COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL SISMO RESISTENTE EVALUACIÓN PRÁCTICA
ESTUDIANTE EDWIN ANDRÉS ARANGO LÓPEZ 2178169 c.c. 15990670
DOCENTE ING. ESP. WILLAN GERMÁN MELLADO ARANZALES
UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS VICERRECTORÍA DE UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA CONSTRUCCIÓN EN ARQUITECTURA E INGENIERÍA CENTRO DE ATENCIÓN UNIVERSITARIO BOGOTÁ MAYO 6 DE 2016
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TABLA DE CONTENIDO
Pag. INTRODUCCIÓN
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OBJETIVOS
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PARTE A
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1 ESPECTRO DE DISEÑO
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2 FACTORES DE DISEÑO DE ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES
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PARTE B
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DESCRIPCION DE LA OBRA
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CONCLUSIONES
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INTRODUCCIÓN
Para regirnos al momento de construir tenemos diferentes normas que son imprescindibles para garantizar la preservación de vidas y evitar el despilfarro de capital, entre las normas conocidas tenemos la NSR 10, que reglamenta todo el proceso constructivo de edificaciones y lo orienta con el único fin que es construir estructuras capaces de resistir un sismo, obteniendo el menor daño posible o si es del caso permitiendo ser evacuadas por sus moradores. Reconocer el procedimiento correcto para que las estructuras cumplan con los requisitos de sismo resistencia es responsabilidad de todos los vinculados al proceso constructivo, pero existe un actor vinculado directamente a la construcción con funciones específicas redactadas en la norma sismo resistente y lo conocemos como supervisor técnico, es quien da el aval cuando la edificación concuerda con los planos, es quien denuncia las irregularidades y sugiere modificaciones al diseñador.
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OBJETIVOS
1. Identificar las principales características del proceso constructivo, para dar como resultado una estructura que se comporte adecuadamente ante el desarrollo de un posible sismo. 2. Saber las recomendaciones para crear una estructura que otorgue la resistencia óptima para resistir un sismo. 3. Analizar una estructura para poder identificar todos los materiales que intervienen en el proceso constructivo, partiendo de la cimentación y llegando hasta la terminación de la cubierta. 4. Profundizar directamente con la ejecución de la obra e indagar como se llevó a cabo el elemento estructural analizado. 5. Interpretar los planos de una estructura para poder conocer como fue el desarrollo de la obra. 6. Realizar un espectro de diseño para un suelo tipo E de una edificación de la ciudad de Manizales.
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EVALUACIÓN PRÁCTICA
Parte A:
1. Consulte la norma NSR-10 y averigüe como se hace un espectro de diseño para su municipio con un suelo tipo E. Para realizar un espectro de diseño, escogí la ciudad de Manizales donde de acuerdo a los mapas de zonas de amenaza sísmica y movimientos sísmicos de diseño pertenece a la zona 5, según las tablas el coeficiente de aceleración horizontal A a equivale a 0.25 y el coeficiente de velocidad horizontal A v es0.25; para encontrar los coeficientes de aceleración para períodos cortos F a y coeficiente de aceleración para periodos intermedios Fv, se comparan con las tablas de valores (A.2.4-3 y A.2.4-4) de la NRS 10, luego asignamos el valor que se relaciona con los coeficientes de aceleración y velocidad. Posterior a ello pasamos a verificar el coeficiente de importancia de la edificación (NSR 10 A.2.5), la edificación motivo de mi análisis es el Hotel Carretero de Manizales, cuidadosamente analizamos cual es el grupo que se relaciona con la estructura y asignamos el valor que allí se encuentra; con todos los datos seleccionados procedemos a construir nuestro espectro de diseño (NSR 10 A.2.6) remplazando las fórmulas dadas por la norma. Aa = coeficiente de aceleración horizontal Av = coeficiente de velocidad horizontal Fa = coeficientes de aceleración para períodos cortos Fv = coeficiente de aceleración para periodos intermedios I=
coeficiente de importancia
Sa = valor de la aceleración para un periodo dado Sv = máxima velocidad horizontal de diseño m/s T = periodo de vibración del sistema elástico seg. Tc = transición de aceleración en periodos cortos TL = periodo de vibración en periodos largos To = inicio de las aceleraciones constantes
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Foto NSR 10
Foto NSR 10
Foto NSR 10 6
Aa = 0.25
Av =0.25
Sa = 2.5 Aa Fa I
Tc = 0.48
Sa=
Fa = 1.7
Fv = 3.2
Sa = 1.68
To = 0.1
I = 1.10
TL = 2.4 Fv
Tc = 0.9 s
To =0.018 s
TL = 7.68 s
1.2
Esta fórmula da la
Sa
Sa = 2.5 Aa Fa I aceleración inicial del espectro, debe
1
ser una fracción de la gravedad
Sa=
0.528
1.2
Con esta fórmula se halla el valor de aceleración para cada periodo de tiempo y se construye el espectro de diseño para la ciudad de Manizales
0.5 0.352 0.264 0.211 0.176
0.018s
1s 0.9s
TO
2s
3s
4s
5s
6s
0.15
0.13
7s 7.68s TL
TC
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2. Respecto al diseño y construcción de elementos no estructurales se debe tener en cuenta varios factores; enumérelos y dé una breve explicación o gráfico para cada uno. Consulte las Normas NSR-10 y explique cómo se anclan a la estructura original para que no fallen en caso de un sismo. Complemente el punto con una ilustración que explique el amarre (o anclaje) de un muro al pórtico de concreto reforzado
NSR 10 A.9.2
D E S E M P E Ñ O
SUPERIOR BUENO BAJO
DAÑO BAJO
DAÑO REPARABLE
DAÑO GRAVE
RESPONSABILIDADES NSR 10 A.9.3
DISEÑADOR
SUPERVISOR TECNICO
COORDINACION DE DISEÑO DE ELEMENTOS DE DIFERENTES SISTEMAS
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CRITERIOS DE DISEÑO NSR 10 A.9.4
FUERZAS SISMICAS DE DISEÑO
ACELERACION EN EL PUNTO DE SOPORTE, AMPLIFICACION DINAMICA, CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA, CAPACIDAD DE DEFORMACION, APLICACION DE LAS FUERZAS SISMICAS, TRANSFERENCIA DE LAS FUERZAS SISMICAS, METODO DE ESFUERZOS DE TRABAJO
GENERAL
*ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES EN LA BASE, DEBAJO O POR FUERA DE LA ESTRUCTURA. *TIPOS DE ANCLAJE: ESPECIALES, DUCTILES, NO DUCTILES Y HUMEDOS
SEPARARLOS DE LA ESTRUCTURA O DISPONER ELEMETOS QUE ADMITAN DEFORMACIONES DE LA ESTRUCTURA
MATERIALES LIVIANOS
CUMPLIR CON LAS ESPECIFICACIO NES
CIELOS RASOS
MATERIALES INCOMBUSTIBLES
ANCLADOS A LA CUBIERTA
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MATERIALES FLEXIBLES
SOPORTAR SU PROPIO PESO
MORTERO DE PEGA
MUROS DIVISORES
ANCLADOS A LA ESTRUCTURA PRINCIPAL
ANTEPECHOS
INSTALACION CINTA DE REMATE
ANCLADOS AL DIAFRAGMA INFERIOR
10
ANCLADOS AL DIAFRAGMA SUPERIOR
RESISTEN POR SI MISMO
ANCLAJES MUROS DIVISORES
RESISTEN ESFUERZOS A TRACCION
UTILIZADOS EN CASAS DE UNO O DOS PISOS
AUTORIA PROPIA
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Parte B:
Hacer visitas técnicas a una obra en construcción, de cualquier tipo, para observar cómo se va desarrollando el proceso constructivo de 3 elementos estructurales. No se trata de la obra completa, sino concentrarse en los componentes.
Elaborar una descripción general de la obra o proyecto que contenga: Nombre del Proyecto, Ubicación, dirección, Tipo de obra (Vivienda, edificio con N° de pisos), estrato socioeconómico, Empresa Constructora, Plazo de ejecución. En este trabajo analizaremos una estructura metálica y de mampostería; en la
visita que realicé a mi obra recibí la información del caso, es una obra de restauración y adecuación de un pabellón para personal discapacitado y de la tercera edad, adelantada por el consorcio GYJ en el Complejo metropolitano de Bogotá COMEB, antiguamente conocido como “La Picota”, al solicitar información referente al caso inmediatamente me
vincularon activamente en la actividad del levantamiento del mampuesto en dicho recinto bajo la supervisión del maestro de obra y con el aval del residente. En cuanto a la estructura metálica podemos referenciar que consta de un sistema estructural tipo porticado en donde las vigas y las columnas se unen en nudos y dan forma a una estructura esqueletada dotada de una gran resistencia debido a la calidad de sus elementos, la metodología de su construcción se llevó a cabo directamente en obra de modo que los elementos se figuraron en el sitio de su construcción. Presenta columnas en tubo cuadrado de150 mm X 150 mm ( 6”)
con un espesor de 6mm, anclados a las zapatas con pernos 5/8” que amarran la columna con platina de ½” soldada (E 6013) en la base de esta, en la parte superior se conecta a una viga IPE 200 (8”) fabricada bajo la norma A 36 y que
soporta la cubierta, también hallamos una vigueta IPE 160 ( 6.4”) que le garantiza estabilidad al sistema porticado, estas vigas y viguetas se encuentran unidas a la columna por nudos rectos y nudos inclinados con apoyo de viga pilar sobre apoyo rigidizado, de modo que el alma de la viga y el rigidizador se encuentren en el mismo plano.
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Escoger 3 diferentes elementos estructurales (por ejemplo: cimentación y estructura: columnas, vigas aéreas, escaleras, ductos para ascensores, etc.). Describir extensa y claramente, analice y correlacione con la Norma Colombiana de Construcciones Sismo-resistentes NSR-10 el procedimiento constructivo de cada uno de ellos, sustentándolo con un registro fotográfico de por lo menos 5 fotografías por cada uno.
1 Debido a que la construcción se localiza en una zona de amenaza sísmica intermedia, se realiza una estructura con capacidad de disipación moderada de energía, para lo cual se diseñan zapatas de tipo aisladas en concreto f’c = 28MPa, reforzadas con barras de
acero # 5 (5/8) en la canasta y # 4 (½) para el emparrillado (NSR 10 C.3.5), cabe anotar que el refuerzo debe estar evaluado y aceptado según el título C.3.5.8 de la NSR 10.
Barra de acero # 5 (canasta)
Barra de acero #4 (emparrillado)
AUTORIA PROPIA
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LOSA DE CIMENTACIÓN, BASE DE ZAPATA AISLADA
REFUERZO METÁLICO PARA LA ZAPATA
AUTORIA PROPIA 2 Ahora analizaremos el muro divisorio no estructural (NSR 10 B.3.4), en bloque No. 5 y su anclaje. Según la NSR 10 en su título A 9.4.9 da a conocer los anclajes para elementos no estructurales, para el bloque # 5 podemos emplear anclajes húmedos, cuando al mortero le ponemos adhesivos, sin ningún otro anclaje mecánico. Para realizar recubrimiento de los muros, estos deben tener cargas muertas mínimas de acuerdo a la tabla B.3.4.2-1 de la NSR 10. Para que quede anclado nuestro mampuesto divisorio nos remitimos al título E.5.3 de la NSR 10, es necesario que en el extremo o esquina quede trabado con el extremo de la pared con que se encuentra, o por medio de espacios en el mampuesto perpendicular al que vamos a construir, de modo que al llegar con la hilada al espacio, nuestro bloque penetre en la cavidad, brindando con ello un amarre que otorga estabilidad sísmica; también encontramos anclajes que se usan perforando el bloque con taladro, luego se limpia y se pone un elemento llamado tamiz, se asegura con una resina especial para este tipo de material y se deja secar, podemos anclar también con conectores que amarran las esquinas para que no se abran y permanezcan indeformables ante la ocurrencia de un sismo.
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AUTORIA PROPIA
AUTORIA PROPIA
AUTORIA PROPIA
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3 Mi siguiente elemento estructural analizado es la cubierta de una sección de la estructura, la cual está soportada por cerchas en forma de abanico (NSR 10 G.8.1.1) de contorno poligonal, formadas por triangulación de elementos que trabajan a tensión, compresión, tensión con flexión y flexo compresión. La armadura está diseñada para soportar cargas vivas y muertas, además de las eventuales (NSR 10 G.8.1.2) Las cargas transmitidas de la cubierta por las correas descansaran sobre los nudos (NSR 10 G.8.1.4) Su diseño se hará en concordancia con la fórmula de tensión con flexión para soportar los esfuerzos por las cargas de cielo rasos (NSR 10 G.8.1.5) Generalmente las cerchas solo producen cargas verticales en los apoyos (NSR 10 G.8.1.8) Toda cercha deberá ser asegurada a los apoyos para resistir las fuerzas de levantamiento originadas por el viento y las horizontales originadas por sismos (NSR 10 G.8.1.9)
AUTORIA PROPIA
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AUTORIA PROPIA
Identificar, con un plano o gráfico abstracto, el sistema estructural. (Ejes, dimensiones, cargas).
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Explicar qué control de calidad se realiza, o se debería realizar según la NSR-10 y a cargo de quién está en la obra.
La supervisión técnica o control de calidad la debe llevar a cabo el supervisor técnico según el título I .1 de la NSR 10 El supervisor técnico es el profesional, ingeniero civil, o arquitecto o constructor de ingeniería o arquitectura, también el supervisor puede delegar parte de las labores a personal técnico auxiliar, de modo que se verifique detalladamente la construcción de la estructura. También podría realizar la supervisión el personal que realice la interventoría. Algunos aspectos de la supervisión técnica se referencian según la NSR 10 título I.2.3 -
Aprobación del laboratorio de los ensayos del control de calidad.
-
Realizar control de planos, de especificaciones y de materiales.
-
Aprobación de los procedimientos constructivos.
-
Exigir a los diseñadores la corrección de los planos.
-
Rechazar las partes de la estructura que no cumplan con los planos.
-
Ordenar las medidas correctivas correspondientes.
-
Recomendar la demolición de la estructura a la autoridad competente.
Dibujar los respectivos detalles constructivos, y correlacionarlos con las exigencias dadas por la NSR-10
Sistema tipo pórtico de metal, el cual consta de columnas diseñadas en tubo cuadrado de 6” que transmiten las cargas al suelo a través de zapatas a isladas
hechas en concreto f’c = 28MPa que amarran la columna por acción de 4 pernos de anclaje de 5/8 en cada una, se encuentran sobre una placa diseñada en concreto ciclópeo, las columnas se unen a vigas IPE 200 inclinadas por acción de la soldadura E6013, éstas resisten perlines en C (220x80x3mm) que soportan la cubierta (dos aguas); se da rigidez a la estructura por medio de las vigas de fundación y de vigas IPE 160.
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CUBIERTA
PHRC220X80X3mm IPE 200
IPE 200
IPE
IPE 160
PT 150X150X6mm PT 150X150X6mm
PT 150X150X6mm
VIGA DE FUNDACION PEDESTAL
ZAPATA AISLADA
PLACA EN CICLOPEO
AUTORIA PROPIA
Mi detalle constructivo lo enfoco en el siguiente nudo, consta de una columna en tubo cuadrado 150mm x 150mm sobre el cual se sueldan dos vigas IPE 160, debido a que la luz entre columnas es superior a la longitud de la viga, se emplean dos apoyos rigidizados, los cuales se sueldan a la columna y se ubican sobre estos las vigas, posteriormente se cubre el espacio entre vigas con un perlín en C, con el proceso de solado convertimos todos estos elementos en uno solo que garantice óptimamente la resistencia y la seguridad requeridas.
19
4
3
3 2
2
1
AUTORIA PROPIA 1
COLUMNA EN TUBO 150 x 150
2
APOYO RIGIDIZADO
3
VIGA IPE 160
4
PERLIN EN C
AUTORIA PROPIA
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Zapata aislada en concreto Barra de acero # 5
Barra de acero # 4
Placa en cicló eo
AUTORIA PROPIA
Describir los problemas constructivos encontrados durante la ejecución del proyecto y las soluciones propuestas.
Uno de los problemas más evidente está relacionado con los horarios de trabajo, puesto que debido a que el desarrollo de la obra se llevará a cabo al interior de un centro de reclusión el cronograma de actividades debe ceñirse adecuadamente a los protocolos de seguridad, entre los que se mencionan la posibilidad de laborar diariamente por siete horas, de lunes a viernes. 21
Durante la ejecución se presentó un problema con la ubicación de una zapata, puesto que debía ser fabricada debajo del paso de tubería de agua potable, entre otros, lo recomendado fue hacer que las tuberías rodearan la zapata para no afectar su parte estructural por tener tubos embebidos.
AUTORIA PROPIA Otro problema se suscitó al querer cambiar las cerchas para soportar la cubierta, ya que debido a la antigüedad de la estructura, tan pronto se sometió a movimientos comenzó a derrumbarse, la solución fue instalar la cercha metálica primero y desmontar la cercha vieja luego que estuviera correctamente asegurada la de metal.
AUTORIA PROPIA
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CONCLUSIONES
1. Los aspectos tenidos en cuenta para llevar a buen término una obra parten desde los estudios preliminares del sitio donde se llevará a cabo la construcción, le siguen la correcta escogencia de los materiales y la completa interpretación que se le dé a los planos para garantizar el cumplimiento de todas las exigencias de sismo resistencia. 2. Interactué directamente en una obra, vinculándome personalmente en el proceso constructivo para la ejecución de la evaluación práctica sin medir reparo del lugar donde debería realizar el muro en bloque número 5. 3. Logré interpretar los planos de la estructura analizada para hacer el estudio del proceso de fabricación de la edificación y su relación en cuanto a los estándares de sismo resistencia. 4. Pese a los percances sucedidos en obra, gracias a la comunicación e intervención oportuna se pudieron subsanar y finalizar con los resultados esperados en cuanto al cronograma de actividades. 5. Es el supervisor técnico quien debe estar atento y hacer seguimiento para constatar que lo planeado para el desarrollo de la obra se lleve a cabo sin alterar el correcto engranaje que se requiere para la construcción de una edificación.
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