ADECUACIÓN ESTRUCTURAL DE OBRAS CIVILES SÍSMICAMENTE VULNERABLES. EJEMPLOS REALES

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1 ADECUACIÓN ESTRUCTURAL DE OBRAS CIVILES SÍSMICAMENTE VULNERABLES. EJEMPLOS REALES Ing. José Luis Alonso Página 1

2 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 Página 2

3 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 Página 3

4 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 Página 4

5 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 Página 5

6 ETAPAS DEL DISEÑO Caso 1: Nueva edificación 1. Diseño conceptual 2. Análisis estructural 3. Diseño de los miembros 4. Ingeniería de detalle Abarca la selección del uso, tipo y distribución del sistema resistente a fuerzas laterales y el predimensionado de los elementos estructurales ETAPAS DEL DISEÑO Caso 1: Nueva edificación 1. Diseño conceptual 2. Análisis estructural 3. Diseño de los miembros 4. Ingeniería de detalle 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) Página 6

7 ETAPAS DEL DISEÑO Caso 1: Nueva edificación 1. Diseño conceptual 2. Análisis estructural 3. Diseño de los miembros 4. Ingeniería de detalle Comprende la evaluación de la resistencia nominal R n de los miembros y de su resistencia de diseño R n (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. Página 7

8 ETAPAS DEL DISEÑO Caso 2: Adecuación estructural de una edificación existente -2. Recopilación de datos -1. Diagnóstico 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. ETAPAS DEL DISEÑO Caso 2: Adecuación estructural de una edificación existente -2. Recopilación de datos -1. Diagnóstico 1. Diseño conceptual 2. Análisis estructural 3. Diseño de los miembros 4. Ingeniería de detalle Página 8

9 ETAPAS DEL DISEÑO Caso 2: Adecuación estructural de una edificación existente -2. Recopilación de datos -1. Diagnóstico 1. Diseño conceptual 2. Análisis estructural 3. Diseño de los miembros 4. Ingeniería de detalle 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 Adecuación estructural. Edificio Toyota, ETAPAS DEL DISEÑO Caso 2: Adecuación estructural de una edificación existente -2. Recopilación de datos Los Corales. Demolición -1. Diagnóstico 1. Diseño conceptual 2. Análisis estructural 3. Diseño de los miembros 4. Ingeniería de detalle Página 9

10 Edifico Banco BOD Caracas, Pza. La Castellana ADECUACIÓN PREVENTIVA Liceo Bustamante, Caracas CUMANÁ. CARIACO, 1997 EDIFICIO TOYOTA ADECUACIÓN CORRECTIVA TANAGUARENA. DESLAVES, 1999 Página 10

11 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 Página 11

12 EVALUACIÓN DE LA SUPER ESTRUCTURA MÉTODOS DE ANÁLISIS DINÁMICO Estático Equivalente Espectral (lineal) Lineal (*) No lineal (*) Push-Over Capacidad (*) Acelerogramas Página 12

13 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 Página 13

14 Fuerza de Corte Q ADECUACIÓN ESTRUCTURAL DE OBRAS CIVILES SÍSMICAMENTE VULNERABLES. EJEMPLOS REALES TÉCNICAS DE REFORZAMIENTO Y REPARACIÓN UTILIZADAS EN 157 EDIFICIOS DE JAPÓN Adicionando paredes de corte Reforzamiento de columnas Columnas con aleros Uso de resinas epóxicas Reforzamiento de la cimentación Reforzamiento de vigas Aislando la tabiquería de la estructura Reforzamiento de pilotes Adicionando diagonales de acero Eliminando el piso superior Reforzamiento de vigas de riostra Reforzamiento de las losas Cambiando la estructura del techo Técnicas NÚMERO DE TÉCNICAS UTILIZADAS Q Pared Q monolítica Relleno con pared de hormigón 1.0 Q W Arriostres diagonales Tabiques con bloques de concreto Arriostres tipo K 0.5 Q W Paneles prefabricados Columnas con aleros Pórticos no reforzados Desplazamiento (10-3 radianes) Página 14

15 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 Página 15

16 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 Página 16

17 EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LA ESTRUCTURA Información de la estructura Levantamiento geométrico Ubicación de la tabiquería Ubicación de juntas y columnas cortas Columna corta Junta estructural EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LA ESTRUCTURA Información de la estructura 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 Columna corta Junta estructural Página 17

18 EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LA ESTRUCTURA 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 Página 18

19 MODELO ANALÍTICO ESTRUCTURA REAL Página 19

20 ESTUDIO DE ALTERNATIVAS DE ADECUACIÓN SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL SELECCIONADA Unidad Educativa Las Mercedes, Río Chico Página 20

21 UNIÓN ESTRUCTURAL Unión estructural de los dos módulos en forma de U en todos los niveles SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN 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 Página 21

22 DETALLES DEL PROYECTO DE ADECUACIÓN PROCESO DE ADECUACIÓN ESTRUCTURAL Página 22

23 CASO ANALIZADO No. 2 ADECUACIÓN PREVENTIVA Torre Financiera Banco Provincial, BBVA (Proyecto: 1976) ESTRUCTURACIÓN ORIGINAL Planta y envigado típicos Distribución de columnas Página 23

24 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 Página 24

25 ÁREAS VULNERABLES INCENDIO: Elementos prefabricados de fibra de vidrio en fachadas TERREMOTOS: Sistema de cerramiento inadecuado (niveles 35 al 37) SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN ADOPTADA, (1987) Página 25

26 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) Página 26

27 PROCESO CONSTRUCTIVO ALA OESTE, ( ) SOLUCIÓN DE ADECUACIÓN ADOPTADA, ( ) Fijación de fachadas al nuevo sistema estructural interno Sistema de fijación de elementos prefabricados livianos a la cercha Página 27

28 Detalle de fijación del parapeto de fachadas SISTEMA ESTRUCTURAL DE CERCHAS DEL TECHO Página 28

29 COBERTURA DEFINITIVA DE TECHO Estructura original Modelo tridimensional (Marzo 2016) Página 29

30 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 Página 30

31 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. Página 31

32 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/cm 2 E c = f c W c = 2500 kgf/m 3 F y = 4200 kgf/cm 2 E S = 2.1 x 10 6 kgf/cm 2 Página 32

33 Planta típica de los diferentes niveles en la solución original. Geometría y envigado de las plantas. Mezanina 1 y 2 Niveles 3-17 Niveles Helipuerto EDIFICIO SEDE DEL IAFE MODELO ANALÍTICO SOLUCIÓN ORIGINAL Página 33

34 Vista lateral Vista lateral Vista en planta EDIFICIO SEDE DEL IAFE: SOLUCIÓN ADOPTADA (MODELO REFORZADO) Página 34

35 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 Página 35

36 INICIO DE LA OBRA (2007) CONSTRUCCIÓN DEL MÓDULO 1 Página 36

37 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 Página 37

38 FIN Gracias por su atención Página 38