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
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)
INDICE 1. Comportamiento de estructuras prefabricadas en sismos 2. Conexiones entre elementos estructurales de edificios 3. Diafragmas en edificios 4. Prefabricación en puentes
Construcción de un edificio prefabricado de 15 niveles en el DF (Hotel en Gran Sur, DF)
PUENTES EN LA CIUDAD DE MEXICO
Rapidez Control de calidad Medio ambiente (sustentabilidad)
Por que no se usa tanto las estructuras prefabricadas de Concreto? 1. Inercia al cambio 2. Tiempo 3. Experiencias observadas en terremotos
ASPECTOS RELEVANTES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO Y COMPORTAMIENTO SISMICO DE ESTRUCTURAS PREFABRICADAS: 1. CONEXIONES 2. SISTEMAS DE PISO (Diafragmas)
COMPORTAMIENTO SISMICO OBSERVADO EN ESTRUCTURAS PREFABRICADAS
Armenia, 1988
1994 Terremoto de Northridge
ESTRUCTURAS DE CONCRETO PREFABRICADO, TERREMOTO DE CHILE, MARZO 2010
Edificio prefabricado de CR en Ciudad Empresarial
EMPLEO DEL CONCEPTO DE EMULACION
ASPECTOS RELEVANTES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO Y COMPORTAMIENTO SISMICO DE ESTRUCTURAS PREFABRICADAS: 1. CONEXIONES 2. SISTEMAS DE PISO (Diafragmas)
1. CONEXIONES ENTRE ELEMENTOS PREFABRICADOS DE CONCRETO
CONEXIÓN TIPO VENTANA
CONEXIÓN CON BARRAS DE REFUERZO SOLDADAS
Construcción de un edificio prefabricado de 15 niveles en el DF (ventanas y varillas soldadas en trabes)
ESTUDIOS EXPERIMENTALES EN MEXICO (II, UNAM) DEL COMPORTAMIENTO DE CONEXIONES VIGA-COLUMNA EN MARCOS DE CR PREFABRICADOS
EDIFICIO PREFABRICADO EN MEXICO CON CONEXION TIPO VENTANA
VISTA DEL MODELO DURANTE SU CONSTRUCCIÓN Precast Wall Precast Column
CONEXION PREFABRICADA VIGA- COLUMNA INTERIOR (CORTE A-A) Estribo Ø4mm @60 3Ø3/8" de viga T 2 2Ø3/8" 3Ø1/2" colocalas en obra Viga en L 225 55 Ductos plásticos para ganchos Ø4mm @ 60 3Ø3/8" Estribo Ø4mm 40 41 Estribo Ø1/4" 250 Columna 250x250
ESTUDIO EXPERIMENTAL EN EL II
MURO ESTRUCTURAL DE CR DAÑO OBSERVADO EN MARCO LATERAL AL FINAL DEL ENSAYE
DAÑO OBSERVADO EN LA CONEXION TRABE- COLUMNA EN EL EDIFICIO PREFABRICADO ENSAYADO
30 25 19 19 212mm 39.24 kn 1.47 kn-m 2.55 kn DIMENSIONES Y FUERZAS EXTERNAS CALCULADAS EN LA CONEXION TIPO VENTANA 208mm 7.63 kn-m 39.24 kn ( M=0.60 My ) 17 2.55 kn P/Ag*f'c=0.03 78.48 kn 1.47 kn-m
212mm 72 1.96 37.28 kn 34.14 21.68 (0.20) 208mm 27.47 kn 34.14 Elemento critico 39.24 12.46 (0.10) 4.81 (0.04) 19.03 (0.17) 16.48 (0.15) 34.34 (1.0) 34.43 (0.56) 42.18 (0.69) 27.66 (0.25) 36.59 35.71 (0.60) (0.58) 47.87 (0.44) 20.99 (0.56) 17.46 (0.16) 76.52 kn 16.28 (0.15) 58.5 64 89.5 27.47 kn 1.96 (0.87) 98 110 40.5 50 50 67.5 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
ESTUDIOS EN MEXICODE CONEXIONES CON BARRAS DE REFUERZO SOLDADAS
ENSAYES EN MEXICO DE UNA CONEXIÓN PREFABRICADA TRABE-COLUMNA (Zermeño, 1992)
VISTA DE UN ENSAYE TIPICO DE LA CONEXION TRABE-COLUMNA PREFABRICADA
50 25 Fractura de refuerzo soldado V (ton) 0-25 -50-15 -10-5 0 5 D(cm) CICLOS CARGA LATERAL-DESPLAZAMIENTO MEDIDOS EN EL ENSAYE DE LA CONEXION TRABE-COLUMNA PREFABRICADA
Fractura de refuerzo soldado
OPINION DE LOS PREFABRICADORES QUE PATROCINARON EL ESTUDIO (ANIPPAC): MALA SOLDADURA MAL SOLDADOR LOS DEL II SON MALOS, ETC ETC
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) 10000 6000 fs (kg/cm 2 ) 2000-2000 -6000-10000 -0.12-0.08-0.04 0 0.04 0.08 0.12 e s VARILLA SIN SOLDAR
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) 8000 8000 6000 6000 B1 E70 f s (kg/cm 2 ) 4000 B2 f s (kg/cm 2 ) 4000 E90 2000 2000 0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 e s 0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 e s VARILLA SOLDADA, ELECTRODO E90 CON PRECALENTAMIENTO VARILLA SOLDADA, BISEL B1 SIN PRECALENTAMIENTO
MODELO ANALITICO EMPLEADO (Rodriguez y Torres, 2012)
30 A (e s =0.02) F 22 M c (t-m) 10-10 -30 7 0-7 -22 V (t) -50-70 Experimental Calculado Ec1-15 -10-5 0 5 D (cm) COMPARACION ENTRE CICLOS DE HISTERESIS EXPERIMENTALES Y CALCULADOS -37-52
DEMANDA VERSUS CAPACIDAD 8000 6000 A B f s (kg/cm 2 ) 4000 2000 0-2000 Calculado Ec1 Calculado Ec2-4000 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 e s CURVAS ESFUERZO-DEFORMACION CALCULADAS PARA LA VARILLA SOLDADA EN LA ZONA CRITICA
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
ESTUDIOS EXPERIMENTALES EN MEXICO DE UN EDIFICIO PREFABRICADO EN EL QUE SE EMPLEO EL CONCEPTO DE EMULACION
ESPÉCIMEN PREFABRICADO EMPLEANDO EL CONCEPTO DE EMULACIÓN Modelo a escala 1:4 del edificio prototipo 20 30 165 54 165 30 20 20 30 54 30 20 165 165 90 90 90 Pieza 1: vigas y nudos viga-columna conexión con doble gancho (drop-in double hooked bars) 75 180 Losa Losa 75 90 Pieza 3: viga transversal Pieza 2: vigas y nudos viga-columna 76
Trabe prefabricada CONCEPTO DE EMULACIÓN (NO SE EMPLEA SOLDADURA) DE UN EDIFICIO DE CR PREFABRICADO PARA ENSAYE EN LA MESA VIBRADORA UNAM (2005-2006)
COLADO DE GROUT EN ESPECIMEN PREFABRICADO ENSAYADO EN MESA VIBRADORA
COLADO DE GROUT EN DUCTOS DE CONEXIÓN NUDO-COLUMNA DEL ESPECIMEN PREFABRICADO ENSAYADO EN MESA VIBRADORA (DUCTOS D=13 MM, BARRA D= 6MM)
CONSTRUCCIÓN DEL ESPÉCIMEN Vigas prefabricadas 90 cm 90 cm 31.5 cm 54 cm PIEZA 1 PIEZA 3 180 cm PIEZA 2
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
Conexiones coladas en sitio con grout
Conexiones coladas en sitio con concreto
30 Unidad de Losa alveolar
Firme de concreto
SISMO
Movimiento sísmico
Registro de aceleraciones (100%) empleado en el edificio prefabricado para ensaye en mesa vibradora Aceleración de la Base - Llolleo 100% 0.80 0.60 0.40 Aceleracion (g) 0.20 0.00-0.20-0.40-0.60-0.80 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00 Tiempo t (s)
Grietas de 8 mm
Vista de unión viga-columna del primer nivel después del ensaye Llolleo 250% (PLUMON) Unión col-col sin daño
Refuerzo longitudinal de viga colocado en sitio Columna de concreto reforzado prefabricado Viga canal prefabricada
SISTEMAS DE PISO (DIAFRAGMAS) EN EDIFICIOS
SISTEMAS DE PISO PREFABRICADOS EN EDIFICIOS EN MÉXICO
Malla electrosoldada 6x6 10/10 Bovedilla Vigueta SISTEMA VIGUETA Y BOVEDILLA EN MÉXICO
VIGAS T O DOBLE T PARA SISTEMAS DE PISO PREFABRICADOS Viga T
COLADO DE FIRME EN EDIFICIO DE 15 NIVELES EN EL DF, PREFABRICADO A BASE DE MARCOS DE CR
PLANTA DEL EDIFICIO DE ESTACIONAMIENTO PREFABRICADO DE CUATRO NIVELES EN MEXICALI, MÉXICO
FUERZAS INERCIALES EN DIAFRAGMAS DE EDIFICIOS Fuerzas Inerciales, FI Masa, m m FI FR FA Ug Ug
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
5 4 3 2 1 8.5m 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 19 @ 4.2m 4 @ 8.5m Elevacion Edificio de 20 niveles de CR en zona III a de la zonificacion de las NTDS 2004, c= 0.4
P.p. Losa + firme 6cm = 270 kg/m2 6 30 100 Viga tubular 100 Bovedilla de poliestireno Detalle de viga tubular de 30 cm, bovedilla, y firme de 6 cm
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 ) 150.4 Acero requerido (kg) 14678 Volumen de concreto requerido por m 2 (m 3 /m 2 ) 0.13 Acero requerido por m 2 (kg/m 2 ) 12.70 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
PLANTA DEL EDIFICIO DE ESTACIONAMIENTO PREFABRICADO DE CUATRO NIVELES EN MEXICALI, MÉXICO
SISMO DE ABRIL 2010 EN MEXICALI
BUEN COMPORTAMIENTO DE LA ZONA DE RAMPA CON FIRME
VIGAS T O DOBLE T PARA SISTEMAS DE PISO PREFABRICADOS Viga T
ESTUDIO EXPERIMENTAL DE EDIFICIO PREFABRICADO EN EL II DE LA UNAM
1 Concreto colado en sitio Zona crítica Ø3/8" L=420 Malla 6"x6" 10/10 175 55 30 2Ø3/8" L=680 225 Viga longitudinal 2Ø3/8" 65 65 EØ4mm @60 185 Viga TT Sección B-B (no se muestra muro)
MODELO SIMPLE DE PUNTAL Y TIRANTE PARA DIAFRAGMA DE ESPECIMEN ENSAYADO
ESPECIMEN ENSAYADO EN EL II, UNAM, QUE EMPLEA EMULACION SISMO
ENSAYE ANTE SISMO DE INTENSIDAD ALTA: GRIETAS NIVEL 1 Después de la ultima señal (Llolleo 250%), el daño fue: 165 165 90 90 Dimension de grietas: Menores a 0.30 mm 0.30-0.50 mm Mayores a 0.60 mm LOSA PRIMER NIVEL Dimensiones en cm
Grietas de 8 mm
PLANTA DE EDIFICIO DE CONCRETO REFORZADO DE 20 NIVELES EN ZONA IIIa DEL DF
Vista en elevación del modelo en ETABS
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 1.0 0.8 H i / H 0.6 0.4 Propuesta NTCS Dinámico Reducido 0.2 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 F i / W i
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)
CONSTRUCCION EN MEXICO EN PUENTES PREFABRICADOS DE CONCRETO REFORZADO EN ZONAS SISMICAS URBANAS
Junta
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
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
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
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
DUCTILIDAD 6, CICLOS 1 Y 15 BUEN COMPORTAMIENTO DEL CANDELERO
SISMO DISEÑO EN ULTIMOS TRAMOS DE PUENTES: COLUMNA Y CIMENTACION PREFABRICADA
DISEÑO EN ULTIMOS TRAMOS DE PUENTES: PRESFUERZO EN LA COLUMNA VENTAJAS, DESVENTAJAS ANTE SISMO?
PUENTES EN LA CIUDAD DE MEXICO Simplemente apoyado ventajas, desventajas?
GRACIAS