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 15,45 18,48 0,25

eje 1-Q Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 19,32 22,24 0,24

eje 1-R Stoty 3 300 35 x 35 12 16 24,13 18,05 22,11 0,33

BLOQUE A


EN SITIO

68


eje 4-K story 2 300 35 x 35 14 20 44 31,36 18,37 -1,06

eje 4-L story 2 300 35 x 35 14 20 44 37,57 25,61 -0,98

eje 4-M story 2 300 35 x 35 14 20 44 40,18 28,85 -0,92

eje 4-N story 2 300 35 x 35 14 20 44 34,42 24,57 -0,80

eje 4-O story 2 300 35 x 35 14 20 44 38,4 28,43 -0,81

eje 4-P story 2 300 35 x 35 14 20 44 36,37 25,03 -0,93

eje 4-Q story 2 300 35 x 35 14 20 44 43,35 29,4 -1,14

eje 4-R story 2 300 35 x 35 14 20 44 32,84 18,56 -1,17

eje 1-K story 2 300 35 x 35 14 20 44 38,05 17,07 -1,71

eje 1-L story 2 300 35 x 35 14 20 44 47,13 23,86 -1,90

eje 1-M story 2 300 35 x 35 14 20 44 47,16 26,95 -1,65

eje 1-N story 2 300 35 x 35 14 20 44 41,38 23,05 -1,50

eje 1-O story 2 300 35 x 35 14 20 44 45,04 26,59 -1,51

eje 1-P story 2 300 35 x 35 14 20 44 43,78 23,43 -1,66

eje 1-Q story 2 300 35 x 35 14 20 44 50,75 27,54 -1,89

eje 1-R story 2 300 35 x 35 14 20 44 40,04 17,25 -1,86

eje 4-K Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 57,65 12,25 -3,71

eje 4-L Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 59,38 12,25 -3,85

eje 4-M Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 58,4 12,25 -3,77

eje 4-N Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 52,81 12,25 -3,31

eje 4-O Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 55,26 12,25 -3,51

eje 4-P Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 57,23 12,25 -3,67

eje 4-Q Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 63,66 12,25 -4,20

eje 4-R Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 60,5 12,25 -3,94

eje 1-K Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 66,78 12,25 -4,45

eje 1-L Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 69,7 12,25 -4,69

eje 1-M Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 67,32 12,25 -4,50

eje 1-N Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 62,02 12,25 -4,06

eje 1-O Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 64,6 12,25 -4,27

eje 1-P Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 66,37 12,25 -4,42

eje 1-Q Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 72,06 12,25 -4,88

eje 1-R Stoty 1 300 35 x 35 16 20 50,27 69,24 12,25 -4,65

69

Tabla 27: Cuantías de acero estructural en vigas (con diagonales).

ETABS ETABS


(REAL)

As

(REQUERIDO)

NUEVO As

(REQUERIDO)variacion

cm cm mm cm2 cm2 cm2 %

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 19,87 8,83 -1,05

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 17,92 8,57 -0,89

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 17,72 9,5 -0,78

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 15,48 8,68 -0,65

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 17,8 8,63 -0,87

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 15,56 8,32 -0,69

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 17,76 7,72 -0,96

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 15,74 7,25 -0,81

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 17,79 8,64 -0,87

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 15,53 8,32 -0,69

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 17,7 9,5 -0,78

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 15,42 8,68 -0,64

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 19,88 8,83 -1,05

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 17,91 8,57 -0,89

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 18,74 8,29 -1,00

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 16,88 8,12 -0,83

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 16,61 7,92 -0,83

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 14,23 7,74 -0,62

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 16,73 7,39 -0,89

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 14,33 6,85 -0,71

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 16,71 7,18 -0,91

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 14,32 6,25 -0,77

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 16,73 7,39 -0,89

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 14,32 6,85 -0,71

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 16,6 7,92 -0,83

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 14,2 7,74 -0,62

Stoty 1 Top 3,15 30 x 35 5 20 15,71 18,74 8,29 -1,00

Stoty 1 Bottom 3,15 30 x 35 5 20 15,71 16,86 8,12 -0,83

Stoty 1 Top 3,15 25 x 25 4 20 12,57 12,08 4,4 -1,23

Stoty 1 Bottom 3,15 25 x 25 4 20 12,57 11,25 4,25 -1,12

Stoty 1 Top 3,15 25 x 25 4 20 12,57 9,34 4,29 -0,81

Stoty 1 Bottom 3,15 25 x 25 4 20 12,57 8,11 4,07 -0,65

Stoty 1 Top 3,15 25 x 25 4 20 12,57 9,47 4,02 -0,87

Stoty 1 Bottom 3,15 25 x 25 4 20 12,57 8,25 3,87 -0,70

Stoty 1 Top 3,15 25 x 25 4 20 12,57 9,46 3,82 -0,90

Stoty 1 Bottom 3,15 25 x 25 4 20 12,57 8,24 3,52 -0,76

Stoty 1 Top 3,15 25 x 25 4 20 12,57 9,46 4,02 -0,87

Stoty 1 Bottom 3,15 25 x 25 4 20 12,57 8,24 3,87 -0,70

Stoty 1 Top 3,15 25 x 25 4 20 12,57 9,31 4,29 -0,80

Stoty 1 Bottom 3,15 25 x 25 4 20 12,57 8,14 4,07 -0,65

Stoty 1 Top 3,15 25 x 25 4 20 12,57 12,08 4,4 -1,23

Stoty 1 Bottom 3,15 25 x 25 4 20 12,57 11,25 4,25 -1,12

EN SITIO

eje 4 entre

ejes K-L

eje 4 entre

ejes L-M

eje 4 entre

ejes M-N

eje 4 entre

ejes N-O

eje 4 entre

ejes O-P

eje 4 entre

ejes P-Q

eje 4 entre

ejes Q-R

eje 1 entre

ejes K-L

eje 1 entre

ejes L-M

eje 1 entre

ejes M-N

eje 1 entre

ejes N-O

eje 1 entre

ejes O-P

eje 1 entre

ejes P-Q

eje 1 entre

ejes Q-R

eje 5 entre

ejes K-L

eje 5 entre

ejes L-M

eje 5 entre

ejes M-N

eje 5 entre

ejes N-O

eje 5 entre

ejes O-P

eje 5 entre

ejes P-Q

eje 5 entre

ejes Q-R

BLOQUE A


70


Tabla 28: Derivas máximas reducidas.


StoryLoad

Case/Combo

Directio

nDrift R

Coeficient

e

% (con

diagonales)

% (sin

diagonales)

condicion

(NEC-15)

Story4 SismoY Max Y 0,001963 6 0,75 0,88 0,93 2% .

Story4 SismoX Max X 0,001395 6 0,75 0,63 0,65 2% .







MAX DERIVAS

Stoty 1 Top 6,05 35 x 50 9 20 28,28 34 12,47 -1,23

Stoty 1 Bottom 6,05 35 x 50 9 20 28,28 22,08 11,59 -0,60

Stoty 1 Top 6,05 35 x 50 9 20 28,28 36,07 13,28 -1,30

Stoty 1 Bottom 6,05 35 x 50 9 20 28,28 27,11 12,45 -0,84

Stoty 1 Top 6,05 35 x 50 9 20 28,28 37,2 15,29 -1,25

Stoty 1 Bottom 6,05 35 x 50 9 20 28,28 22,85 14,7 -0,47

Stoty 1 Top 6,05 35 x 50 9 20 28,28 33,72 13,48 -1,16

Stoty 1 Bottom 6,05 35 x 50 9 20 28,28 21,04 12,8 -0,47

Stoty 1 Top 6,05 35 x 50 9 20 28,28 36,18 13,48 -1,30

Stoty 1 Bottom 6,05 35 x 50 9 20 28,28 22,27 12,8 -0,54

Stoty 1 Top 6,05 35 x 50 9 20 28,28 35,29 15,29 -1,14

Stoty 1 Bottom 6,05 35 x 50 9 20 28,28 22,02 14,7 -0,42

Stoty 1 Top 6,05 35 x 50 9 20 28,28 38,92 13,28 -1,47

Stoty 1 Bottom 6,05 35 x 50 9 20 28,28 23,91 12,45 -0,65

Stoty 1 Top 6,05 35 x 50 9 20 28,28 34,95 12,47 -1,28

Stoty 1 Bottom 6,05 35 x 50 9 20 28,28 22,89 11,59 -0,65

Stoty 1 Top 1,23 35 x 50 3 20 9,42 5,18 3,42 -0,10

Stoty 1 Bottom 1,23 35 x 50 3 20 9,42 2,49 1,68 -0,05

Stoty 1 Top 1,23 35 x 50 3 20 9,42 6,01 6,06 0,00

Stoty 1 Bottom 1,23 35 x 50 3 20 9,42 3,05 3,09 0,00

Stoty 1 Top 1,23 35 x 50 3 20 9,42 6 6,16 0,01

Stoty 1 Bottom 1,23 35 x 50 3 20 9,42 2,94 3,12 0,01

Stoty 1 Top 1,23 35 x 50 3 20 9,42 5,97 6,13 0,01

Stoty 1 Bottom 1,23 35 x 50 3 20 9,42 2,96 3,14 0,01

Stoty 1 Top 1,23 35 x 50 3 20 9,42 6 6,13 0,01

Stoty 1 Bottom 1,23 35 x 50 3 20 9,42 2,94 3,14 0,01

Stoty 1 Top 1,23 35 x 50 3 20 9,42 6,37 6,16 -0,01

Stoty 1 Bottom 1,23 35 x 50 3 20 9,42 3,16 3,12 0,00

Stoty 1 Top 1,23 35 x 50 3 20 9,42 6,44 6,06 -0,02

Stoty 1 Bottom 1,23 35 x 50 3 20 9,42 3,19 3,09 -0,01

Stoty 1 Top 1,23 35 x 50 3 20 9,42 5,09 3,42 -0,10

Stoty 1 Bottom 1,23 35 x 50 3 20 9,42 2,55 1,68 -0,05

eje L entre

ejes 4-1

eje M entre

ejes 4-1

eje N entre

ejes 4-1

eje O entre

ejes 4-1

eje R entre

ejes 1-5

eje M entre

ejes 1-5

eje N entre

ejes 1-5

eje O entre

ejes 1-5

eje P entre

ejes 1-5

eje Q entre

ejes 1-5

eje P entre

ejes 4-1

eje Q entre

ejes 4-1

eje R entre

ejes 4-1

eje K entre

ejes 1-5

eje L entre

ejes 1-5

eje K entre

ejes 4-1

71

Con la aplicación de las diagonales se pudo apreciar la disminución de las derivas

ubicándolas dentro de lo establecido por la NEC-15. También influyó en las cuantías

de acero, disminuyéndolas en los pisos cercanos a ellas.

4.6.1. Periodo fundamental con diagonales.

T = Ct ∗ hn^α ; Ct = 0.055 ; α = 0.75 ; hn = 12 m.

T = 0,354 s

4.7. Conclusiones.

Estas dos edificaciones luego de los análisis presentaron varios inconvenientes como

derivas mayores a lo establecido por la NEC-15 y cuantías de acero superior a lo real,

pero, después de la aplicación de las diagonales las derivas disminuyeron

considerablemente para estar dentro de lo establecido, al igual sus cuantías de acero

requeridas disminuyeron, aunque siguen estando por encima de la cuantía de acero

real. Cabe aclarar que al utilizar diagonales se produce un incremento de la fuerza

cortante en la base, que sería otro tema muy interesante para continuar.

4.8. Observaciones.

El presente trabajo se lo ha elaborado en base a los trabajos de campo y laboratorio

que se consideraron apropiados, habiéndose revisado las condiciones del edificio y

realizados los análisis normales para este tipo de estudio, dadas las limitaciones de

toda investigación y los posibles cambios en las condiciones de campo, se deberá

comprobar lo aquí expuesto durante la ejecución de los trabajos.

72

Bibliografía.

Norma Ecuatoriana de la Construcción

NEC-SE-CG cargas (no sísmicas); NEC-15

NEC-SE-DS cargas sísmicas y diseño sismo resistente;NEC-15

NEC-SE-RE rehabilitación sísmica de estructuras; NEC-15

NEC-SÉ-HM estructuras de hormigón armado; NEC-15

Ing. MSc. David Lluncor Mendoza; cálculo estructural.

Ing. ARTHUR H. NILSON; diseño de estructuras de concreto.

universidad de guayaquilrepositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/33208/1/pico... · 2018. 9. 28. ·...

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