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ADECUACIÓN ESTRUCTURAL DE OBRAS CIVILES SÍSMICAMENTE VULNERABLES. EJEMPLOS REALES ING. M.SC. JOSÉ LUIS ALONSO G. Email: jlalonso45@gmail.com
ADECUACIÓN ESTRUCTURAL DE
OBRAS CIVILES SÍSMICAMENTE
VULNERABLES. EJEMPLOS REALES
Ing. José Luis Alonso
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OBRAS CIVILES
SUPERFICIALES
Edificios, viaductos, muros, puentes, silos, presas, torres de transmisión, almacenes,
galpones, carreteras, aeropuertos, etc.
SUBTERRÁNEAS
Túneles (mineros y TBM) , galerías mineras, estaciones
(Metro), tanques, fosos, refugios, sistemas de
acueductos, canales de embaulamiento, etc.
MARÍTIMAS
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 DE CONCRETO
Estructuras subterráneas
Túnel escudo (METRO)
Estructuras subterráneas
Estación (METRO)
ESTRUCTURAS DE CONCRETO
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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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. Diseño conceptual
2. Análisis estructural
3. Diseño de los miembros
4. Ingeniería de detalle
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Abarca la selección del uso,
tipo y distribución del sistema
resistente a fuerzas laterales y
el predimensionado de los
elementos estructurales
1. Diseño conceptual
2. Análisis estructural
3. Diseño de los miembros
4. Ingeniería de detalle
ETAPAS DEL DISEÑO
Caso 1: Nueva edificación
• 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)
1. Diseño conceptual
2. Análisis estructural
3. Diseño de los miembros
4. Ingeniería de detalle
ETAPAS DEL DISEÑO
Caso 1: Nueva edificación
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1. Diseño conceptual
2. Análisis estructural
3. Diseño de los miembros
4. Ingeniería de detalle
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
Caso 1: Nueva edificación
1. Diseño conceptual
2. Análisis estructural
3. Diseño de los miembros
4. Ingeniería de detalle
Incluye la elaboración de planos
de detalle (armadura de
refuerzo y/o conexiones
metálicas), especificaciones ,
aspectos constructivos, etc.
ETAPAS DEL DISEÑO
Caso 1: Nueva edificación
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ETAPAS DEL DISEÑO Caso 2: Adecuación estructural de una edificación existente
1. Diseño conceptual
2. Análisis estructural
3. Diseño de los miembros
4. Ingeniería de detalle
• Incluye la recopilación de
información relacionada con la
edificación existente tal y como
fue construida: Tipología
estructural, calidad de los
materiales, armadura de
refuerzo y/o conexiones,
memorias de cálculo, etc.
-2. Recopilación de datos
-1. Diagnóstico
ETAPAS DEL DISEÑO Caso 2: Adecuación estructural de una edificación existente
1. Diseño conceptual
2. Análisis estructural
3. Diseño de los miembros
4. Ingeniería de detalle
-2. Recopilación de datos
-1. Diagnóstico
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Adecuación estructural. Edificio Toyota,
• Análisis y verificación de la
edificación como fue construida,
identificación de fortalezas y/o
deficiencias.
• Veredicto final: 1) Adecuación,
factibilidad, costo; 2) Demolición;
3) No intervención
-2. Recopilación de
datos
-1. Diagnóstico
ETAPAS DEL DISEÑO Caso 2: Adecuación estructural de una edificación existente
1. Diseño conceptual
2. Análisis estructural
3. Diseño de los miembros
4. Ingeniería de detalle
Los Corales. Demolición
-2. Recopilación de
datos
-1. Diagnóstico
1. Diseño conceptual
2. Análisis estructural
3. Diseño de los miembros
4. Ingeniería de detalle
ETAPAS DEL DISEÑO Caso 2: Adecuación estructural de una edificación existente
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Liceo Bustamante, Caracas
ADECUACIÓN PREVENTIVA Edifico Banco BOD
Caracas, Pza. La Castellana
ADECUACIÓN CORRECTIVA
TANAGUARENA. DESLAVES, 1999
CUMANÁ. CARIACO, 1997
EDIFICIO TOYOTA
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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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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
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
Se recomienda este método porque:
ALGUNAS SOLUCIONES DE REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL
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TÉCNICAS DE REFORZAMIENTO Y REPARACIÓN UTILIZADAS EN 157 EDIFICIOS DE JAPÓN
1
2
2
2
3
4
4
5
5
35
43
52
130
0 50 100 150
Cambiando la estructura del techo
Reforzamiento de las losas
Reforzamiento de vigas de riostra
Eliminando el piso superior
Adicionando diagonales de acero
Reforzamiento de pilotes
Aislando la tabiquería de la estructura
Reforzamiento de vigas
Reforzamiento de la cimentación
Uso de resinas epóxicas
Columnas con aleros
Reforzamiento de columnas
Adicionando paredes de corte
NÚMERO DE TÉCNICAS UTILIZADAS
Técnicas
Paneles prefabricados
Arriostres tipo K
Columnas con aleros
Tabiques con bloques de concreto
Q Pared monolítica
Q Relleno con pared de hormigón
Arriostres diagonales
Pórticos no reforzados
5 10 15
1.0 QW
0.5 QW
Desplazamiento (10 -3 radianes)
Fuerz
a d
e C
ort
e Q
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AUMENTO DE LA CAPACIDAD
RESISTENTE
Ejemplos de reforzamiento de
miembros estructurales de concreto armado
CASO ANALIZADO No. 1
• Esta edificación es casi idéntica a la edificación del Liceo Raimundo Martínez Centeno que colapsó en Cariaco, durante el terremoto de 1997
Unidad Educativa
Las Mercedes
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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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Levantamiento estructural
Ubicación de la tabiquería
Ubicación de columnas cortas
EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LA ESTRUCTURA
• Levantamiento geométrico
• Ubicación de la tabiquería
• Ubicación de juntas y columnas cortas
Información de la estructura
Junta estructural
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 core-drills y ensayos de ultrasonido
Información de la estructura
EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LA ESTRUCTURA
Junta estructural
Columna corta
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Levantamiento estructural
Ubicación de la tabiquería
Ubicación de columnas cortas
• Se generó un modelo estructural tridimensional, que incluyó el efecto de las escaleras y de la tabiquería contribuyente
Revisión analítica de la estructura
EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LA ESTRUCTURA
Junta estructural
Columna corta
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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ESTUDIO DE ALTERNATIVAS DE ADECUACIÓN
SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL SELECCIONADA
Unidad Educativa Las Mercedes, Río Chico
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•Unión estructural de los dos módulos en forma de U en todos los niveles
UNIÓN ESTRUCTURAL
• Engrosamiento de todas las columnas existentes
COLUMNAS
•Construcción de dos núcleos simétricos conformados por pantallas de concreto armado
PANTALLAS
• Independizar la tabiquería de las aulas en sus fachadas de las columnas perimetrales a fin de eliminar el efecto de columna cautiva
TABIQUERÍA
•Arriostramiento de columnas ya engrosadas por encima del nivel azotea mediante una pérgola estructural
ARRIOSTRAMIENTO
SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL SELECCIONADA
PROCESO DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL
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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
Distribución de columnas
Planta y envigado típicos
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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)
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
A FAVOR:
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ÁREAS VULNERABLES
TERREMOTOS:
Sistema de cerramiento inadecuado (niveles 35 al 37)
INCENDIO:
Elementos prefabricados de fibra de vidrio en fachadas
SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN ADOPTADA, (1987)
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Fijación mediante anclajes de la nueva estructura a la existente
Inicio del proceso de perforación y colocación de anclajes
ETAPAS DEL REFORZAMIENTO
PROCESO CONSTRUCTIVO (1988)
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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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Detalle de fijación del parapeto de fachadas
SISTEMA ESTRUCTURAL DE CERCHAS DEL TECHO
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COBERTURA DEFINITIVA
DE TECHO
Estructura original
Modelo tridimensional (Marzo 2016)
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Estructura original vs Modelo tridimensional (Marzo 2016)
Modelo tridimensional de los niveles 35 al 37 (Marzo 2016)
ESTRUCTURA ORIGINAL
Incluye parapetos prefabricados livianos de
concreto aligerado
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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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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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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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EDIFICIO SEDE DEL IAFE: SOLUCIÓN ADOPTADA (MODELO REFORZADO)
Vista lateral
Vista lateral
Vista en planta
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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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INICIO DE LA OBRA (2007)
CONSTRUCCIÓN DEL MÓDULO 1
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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
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FIN
Gracias por su atención