Jose Luis Alonso Adecuacion Estructural de - Zigurat E

Transcripción

ADECUACIÓN ESTRUCTURAL DE OBRAS CIVILES SÍSMICAMENTE VULNERABLES. EJEMPLOS REALES
ING. M.SC. JOSÉ LUIS ALONSO G.
Email: [email protected]
ADECUACIÓN ESTRUCTURAL DE
OBRAS CIVILES SÍSMICAMENTE
VULNERABLES. EJEMPLOS REALES
Ing. José Luis Alonso
1ER. SIMPOSIO VIRTUAL INTERNACIONAL ESTRUCTURAS SISMORRESISTENTES DE EDIFICIOS Y PUENTES
ZIGURAT
BARCELONA, ABRIL 2016
Página 1
OBRAS CIVILES
SUPERFICIALES
SUBTERRÁNEAS
MARÍTIMAS
Edificios, viaductos, muros,
puentes, silos, presas, torres
de transmisión, almacenes,
galpones, carreteras,
aeropuertos, etc.
Túneles (mineros y TBM) ,
galerías mineras, estaciones
(Metro), tanques, fosos,
refugios, sistemas de
acueductos, canales de
embaulamiento, etc.
Puertos, muelles, escolleras,
espolones, grúas, galpones,
conducciones subterráneas
(gas petróleo), plataformas
aguas afuera, diques secos,
etc.
MATERIALES: Concreto, acero, roca, madera, asfalto, adobe, suelo-cemento, etc.
ESTRUCTURAS DE CONCRETO
Estructuras en superficie
Muro atirantado
Estructuras en superficie
Viaducto elevado
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Estructuras subterráneas
Túnel escudo (METRO)
Estructuras subterráneas
Estación (METRO)
Estructuras en superficie: Edificios de concreto armado
TIPO TÚNEL
SISTEMA DE PÓRTICOS
TUBO EN TUBO
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ESTRUCTURAS DE ACERO
ÁRBOL PARA VIVIR
MISIÓN SANTA ROSA
ANDAMIO RODANTE
PROYECTO: FASES
1. Definir uso y material constructivo
2. Determinación de las acciones (CP, CV, S, W, etc.)
3. Concepción estructural y arquitectónica, (alternativas)
4. Dimensionado de la estructura
5. Modelado estructural
6. Análisis y Diseño, (Normas)
7. Memoria de cálculo, planos, cómputos métricos
8. Análisis de costos unitarios
9. Presupuesto
10. Licitación
11. Planificación (redes) y construcción de obras
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Página 4
DISEÑO SÍSMICO DE
EDIFICACIONES
Distinguiremos:
• CASO 1: Nueva
Edificación
• CASO 2: Adecuación estructural de una edificación
existente
ETAPAS DEL DISEÑO
Caso 1: Nueva edificación
1.
2.
3.
4.
Diseño conceptual
Análisis estructural
Diseño de los miembros
Ingeniería de detalle
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Página 5
ETAPAS DEL DISEÑO
1. Diseño conceptual
2. Análisis estructural
3. Diseño de los miembros
4. Ingeniería de detalle
ETAPAS DEL DISEÑO
Abarca la selección del uso,
tipo y distribución del sistema
resistente a fuerzas laterales y
el predimensionado de los
elementos estructurales
• Modelo estructural
• Estimación y combinación
mayorada de las acciones
de servicio actuantes
(demanda), incluyendo el
sismo
• Evaluación de las
solicitaciones (fuerzas y
deformaciones internas de
los miembros)
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ETAPAS DEL DISEÑO
Comprende la evaluación de la
resistencia nominal 𝑅𝑛 de los
miembros y de su resistencia de
diseño ∅𝑅𝑛 (capacidad)
garantizando que siempre se
cumpla que:
𝑈 ≤ ∅𝑅𝑛
ETAPAS DEL DISEÑO
Incluye la elaboración de planos
de detalle (armadura de
refuerzo y/o conexiones
metálicas), especificaciones ,
aspectos constructivos, etc.
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Página 7
ETAPAS DEL DISEÑO
Caso 2: Adecuación estructural de una edificación existente
-2. Recopilación de
datos
-1. Diagnóstico
•
Incluye la recopilación de
información relacionada con la
edificación existente tal y como
fue construida: Tipología
1.
2.
3.
4.
Diseño conceptual
estructural, calidad de los
materiales, armadura de
refuerzo y/o conexiones,
memorias de cálculo, etc.
ETAPAS DEL DISEÑO
datos
-1. Diagnóstico
1.
2.
3.
4.
Diseño conceptual
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Página 8
ETAPAS DEL DISEÑO
datos
•
Análisis y verificación de la
edificación como fue construida,
-1. Diagnóstico
identificación de fortalezas y/o
deficiencias.
1.
2.
3.
4.
Diseño conceptual
•
Veredicto final: 1) Adecuación,
factibilidad, costo; 2) Demolición;
3) No intervención
Adecuación estructural. Edificio Toyota,
ETAPAS DEL DISEÑO
datos
Los Corales. Demolición
-1. Diagnóstico
1.
2.
3.
4.
Diseño conceptual
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ADECUACIÓN PREVENTIVA
Edifico Banco BOD
Caracas, Pza. La Castellana
Liceo Bustamante, Caracas
ADECUACIÓN CORRECTIVA
CUMANÁ. CARIACO, 1997
EDIFICIO TOYOTA
TANAGUARENA. DESLAVES, 1999
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DEMOLICIÓN
(Los Corales, 1999)
DEMOLICIÓN
(Los Corales, 1999)
ADECUACIÓN ESTRUCTURAL
ETAPAS






Evaluación de la estructura
Estudio geotécnico
Estudio de alternativas
Selección de la alternativa
Proyecto de adecuación
Evaluación del costo
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Página 11
EVALUACIÓN DE LA
SUPER ESTRUCTURA
MÉTODOS DE ANÁLISIS
DINÁMICO






Estático Equivalente
Espectral (lineal)
Lineal (*)
No lineal (*)
Push-Over
Capacidad
(*) Acelerogramas
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ANÁLISIS ESPECTRAL
Se recomienda este método porque:





Elimina la variable tiempo del proceso
Las frecuencias y deformadas modales
no dependen de la solicitación sísmica
La respuesta depende de la forma del
espectro y del tipo de terreno
Evalúa la respuesta máxima únicamente
Es una técnica ampliamente conocida
ALGUNAS
SOLUCIONES DE
REFORZAMIENTO
ESTRUCTURAL
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TÉCNICAS DE REFORZAMIENTO Y REPARACIÓN UTILIZADAS EN 157
EDIFICIOS DE JAPÓN
130
Adicionando paredes de corte
52
Reforzamiento de columnas
43
Columnas con aleros
35
Uso de resinas epóxicas
5
Reforzamiento de la cimentación
Reforzamiento de vigas
5
Aislando la tabiquería de la estructura
4
Reforzamiento de pilotes
4
Adicionando diagonales de acero
3
Eliminando el piso superior
2
Reforzamiento de vigas de riostra
2
Reforzamiento de las losas
2
Cambiando la estructura del techo
1
Técnicas
0
50
100
150
NÚMERO DE TÉCNICAS UTILIZADAS
Q
Pared
monolítica
Q
Relleno con
pared de
hormigón
Fuerza de Corte Q
1.0 QW
Arriostres
diagonales
Tabiques
con bloques
de concreto
Arriostres
tipo K
0.5 QW
Paneles
prefabricados
Columnas
con aleros
Pórticos no reforzados
5
10
15
Desplazamiento (10 -3 radianes)
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AUMENTO DE
LA CAPACIDAD
RESISTENTE
Ejemplos de
reforzamiento de
miembros
estructurales de
concreto armado
CASO ANALIZADO No. 1
Unidad Educativa
Las Mercedes
• Esta edificación
es casi idéntica a
la edificación del
Liceo Raimundo
Martínez
Centeno que
colapsó en
Cariaco, durante
el terremoto de
1997
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Liceo Raimundo Martínez Centeno. Terremoto de Cariaco 1997
UNIDAD EDUCATIVA
RAIMUNDO MARTÍNEZ
CENTENO
Colapso del primer piso de
la edificación causado
básicamente por efectos
torsionales. Terremoto de
Cariaco de 1997
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Página 16
EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LA ESTRUCTURA
Levantamiento
estructural
Ubicación de la
tabiquería
Ubicación de
columnas cortas
Información de
la estructura
• Levantamiento
geométrico
• Ubicación de la
tabiquería
• Ubicación de juntas y
columnas cortas
Columna
corta
Junta
estructural
Información de
la estructura
Columna corta
• Evaluación de las
características
geotécnicas del depósito
de fundación
• Evaluación de la
resistencia de los
materiales de
construcción de la
edificación mediante
extracciones de coredrills y ensayos de
ultrasonido
Junta estructural
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Levantamiento
estructural
Ubicación de la
tabiquería
Ubicación de
columnas cortas
Revisión
analítica de la
estructura
• Se generó un modelo
estructural
tridimensional, que
incluyó el efecto de
las escaleras y de la
tabiquería
contribuyente
Columna corta
Junta estructural
Modelo tridimensional de la U.E. Las Mercedes, similar a la U.E.R.M. Centeno, (Cariaco),
conformado por 2 módulos asimétricos en forma de U
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MODELO ANALÍTICO
ESTRUCTURA REAL
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Página 19
ESTUDIO DE ALTERNATIVAS DE ADECUACIÓN
SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN
ESTRUCTURAL SELECCIONADA
Unidad Educativa Las
Mercedes, Río Chico
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UNIÓN ESTRUCTURAL
• Unión estructural de los dos módulos en forma de
U en todos los niveles
ESTRUCTURAL SELECCIONADA
COLUMNAS
• Engrosamiento de todas las columnas existentes
PANTALLAS
• Construcción de dos núcleos simétricos
conformados por pantallas de concreto armado
TABIQUERÍA
• Independizar la tabiquería de las aulas en sus
fachadas de las columnas perimetrales a fin de
eliminar el efecto de columna cautiva
ARRIOSTRAMIENTO
• Arriostramiento de columnas ya engrosadas por
encima del nivel azotea mediante una pérgola
estructural
PROCESO DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL
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Página 21
DETALLES DEL PROYECTO DE ADECUACIÓN
PROCESO DE ADECUACIÓN
ESTRUCTURAL
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CASO ANALIZADO No. 2
ADECUACIÓN PREVENTIVA
Torre Financiera
Banco Provincial, BBVA
(Proyecto: 1976)
ESTRUCTURACIÓN ORIGINAL
Planta y
envigado
típicos
Distribución
de columnas
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REVISIÓN ESTRUCTURAL: ANÁLISIS DINÁMICO
(Febrero 1984)
Tipo de suelo: S2
Ao = 0.25g
Estructura tipo II
Nivel de diseño: ND2
Factor α = 1.00
Factor R = 4.00
CONCLUSIONES DE LA REVISIÓN (1984)
A FAVOR:
 La configuración estructural es apropiada
 La edificación es sísmicamente aceptable
 No existen cambios bruscos de rigidez,
(niveles 1 al 35)
 Buena calidad de los materiales
 Buena calidad constructiva
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ÁREAS VULNERABLES
INCENDIO:
Elementos prefabricados de fibra de
vidrio en fachadas
TERREMOTOS:
Sistema de cerramiento
inadecuado (niveles 35 al 37)
ADOPTADA, (1987)
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Página 25
ETAPAS DEL REFORZAMIENTO
Fijación mediante anclajes de la nueva estructura a
la existente
Inicio del proceso de perforación y colocación de
anclajes
PROCESO CONSTRUCTIVO
(1988)
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Página 26
PROCESO CONSTRUCTIVO
ALA OESTE, (1986-87)
SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN ADOPTADA, (1986-87)
Fijación de fachadas al nuevo sistema estructural
interno
Sistema de fijación de elementos prefabricados livianos a la
cercha
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Página 27
Detalle de fijación del
parapeto de fachadas
SISTEMA ESTRUCTURAL DE
CERCHAS DEL TECHO
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Página 28
COBERTURA DEFINITIVA
DE TECHO
Estructura
original
Modelo
tridimensional
(Marzo 2016)
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Página 29
Estructura original vs Modelo
tridimensional (Marzo 2016)
ESTRUCTURA ORIGINAL
Modelo tridimensional de los
niveles 35 al 37 (Marzo 2016)
Incluye parapetos
prefabricados livianos de
concreto aligerado
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Página 30
En definitiva, el análisis
modal nos permitió hoy,
en 2016, corroborar la
vulnerabilidad sísmica del
parapeto perimetral de
las fachadas de los
niveles 35 al 37
detectada, basados en un
buen criterio ingenieril,
en el estudio de revisión
del año 1984 realizado
hace 32 años.
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Página 31
CASO 3
SEDE DEL INSTITUTO
AUTÓNOMO DE
FERROCARRILES
EDIFICIO SEDE DEL IAFE
La estructura analizada es una estructura
de concreto armado de 25 niveles de
geometría irregular tanto en planta como
en elevación.
•
Estructura: Tipo II, (COVENIN)
•
Nivel de diseño: 3
•
Factor de reducción: R=5
•
𝑓′𝑐 = 300 kgf/cm2
•
𝐸𝑐 = 15100 𝑓′𝑐
•
Wc = 2500 kgf/m3
•
Fy = 4200 kgf/cm2
•
ES = 2.1 x 106 kgf/cm2
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Página 32
Planta típica de los diferentes niveles en la solución original. Geometría
y envigado de las plantas.
Mezanina 1 y 2
Niveles 3-17
Niveles 18-20
Helipuerto
EDIFICIO SEDE DEL IAFE
MODELO ANALÍTICO
SOLUCIÓN ORIGINAL
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Página 33
Vista
lateral
Vista
lateral
Vista en
planta
EDIFICIO SEDE DEL IAFE: SOLUCIÓN ADOPTADA (MODELO REFORZADO)
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Página 34
Planta típica de los
diferentes niveles en
la solución reforzada
(Modelo II)
Geometría de las
plantas y envigado
MODOS
1, 2, 3,
4, 5 Y 19
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Página 35
INICIO DE LA OBRA
(2007)
CONSTRUCCIÓN DEL MÓDULO 1
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Página 36
CONCLUSIÓN
Las posibles deficiencias o puntos
débiles de una edificación pueden
convenientemente anticiparse mediante
el uso de la técnica del análisis modal.
COMENTARIOS FINALES

El proceso de adecuación estructural es complejo y
costoso



No existe una solución de adecuación única
La solución adoptada debe ser sencilla y ejecutable
Lo más importante en el proceso es el buen criterio
y la experiencia del profesional involucrado
ZIGURAT
Página 37
FIN
Gracias por su atención
ZIGURAT
Página 38

Jose Luis Alonso Adecuacion Estructural de - Zigurat E

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