ESTADO DEL ARTE DE LA CONSTRUCCION DE EDIFICIOS PREFABRICADOS EN MEXICO. 12 de Marzo, 2013 Facultad de Ingeniería, UNAM

Transcripción

1 INSTITUTO DE INGENIERÍA UNAM, MÉXICO ESTADO DEL ARTE DE LA CONSTRUCCION DE EDIFICIOS PREFABRICADOS EN MEXICO Mario E. Rodriguez Instituto de Ingenieria, UNAM 12 de Marzo, 2013 Facultad de Ingeniería, UNAM

2 RECONOCIMIENTOS ANIPPAC ANIVIP CONACYT INSTITUTO DE INGENIERIA (UNAM) Dr. Jose Restrepo (UCSD) Estudiantes: JJ Blandon (Doctorado) M. Torres (Doctorado) E.Vasquez (Maestría) G. León (Maestría) H. Cabrera (Maestría)

3 INDICE 1. Comportamiento de estructuras prefabricadas en sismos 2. Conexiones entre elementos estructurales de edificios 3. Diafragmas en edificios 4. Prefabricación en puentes

4 Construcción de un edificio prefabricado de 15 niveles en el DF (Hotel en Gran Sur, DF)

5 PUENTES EN LA CIUDAD DE MEXICO

6 Rapidez Control de calidad Medio ambiente (sustentabilidad)

7 Por que no se usa tanto las estructuras prefabricadas de Concreto? 1. Inercia al cambio 2. Tiempo 3. Experiencias observadas en terremotos

8 ASPECTOS RELEVANTES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO Y COMPORTAMIENTO SISMICO DE ESTRUCTURAS PREFABRICADAS: 1. CONEXIONES 2. SISTEMAS DE PISO (Diafragmas)

9 COMPORTAMIENTO SISMICO OBSERVADO EN ESTRUCTURAS PREFABRICADAS

10 Armenia, 1988

11 1994 Terremoto de Northridge

12 ESTRUCTURAS DE CONCRETO PREFABRICADO, TERREMOTO DE CHILE, MARZO 2010

13 Edificio prefabricado de CR en Ciudad Empresarial

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15 EMPLEO DEL CONCEPTO DE EMULACION

16 ASPECTOS RELEVANTES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO Y COMPORTAMIENTO SISMICO DE ESTRUCTURAS PREFABRICADAS: 1. CONEXIONES 2. SISTEMAS DE PISO (Diafragmas)

17 1. CONEXIONES ENTRE ELEMENTOS PREFABRICADOS DE CONCRETO

18 CONEXIÓN TIPO VENTANA

19 CONEXIÓN CON BARRAS DE REFUERZO SOLDADAS

20 Construcción de un edificio prefabricado de 15 niveles en el DF (ventanas y varillas soldadas en trabes)

21 ESTUDIOS EXPERIMENTALES EN MEXICO (II, UNAM) DEL COMPORTAMIENTO DE CONEXIONES VIGA-COLUMNA EN MARCOS DE CR PREFABRICADOS

22 EDIFICIO PREFABRICADO EN MEXICO CON CONEXION TIPO VENTANA

23 VISTA DEL MODELO DURANTE SU CONSTRUCCIÓN Precast Wall Precast Column

24 CONEXION PREFABRICADA VIGA- COLUMNA INTERIOR (CORTE A-A) Estribo 3Ø3/8" de viga T 2 2Ø3/8" 3Ø1/2" colocalas en obra Viga en L Ductos plásticos para ganchos 60 3Ø3/8" Estribo Ø4mm Estribo Ø1/4" 250 Columna 250x250

25 ESTUDIO EXPERIMENTAL EN EL II

26 MURO ESTRUCTURAL DE CR DAÑO OBSERVADO EN MARCO LATERAL AL FINAL DEL ENSAYE

27 DAÑO OBSERVADO EN LA CONEXION TRABE- COLUMNA EN EL EDIFICIO PREFABRICADO ENSAYADO

28 mm kn 1.47 kn-m 2.55 kn DIMENSIONES Y FUERZAS EXTERNAS CALCULADAS EN LA CONEXION TIPO VENTANA 208mm 7.63 kn-m kn ( M=0.60 My ) kn P/Ag*f'c= kn 1.47 kn-m

29 212mm kn (0.20) 208mm kn Elemento critico (0.10) 4.81 (0.04) (0.17) (0.15) (1.0) (0.56) (0.69) (0.25) (0.60) (0.58) (0.44) (0.56) (0.16) kn (0.15) kn 1.96 (0.87) Para F=32.0 kn se produce el aplastamiento del concreto, fc=0.87 f c APLICACIÓN DEL MODELO DEL PUNTAL Y TIRANTE PARA EL ANALISIS DE LA CAPACIDAD RESISTENTE DE LA CONEXION

30 ESTUDIOS EN MEXICODE CONEXIONES CON BARRAS DE REFUERZO SOLDADAS

31 ENSAYES EN MEXICO DE UNA CONEXIÓN PREFABRICADA TRABE-COLUMNA (Zermeño, 1992)

32 VISTA DE UN ENSAYE TIPICO DE LA CONEXION TRABE-COLUMNA PREFABRICADA

33 50 25 Fractura de refuerzo soldado V (ton) D(cm) CICLOS CARGA LATERAL-DESPLAZAMIENTO MEDIDOS EN EL ENSAYE DE LA CONEXION TRABE-COLUMNA PREFABRICADA

34 Fractura de refuerzo soldado

35 OPINION DE LOS PREFABRICADORES QUE PATROCINARON EL ESTUDIO (ANIPPAC): MALA SOLDADURA MAL SOLDADOR LOS DEL II SON MALOS, ETC ETC

36 ENSAYES EN TRACCION EN MEXICO (RODRIGUEZ et al.,2006) DE VARILLAS DE REFUERZO DE 25 MM SIN Y CON SOLDADURA (f y = 4200 kg/cm2) fs (kg/cm 2 ) e s VARILLA SIN SOLDAR

37 ENSAYES EN TRACCION EN MEXICO (RODRIGUEZ et al.,2006) DE VARILLAS DE REFUERZO DE 25 MM SIN Y CON SOLDADURA (f y = 4200 kg/cm2) B1 E70 f s (kg/cm 2 ) 4000 B2 f s (kg/cm 2 ) 4000 E e s e s VARILLA SOLDADA, ELECTRODO E90 CON PRECALENTAMIENTO VARILLA SOLDADA, BISEL B1 SIN PRECALENTAMIENTO

38 MODELO ANALITICO EMPLEADO (Rodriguez y Torres, 2012)

39 30 A (e s =0.02) F 22 M c (t-m) V (t) Experimental Calculado Ec D (cm) COMPARACION ENTRE CICLOS DE HISTERESIS EXPERIMENTALES Y CALCULADOS

40 DEMANDA VERSUS CAPACIDAD A B f s (kg/cm 2 ) Calculado Ec1 Calculado Ec e s CURVAS ESFUERZO-DEFORMACION CALCULADAS PARA LA VARILLA SOLDADA EN LA ZONA CRITICA

41 CONCLUSIONES: LAS CONEXIONES PREFABRICADAS EN LAS QUE SE SUELDA LAS VARILLAS DE REFUERZO SON FRAGILES. NO TIENEN CAPACIDAD DE DEFORMACION ES NECESARIO REFORZAR LAS ESTRUCTURAS EXISTENTES CON ESTE TIPO DE CONEXION ESTAS CONEXIONES SE DEBEN DEJAR DE USAR EN EL PAIS Y SE DEBEN EMPLEAR CONEXIONES DE OTRO TIPO COMO LAS QUE EMPLEAN EL CONCEPTO DE EMULACION

42 ESTUDIOS EXPERIMENTALES EN MEXICO DE UN EDIFICIO PREFABRICADO EN EL QUE SE EMPLEO EL CONCEPTO DE EMULACION

43 ESPÉCIMEN PREFABRICADO EMPLEANDO EL CONCEPTO DE EMULACIÓN Modelo a escala 1:4 del edificio prototipo Pieza 1: vigas y nudos viga-columna conexión con doble gancho (drop-in double hooked bars) Losa Losa Pieza 3: viga transversal Pieza 2: vigas y nudos viga-columna 76

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45 Trabe prefabricada CONCEPTO DE EMULACIÓN (NO SE EMPLEA SOLDADURA) DE UN EDIFICIO DE CR PREFABRICADO PARA ENSAYE EN LA MESA VIBRADORA UNAM ( )

46 COLADO DE GROUT EN ESPECIMEN PREFABRICADO ENSAYADO EN MESA VIBRADORA

47 COLADO DE GROUT EN DUCTOS DE CONEXIÓN NUDO-COLUMNA DEL ESPECIMEN PREFABRICADO ENSAYADO EN MESA VIBRADORA (DUCTOS D=13 MM, BARRA D= 6MM)

48 CONSTRUCCIÓN DEL ESPÉCIMEN Vigas prefabricadas 90 cm 90 cm 31.5 cm 54 cm PIEZA 1 PIEZA cm PIEZA 2

49 CONSTRUCCIÓN DEL ESPÉCIMEN 42 cm PIEZA 5 PIEZA 4 42 cm 62 cm 59 cm 24 cm 50 cm 11.5 cm 11.5 cm

50 Conexiones coladas en sitio con grout

51 Conexiones coladas en sitio con concreto

52 30 Unidad de Losa alveolar

53 Firme de concreto

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55 SISMO

56 Movimiento sísmico

57 Registro de aceleraciones (100%) empleado en el edificio prefabricado para ensaye en mesa vibradora Aceleración de la Base - Llolleo 100% Aceleracion (g) Tiempo t (s)

58 Grietas de 8 mm

59 Vista de unión viga-columna del primer nivel después del ensaye Llolleo 250% (PLUMON) Unión col-col sin daño

60 Refuerzo longitudinal de viga colocado en sitio Columna de concreto reforzado prefabricado Viga canal prefabricada

61 SISTEMAS DE PISO (DIAFRAGMAS) EN EDIFICIOS

62 SISTEMAS DE PISO PREFABRICADOS EN EDIFICIOS EN MÉXICO

63 Malla electrosoldada 6x6 10/10 Bovedilla Vigueta SISTEMA VIGUETA Y BOVEDILLA EN MÉXICO

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65 VIGAS T O DOBLE T PARA SISTEMAS DE PISO PREFABRICADOS Viga T

66 COLADO DE FIRME EN EDIFICIO DE 15 NIVELES EN EL DF, PREFABRICADO A BASE DE MARCOS DE CR

67 PLANTA DEL EDIFICIO DE ESTACIONAMIENTO PREFABRICADO DE CUATRO NIVELES EN MEXICALI, MÉXICO

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69 FUERZAS INERCIALES EN DIAFRAGMAS DE EDIFICIOS Fuerzas Inerciales, FI Masa, m m FI FR FA Ug Ug

70 H F i F px h i a) Sistema sismo-resistente b) Fuerzas en la estructura c) Fuerzas en el diafragma a) Lateral System b) Forces in Lateral System c) Forces in Diaphragms FUERZAS ACTUANTES EN EL SISTEMA LATERAL SISMO-RESISTENTE Y EN DIAFRAGMAS

71 m 8.5m 8.5m 8.5m 4m 5m A B C D E F 8.5m 8.5m 8.5m 8.5m 8.5m 3.5m 6m Planta 8.4m 4.2m 8.5m Elevacion Edificio de 20 niveles de CR en zona III a de la zonificacion de las NTDS 2004, c= 0.4

72 P.p. Losa + firme 6cm = 270 kg/m Viga tubular 100 Bovedilla de poliestireno Detalle de viga tubular de 30 cm, bovedilla, y firme de 6 cm

73 Opción 1: Sistema de piso con losa maciza (peralte h= 17 cm) Área de la planta del edificio (m 2 ) 1156 Volumen de concreto requerido (m 3 ) Acero requerido (kg) Volumen de concreto requerido por m 2 (m 3 /m 2 ) 0.13 Acero requerido por m 2 (kg/m 2 ) Opción 2: Sistema de piso con losa tubular (Altura h= 30 cm + 6 cm) Área de la planta del edificio (m 2 ) 1156 Volumen de concreto requerido (m 3 )* 104 Alambre requerido (kg) 2083 Acero requerido (kg) 4323 Volumen de concreto requerido (m 3 /m 2 ) 0.09 Alambre requerido por m 2 (kg/m2) 1.80 Acero requerido por m 2 (kg/m 2 ) 3.74 * incluye el concreto del firme Relación volumen de concreto (m 3 ) opción 1 / opción 2 = 1.45

74 PLANTA DEL EDIFICIO DE ESTACIONAMIENTO PREFABRICADO DE CUATRO NIVELES EN MEXICALI, MÉXICO

75 SISMO DE ABRIL 2010 EN MEXICALI

76 BUEN COMPORTAMIENTO DE LA ZONA DE RAMPA CON FIRME

77 VIGAS T O DOBLE T PARA SISTEMAS DE PISO PREFABRICADOS Viga T

78 ESTUDIO EXPERIMENTAL DE EDIFICIO PREFABRICADO EN EL II DE LA UNAM

79 1 Concreto colado en sitio Zona crítica Ø3/8" L=420 Malla 6"x6" 10/ Ø3/8" L= Viga longitudinal 2Ø3/8" Viga TT Sección B-B (no se muestra muro)

80 MODELO SIMPLE DE PUNTAL Y TIRANTE PARA DIAFRAGMA DE ESPECIMEN ENSAYADO

81 ESPECIMEN ENSAYADO EN EL II, UNAM, QUE EMPLEA EMULACION SISMO

82 ENSAYE ANTE SISMO DE INTENSIDAD ALTA: GRIETAS NIVEL 1 Después de la ultima señal (Llolleo 250%), el daño fue: Dimension de grietas: Menores a 0.30 mm mm Mayores a 0.60 mm LOSA PRIMER NIVEL Dimensiones en cm

83 Grietas de 8 mm

84 PLANTA DE EDIFICIO DE CONCRETO REFORZADO DE 20 NIVELES EN ZONA IIIa DEL DF

85 Vista en elevación del modelo en ETABS

86 Valores de fuerzas sísmicas máximas en diafragmas del edificio de 20 niveles empleando las NTCS y el procedimiento de Rodriguez, Restrepo. Comparación con fuerzas del análisis dinámico H i / H Propuesta NTCS Dinámico Reducido F i / W i

87 CONOCIDA LAS FUERZAS INERCIALES PARA DISEÑAR LOS DIAFRAGMAS DEL EDIFICIO QUE SIGUE? SIGUE EL DEFINIR LA CANTIDAD Y DISTRIBUCION DE REFUERZO EN LOS DIAFRAGMAS : EMPLEO DE LOS METODOS DEL PUNTAL Y TIRANTE, Y DEL PANEL Y BARRA (STRINGER PANEL EVALUACION DE ESFUERZOS EN EL DIAFRAGMA DEL ANALISIS ESTRUCTURAL CONSIDERANDO DEFORMACIONES DEL DIAFRAGMA (ETABS, ETC)

88 CONSTRUCCION EN MEXICO EN PUENTES PREFABRICADOS DE CONCRETO REFORZADO EN ZONAS SISMICAS URBANAS

89 Junta

90 PRIMEROS PUENTES DEL SEGUNDO PISO. USO DE COLUMNAS Y TRABES PREFABRICADAS CON CANDELEROS COLADOS EN SITIO P V G.C. h P M V H H D D

91 FUERZAS ACTUANTES PEN LA CONEXION COLUMNA- CIMENTACION TIPO CANDELERO V Precast column Precast column C F1 R P F3 F2 V C1 C F1 R N F1 R C C F3 Socket base reinforcement F3 F2 C1 F2 H C1 T=C/2 T=C/2 a) Columna b) Cimentación c) Cimentación N F1 R C F3 F2 C1 H

92 CONTROL POR DESPLAZAMIENTO ACTUADORES A y B HISTORIA DE CARGA MURO DE REACCIÓN ESQUEMA DE ENSAYE FUERZA (A + B) m t = ½ (FUERZA C - FUERZA D) L v y = FUERZA A + FUERZA B FUERZA C = (ALFA)*(FUERZA A + FUERZA B) FUERZA D = - FUERZA C ALFA = 0.76 MARCO DE CARGA v y m t ACTUADORES A y B FUERZA C L FUERZA D 0.05

93 ESPÉCIMEN SIN POSTENSADO FUERZA HOR. ACT. A Y B (100 t c/u) TRASDUCTOR DE CUERDA DESP. HOR. FUERZA VERT. ACTUADOR D (50t) ACTUADOR C (50t) TRASDUCTOR DE CUERDA