10. Criterios Técnicos Para La Construcción de Edificaciones Sismorresistentes

30/02/2012

SEMINARIO DE PROMOCIÓN DE LA NORMATIVIDAD PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE EDIFICACIONES SEGURAS

COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE LOCALES COMPORTAMIENTO EDUCATIVOS Y ALTERNATIVAS DE REFORZAMIENTO

Criterios Técnicos para la Construcción de Edificaciones Sismorresistentes

Wilson E. Silva Berríos Apurímac - Abancay marzo 30, 2012

Introducción

Contenido de la Presentación años, en Perú han ocurrido sólo terremotos moderados, que han mostrado lo vulnerables que son las “En los últimos 130



Introducción



Edificios Escolares Peruanos



Fenómeno de Columnas Cortas



Desempeño Sismorresitente



Rehabilitación y Reforzamiento



Conclusiones

ZONA 1

edificaciones educativas peruanas”

1 , ,

Huaraz 1970

amax

-,

a m áx .: 0.15g

Aceleraciones

-,

, 0

10

20

30

Lima 1974

amax

-,

Sismos de Diseño

40

,

a m áx .: 0.20g

-, 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Mé xi co DF (SC T) 1985 ,

Severidad sísmica y Desempeño estructural

a m áx. : 0.17g

Aceleración (g)

Frecuentes

0.20

Ocasionales

0.25

Raros

0.40

Muy Raros

0.50

amax

,

Pisco 2007

-,

a m áx. : 0.37g

-, 0

20

40

60

80

100

120

140

160

Santiago Chil e 2010 Curico Chil e 2010

Crietrios Técnivos para la Construcción de Edificaciones Sismorresistentes

a m áx. : 0.24g

Comportamiento Estructural Perfectamente elástico Prácticamente elástico Daño importante, pero reparable Cerca al colapso, irreparable

V2000 + Sismicidad Peruana

a m áx .: 0.47g

WESB Pág. 1

30/02/2012

Niveles de Desempeño V

DAÑO MODERADO (Resguardo de la Vida)

Introducción

DAÑO SEVERO (Cerca al Colapso)

“La experiencia nacional en DAÑO COMPLETO (Colapso)

DAÑO LEVE (Funcional)

la protección de colegios se limita al desarrollo de proyectos de intervención en edificaciones dañadas por terremotos”.

SIN DAÑO (Operacional)

Dt

Los edificios escolares peruanos


Con la información proporcionada por INFES, se identificaron cuatro tipos de edificios como los más representativos a nivel nacional

Edificio Gran Unidad Escolar

Adobe

780 pre NDSR - 1997

Se construyeron en la década de los 50. Tienen dos o tres niveles con aulas de aprox. 10m de largo Gran Unidad Escolar

780 Actual



Planta típica del sistema estructural estructural del edificio 780 pre NDSR - 1997 Edificio 780 pre NDSR - 1997 V-01

V-01

V-01

V-01

V-01

V-01

V-01

V-01

V-01

V-01

V-01

V-01

Se construyeron edificios de este tipo hasta antes de 1997 Arquitectónicamente este edificio típico, es similar al edificio 780 actual

X-X : PÓRTICOS FLEXIBLES


Y-Y : ALBAÑILERIA CONFINADA

WESB Pág. 2

30/02/2012



Corte transversal (Edifício 780 pre NDSR-1997)

El Colegio Antisísmico Modelo INFES 780 Nuevo (> 1997)


Configuración Estructural - Colegios Modernos Modelo INFES 780 Nuevo Típico 3.90

8.00

a d a n i f n o C a í r e l i ñ a b l A

C1

Viga 0.25x0.45

C2


Distribución por material predominante en el sistema estructural y por regiones sísmicas Eternit fibra de Concreto Esteras, Cartón o plásticos 1%

0,9

0 7 . 0 x 0 3 . 0 a g i V

0,3

Otros 1%

Piedra con barro, cal, cemento 4% Quincha o caña con barro 1%

Madera CºAº y Albañilería 8% (Unidades de arcilla o bloques de concreto) 37%

C1 0,9

Adobe o tapia 48%

C2

Locales escolares públicos a nivel nacional:


Distribución por material predominante en el sistema estructural y por regiones sísmicas

Adobe

: 0.0 %

La tabla muestra un cuadro comparativo entre el número de centros educativos construidos antes y después de 1997

CºAº-Alb : 0.3 % Madera

Número de centros educativos construidos antes de 1997

Número de centros educativos construidos después de 1997

10262 22,954 7101 40,317

340 411 357 1,108

: 0.4 %

ZONA 3

Adobe

Fuente:Ministerio de Educación Informe Ejecutivo 1998-2003


Región

ZONA 1

41 425

: 25.4 %

CºAº -Alb : 22.6 % Madera : 5.7 %

ZONA 2

Adobe

: 22.6%

CºAº-Alb : 14.1 % Madera


: 8.8 %

COSTA SIERRA SELVA TOTAL

WESB Pág. 3

30/02/2012

ANTECEDENTES Sismos ocurridos en Sur del Perú: 12 Nov. 1996 (Nasca - Ica) 23 Jun. 2001 (Atico - Arequipa) 15 Ag. 2007 (Piso - Ica)

Columna Corta a pesar de la junta de separación con la tabiquería

Afectaron muchos locales de Centros Educativos de diversa antigüedad En la mayoría de los casos el problema fue el fenómeno de “Columna Corta”

Nasca, 1996

Junta de espesor insuficiente

Junta realizada con bolsas de papel

Nasca 1996

Nasca 1996. Local Escolar de 2 pisos


WESB Pág. 4

30/02/2012

Efecto de columna corta poco acentuado debido a tabiques débiles

Colegio con todas las columnas del 1er nivel, falladas

Nasca 1996. No se presentaron fallas de columna corta por la tabiquería a ambos lados y en toda la altura de las columnas

“Tabique corto”

Columna Corta

Colegio A. Barrios – Moquegua 2001

Colegio colapsado por fallas de columna corta


WESB Pág. 5

30/02/2012

¿ Cómo evitarlas las

“Columnas Cortas” ? Colegio A. Barrios – Moquegua 2001

Desempeño Sismorresistente Desempeño observado en los últimos 60 años Daño en Edificaciones de Concreto Armado y Albañilería

Fallas en columnas

“Placas” para reducir los desplazamientos laterales en el edificio

Columna Corta del C.E: Casimiro Cuadros

Esquema de Columna Corta

Desempeño Sismorresistente Desempeño observado en los últimos 60 años

Desempeño Sismorresistente Desempeño observado en los últimos 60 años

Daño en Edificaciones de Concreto Armado y Albañilería


Fallas en columnas

Fallas en columnas

Vista exterior

Columna Corta del C.E. Antonia Moreno de Cáceres – Ica

¿ EQUILIBRIO ?


Vista interior

Columna Corta del C.E. Andrés Avelino Cáceres– Arequipa

WESB Pág. 6

30/02/2012

Desempeño Sismorresistente


Desempeño observado en los últimos 60 años




Falla tipo Cizallamiento en Muro Transversal

Fallas en muro de Albañilería

Colegio Nasca - 1996 C.E. Escuela de Aplicación - Choccñopampa

Esquema de acciones internas





Daño en Edificaciones de Concreto Armado y Albañilería Falla en muros de Relleno de Pórticos

Daño en Edificaciones de Concreto Armado y Albañilería Falla en Elementos No Estructurales

Nudo afectado


Universidad Jorge Basadre Grohmann - Tacna


Colegio Fortunato Zora Carvajal - Tacna

Aplastamiento de la albañilería







Falla en Muro de Relleno

Falla en Muros de Relleno


Colegio Jorge Basadre Grohmann -Arequipa


C.E. Antonia Moreno de Cáceres Ica –

WESB Pág. 7

30/02/2012

SE EXCEDE DESPLAZAMIENTO ADMISIBLE EN X-X

0.007h

PROBLEMAS

…

X Sa

X-X

ESTRUCTURACIÓN ADECUADA EN Y-Y 0.005h

SISTEMA APORTICADO NO Z

ES ACEPTADO

X

Y

Sa Y-Y

Como Reforzar ?

F ( Ton)

Centros Educativos

70 60 50 46.4 40 30 20 10 0 0

A1

0.981

A7

2

3

4

4.64 5

(cm)


WESB Pág. 8

30/02/2012

SISMO

Protección por control de deformaciones

VARIAS ALTERNATIVAS

ESTRUCTURA ORIGINAL

DE

SISMO

REFORZAMIENTO

ESTRUCTURA REFORZADA

Para decidir el Proyecto de Reforzamiento se analizaron algunas alternativas viables: 

Un caso ilustrativo desarrollado …

a) Cerrar dos paños en cada eje longitudinal, con ladrillo o con concreto (L=3.875m, t=.25m) 

Luego se presentan otras posibilidades de reforzamieto …

b) Enfundar Columnas y conformar Placas de aprox. 1.50mt de longitud

Reforzamiento con Muros de Albañilería


WESB Pág. 9

30/02/2012

La Masa total de un Pabellón de 3 aulas/piso es ~ 365 Ton (=P)

Modelo de Relleno con Albañilería

El Cortante Sísmico V es 35% de P (35%x365 = 128 Ton), por lo que c/muro tomaría un cortante de 128/4=32 Ton El Esfuerzo Cortante en c/muro es del orden de 4 kg/cm², excesivo para la albañilería, según NTE E-070

Reforz. con Muros o Placas de C.A. En caso de colocar Placas C.A. el V Basal disminuye a 28% P: (28%x365 = 102), y por tanto cada placa tomaría 25 Ton de Corte El Esfuerzo Cortante es del orden de 4.5 kg/cm², lo que es adecuado para el C.A. (según NTE E060)

El Modelo para el Análisis Sísmico …

•

Placas unidas a las vigas y columnas restantes, ó

Considerando diagonales que representen el efecto del muro incorporado dentro del pórtico •


WESB Pág. 10

30/02/2012



Si se componen fuerzas y se toma momentos, se encuentran valores muy similares a los obtenidos con el modelo tipo placa

El Mto que se obtiene en la base es ≈ 95 Ton-m con modelo tipo placa; mientras que con el modelo con diagonales se obtienen axiales en la diagonal del 30 Ton y axiales en las columnas de borde del orden de 30 y 10 Ton

El problema de esta solución de reforzamiento es de orden Funcional y Arquitectónico, pues las aulas pierden el 50% de la iluminación y ventilación


WESB Pág. 11

30/02/2012

Reforzamiento 1: Enfundar Columnas

Dado el problema arquitectónico, se analizó colocar Placas más pequeñas, que no cierren todo el paño y que además envuelvan las columnas existentes (las con daños importantes en varios casos)



Reforzamiento 2: Eje-Ventanas Bajas

Reforzamiento 2: Eje-Ventanas Altas


WESB Pág. 12

30/02/2012

Se hizo el análisis sísmico y se verificó que con placas de 1.50m de largo se controlan bien los desplazamientos laterales y que las vigas existentes cumplen con los nuevos esfuerzos con el refuerzo existente

Detalle Columna Reforzada - Planta

Las placas tenían 45cm de ancho y sobresalen 10cm hacia fuera y 10cm hacia dentro El ancho de la viga existente, bordea con una funda de 10cm a la columna existente

Columna que se Enfunda - Planta

Columnas Reforzadas

Columnas Reforzadas

(Enfundadas) – Elevación, Cortes A y B

(Enfundadas) – Elevación, Cortes C y D


WESB Pág. 13

30/02/2012

Las placas colocadas toman casi el 100% del cortante y requieren de una Cimentación importante , pues el Momento en la base es grande en comparación con la carga vertical actuante

Ampliación de Zapatas - Planta

Como las columnas existentes tenían zapatas aisladas , y ahora se requieren zapatas mucho más grandes: Se consideró realizar una excavación alrededor de la zapata existente hasta alcanzar la nueva área en planta, requerida

Ampliación de Zapatas (Combinadas) - Planta

Ampliación de Zapatas Aisladas- Elevación


WESB Pág. 14

30/02/2012

Evidentemente algunos TABIQUES o PARAPETOS del 1er piso debieron demolerse por el hecho de ampliarse estas zapatas, por lo que se indicaron columnetas y soleras nuevas

Ampliación de Zapatas Combinadas - Elevación Anclaje de Columneta en Cimiento

Adicionalmente a los trabajos de REFORZAMIENTO , se ha especificado trabajos de REPARACION que consisten en: Resane de tarrajeos, Columnetas nuevas de parapetos, Limpieza de juntas ente parapetos y columnas, Desmontaje y Montaje de ventanas y puertas, Rotura de pisos, Picado de ladrillos del aligerado, Pintura, etc


El COSTO de REPARACION y de REFORZAMIENTO ha sido aprox. de 15,000 a 18,000 Soles por Aula Esto representa aprox. US $78 por área neta de aula y aprox. US $65 por área neta techada

WESB Pág. 15

30/02/2012

OBJETIVOS DE REFORZAMIENTO 

INCREMENTAR RIGIDEZ





INCREMETAR RESISTENCIA

CONTROLAR PROBLEMA DE COLUMNAS y/o MUROS CORTOS

Qué se busca ? 

Mejor alternativa



Intervención concentrada a pocos elementos

La estructura reforzada cumpla con las Normas Vigentes 

Es posible reforzar locales escolares a costos razonables 

SOLUCIÓN 

ECONOMICA



FACILIDAD EN OBRA Reforzamiento Mínimo

PLACAS UNIDAS A VIGAS EXISTENTES

Reforzamiento Mínimo


WESB Pág. 16

30/02/2012

MUROS (PLACAS) ACOPLADOS

3 PISOS ,

9 AULAS

MUROS (PLACAS) ACOPLADOS

PLANTA DE ESTRUCTURA REFORZADA

Reforzamiento de edificaciones educativas peruanas Inclusión de pórtico sísmico complementario e intervención de columnas (TR – CAL – 3)

ELEVACIÓN DE ESTRUCTURA REFORZADA


Corte transversal y elevación principal de un colegio peruano reforzado

WESB Pág. 17

30/02/2012

Pórtico Sísmico Complementario

C.E. Divino Corazón de Jesús – Paucarpata, Arequipa

Esquema de la estructura original

Esquema de la Estructura Reforzada con: adosado (frontal); Placas de C°A° en muros (laterales) y Muros de Albañilería confinada (posterior)

“Pórtico Sísmico Complementario”

Cualquiera sea la elección …

ANÁLISIS Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA

… lo mínimo que se debe hacer …

CAPACIDAD DEL SUELO


REFORZADA

CAPACIDAD DE ELEMENTOS EXISTENTES

WESB Pág. 18

30/02/2012

DETALLADO DE LOS ELEMENTOS DE

VIGAS DE ACOPLAMIENTO

REFORZAMIENTO

PLACA NUEVA CIMENTACIÓN

0.70

0.30

2.00

Pero no se debe olvidar … Por ejemplo …

Bloque I

Bloque C-I Reforzado Junta(0.15m)

Junta.075(Min)

Junta.075(Min)

Junta 0.15m


WESB Pág. 19

30/02/2012

a = 0.05g

a = 0.23g

176

524

261 ton

Aceleraciones en Elementos No Estructurales

1166

Pabellón C-I Sismo XX 2.25

2.25

2.00

2.00

1.75

1.75

1.50

1.50

) g e s 1.25 ( o d o í r 1.00 e P

) g e s 1.25 ( o d o í r 1.00 e P

0.75

0.75

0.50

0.50

0.25

0.25

0.00

Pabellón C-I Sismo YY

30

30

25

25

20

20

) m ( a r 15 u t l A

) m ( a r 15 u t l A

10

10

5

5

0.00 1

2

1

Est. Reforzada Período Fundamental X-X

2

Est. Reforzada Período Fundamental Y-Y

0

0 0

5

10

15

20

Desplazamiento (cm)

0

5

10

15

20

25

Desplazamiento (cm)

Estructura sin reforzar Estructura Reforzada


WESB Pág. 20

30/02/2012

Desempeño Sismorresistente 20.00

20.00

17.50

17.50

15.00

15.00

) m c 12.50 ( o t n e i m10.00 a z a l p s 7.50 e D

) m c 12.50 ( o t n e i m10.00 a z a l p 7.50 s e D

5.00

5.00

2.50

2.50

0.00 1

Curvas fuerzas desplazamiento para los edificios seleccionados Desplazamiento en la azotea (cm)

VBASE

e s a b a l

1

2

Est. Reforzada

Est. Reforzada

Desplazami ento de Azotea X-X

DP = 12.6cm

) n T (

0.00

2

Edificio Antiguo

DFE = 2.7 cm

Desplazami ento de Azotea Y-Y

1.01% => 0.41%

n e e t n a t r o C

VC = 112.3 ton VFE = 73ton

DC = 15.3cm

DFE = 2.7cm

V1 = 51.4 ton D1 = 1.68 cm

0.84% => 0.70%

D AZOTEA

Desempeño Sismorresistente Valores de fuerza cortante característicos para los edificios 780 antiguo y 780 moderno V1

Vy

Vm

Vm/V1

Vm/Vy

780 moderno

140.8

197.0

287.9

2.0

1.5

780 antiguo

51.4

73.0

112.3

2.2

) n T (

Sobrerresistencia

780 moderno 780 antiguo

dm/d1

dm/dy

0.67

1.1

16.2

24.2

14.7

1.7

2.7

15.3

9.1

5.7

Sismo raro

e s a b a l

Valores de desplazamiento característicos para los edificios 780 antiguo y 780 moderno dm

Edificio Moderno DP = 15.1m

DFE = 1,1 cm

1.5

dy

Respuesta Estructural Desplazamiento en la azotea (cm)

VBASE

Valores de

d1


n e e t n a t r o C

Valores de

Sismo ocasional l a n o i c a r e p O

l a n o i c n u F

Sismo muy raro

o a d d r i a v u a g l s e e d R

l o a s a p c a r l e o C C

o s p a l o C

ductitlidad

D AZOTEA



Respuesta Estructural

Desempeño Sismorresistente Esperado

Desplazamiento en la azotea (cm)

Edificio Antiguo

VBASE DFE = 2.7 cm

) n T ( e s a b a l

n e e t n a t r o C

Edificio Moderno

DP = 12.6cm

Operacional Sismo ocasional l a n o i c a r e p O

l a n o i c n u F

o a d d r i a v u a g l s e e d R

Funcional

Resguardo de la Vida

Sismo Ocasional (50% / 50 años) l o a s a p c a r l e o C C

Sismo Raro (10% / 50 años)

o s p a l o C

Sismo Muy Raro (5% / 50 años) D AZOTEA


WESB Pág. 21

30/02/2012


Conclusiones y Recomendaciones

Desempeño Sismorresistente Esperado

Es necesario desarrollar un plan para reducir la vulnerabilidad sísmica de las e dificaciones educativas. •

Edificio Antiguo Operacional

Funcional

Resguardo de la Vida

Sismo Ocasional (50% / 50 años) Sismo Raro (10% / 50 años)

En el Perú existe experiencia para reducir la vulnerabilidad de las edificaciones escolares con intervenciones de mediano o alto costo. •

La técnica de bajo costo encontrada consiste en rellenar algunos paños del edificio con muros de albañilería. •

???

Sismo Muy Raro (5% / 50 años)

Frente a la problemática. ¿Que hacer?


• El uso de las técnicas de bajo costo para reforzar edificaciones escolares

permitirá reducir los gastos de futuras intervenciones post sismo en las edificaciones escolares.

…

GRACIAS

WESB Pág. 22

10. Criterios Técnicos Para La Construcción de Edificaciones Sismorresistentes

Recommend Documents