Galvez Adolfo

VIVIENDAS DE CONCRETO Investigación y Desarrollo

Ing. Adolfo Gálvez Villacorta, MSc. Abril 2003

CONTENIDO • Objetivo y Etapas de la Investigación • Resultados – Muros: Curva de Capacidad y Niveles de Desempeño – Vivienda un piso – Vivienda dos pisos: Factor R

• Calibración de la Respuesta Estructural – Análisis Dinámico No Lineal – Peligro, Fragilidad y Vulnerabilidad Sísmica

• Factibilidad Económica – Reparación y Evaluación del Desempeño – Evaluación Financiera

OBJETIVO • Desarrollo de Viviendas Unifamiliares seguras, baratas y de rápida ejecución. – La Seguridad la buscamos usando materiales que tengan un comportamiento estructural adecuado. – La Economía en el costo la obtenemos propiciando una economía de escala en la producción. – La Rapidez la logramos usando procedimientos constructivos que permitan incrementar la productividad.

ETAPAS DE LA INVESTIGACION • Determinación de espesor del muro y resistencia del concreto: Ensayos en muros con cuantía mínima (04). • Ensayo de una vivienda básica, a escala natural. • Diseño de sistemas de encofrados económicos. • Optimización de la cuantía: Ensayo en muros (04). • Evaluación de la incidencia de vanos: Ensayo en muros (11). • Ensayo de una vivienda de dos pisos, a escala natural. • Reparación y nuevo ensayo de vivienda de dos pisos.




Ensayos CISMID: Muros • Modo de falla fue: Deslizamiento por cortante en la base. • Igual ocurre con los otros especímenes. • Muros controlados por corte. • Tipo “squat” según FEMA 273 Tabla 6-18. • Tipo “Ordinario” según FEMA 369 Tabla 5.2.2.

Ensayos CISMID Sensibilidad al f’c del Concreto Ca rga La

Des plaza m ient o - C arga Lateral M uro AGV-0 1

t eral vs . Des plaza M uro AGV-0 2

20

m ient o

20

16 15

12 8 ) f ( T a g r a -15 C

4 0 -12 - 9

-6

-3

0 -4 3

6

9

12

15

-8

90 kg/cm2

- 12 - 16

.) f T ( la r e t a L a g r a C

10

5 0 -15 -1 2 - 9

-6

-3

0

-5

3

6

12 1 5

-10

100 kg/cm

-15

- 20

D es pl aza m i ento ( m m )

Des plaza m ient o - Carga La M uro AGV-0 3

9

-20

despl

t eral

az am i ento (

m m )

Desplazamiento -Carga Lateral M uro -AGV-0 4 20

20

16

15 12 ) f T ( l a r e t a L a -15 g r a C

10 8

-12

-9

-6

-3

0

5

.) f T (

0

e t n a t -15 r o C

-5

3

6

9

12

15

-10 -15

60 kg/cm2

-20

des pl aza m i ento (m m )

4 0 -12 - 9

-6

-3

0 -4 3

6

9

12

15

-8 -12 -16

130 kg/cm

-20

despla zam i ento (mm )

Ensayos CISMID Sensibilidad a la Cuantía Muro-01 AGV Q - 139

Muro-02 AGV Q-91

25 20 15

f)t( te n ta r -15 -12 -9 o C

25 20

10 5 0 -6

-3

-5 0 -10 -15 -20 -25

3

6

9

12

15

f)t ( e t n a tr -15 -12 -9 o C

Desplazamiento (mm)

-6

-3

-5 0 -10 -15 -20 -25

3

6

6

9

12

15

12

15

Muro-04 AGV Sin M alla

25 20 15 10 5 0 -6

3

Desplazamiento (mm)

Muro-03 AGV Q - 62

)f (t e t n ta r -15 -12 -9 o C

-3

15 10 5 0 -5 0 -10 -15 -20 -25

9

Desplazamiento (mm)

12

15

)f (t e t n ta r -15 -12 -9 o C

25 20 15 10 5 0 -6

-3

-5 0 -10 -15 -20 -25

3

6

9

Des plazam iento (m m )

Ensayos CISMID Sensibilidad a los Vanos Mur o-14 AG V Sólido Q-62

)f (t e t n a tr -20 - 16 - 12 o C

-8

-4

30 25 20 15 10 5 0 -5 0 -10 -15 -20 -25 -30

4

Mur o-15 AGV Sólido Q-62

8

12

16

20

f)t ( te n a tr -20 - 16 - 12 o C

-8

-4

Desplazamiento (mm)

10 5 0 -4

0 -5

4

8

12

-10 -15

Des pl azamiento (m m )

12

16

12

16

Mur o-11 AG V Ventana Alta Q-62

15

-8

8

Desplazamiento (mm)

Muro-08 AGV Ve ntana G rande Q-62

)f t( e t n a tr -20 -16 -12 o C

30 25 20 15 10 5 0 -5 0-10 4 -15 -20 -25 -30

16

20

f)t ( e t n a tr -20 -16 -12 o C

-8

30 25 20 15 10 5 0 -5 -4 -10 0 -15 -20 -25 -30

4

8

Desplazamiento (mm)

2

Niveles de Desempeño e s a B a l n e e t n a t r o C

NIVEL SEGURIDAD DE VIDA

NIVEL OCUPACION INMEDIATA

R

o g n a R

o c it s á l E l a e in L

NIVEL PREVENCION DE COLAPSO

a tiv c e Ef ez d igi

Colapso

Daño Controlado

Seguridad Limitada

d Incremento de Demanda Sísmica

Desplazamiento del Techo

CURVA PROPUESTA DE CARGA vs DEFORMACION Placas Delgadas en Co ncreto Armado 1.2

Drift = 0.45% 1.0

Drift = 0.07%

a d a z il 0.8 a m r o 0.6 N a z r 0.4 e u F

Drift = 0.80%

0.2

0.0 0.00%

0.25%

0.50%

Drift

0.75%

1.00%

FEMA 273 vs PROPUESTA Placas Co ntroladas por Corte 1.2 PROPUESTA

1.0

a d a 0.8 z li a m r o 0.6 N a z r 0.4 e u F

FEMA 273

0.2

0.0 0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

Drift

2.00%

2.50%

PROPUESTA DE NIVELES DE DESEMPEÑO Placas Delgadas en Con creto Armado 1.4 1.2

IO=0.20%

LS=0.35%

CP= 0.45%

a d a z il 1.0 a m r 0.8 o N a 0.6 z r e u 0.4 F 0.2 0.0 0.00%

0.25%

0.50%

Drift

0.75%

1.00%




Ensayos CISMID: Un Piso

Ensayo Monotonico Modulo de Vivie nda AGV 60

Ensayo Monotonico Modulo de Vivie nda AGV 60

50

50

). f 40 T ( a t 30 n a tr o 20 C

.)f 40 T ( a t 30 n a tr o 20 C

10

10

0

CH-102 0

0.5

1

1.5

2

Envolvente

0 0

0.5

1

1.5

desplazamiento (mm) desplazamiento (mm)

CH-102 2

Ensayo Monotonico- Modulo de Vivienda AGV 60 50

). f 40 T ( a t 30 n a tr o 20 C

Ensayo E-030 Rigido

E-030 Flexible

10 0 0

0.5

1

1.5

des plaza m iento (m m )

2




Ensayos CISMID: Dos Pisos

Modulo AGV Dos Niveles

50.00 45.00 40.00 )f 35.00 t( 30.00 e t n 25.00 a tr 20.00 o C 15.00

Ensayo E-030 Rigido

10.00

E-030 Flexible

5.00 0

0.002

0.004

0.006

Dist or s ion Angula r

0.008

0.01

Vivienda de dos Pisos Niveles de Desempeño 60.00

V1 vs D1 V2 vs D2 V1 vs D Global

50.00

O. Inmediata S de Vida P de Colapso

40.00

n T , e t n 30.00 a tr o C

20.00

10.00

0.00%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

Drift

0.60%

0.70%

0.80%

0.9

VIVIENDA DOS PISOS FACTOR Rd vs PGA 20 Registros Peruanos 4.00

Rd

3.50

=

S a [Ultimo] ; Rd S a [Fluencia ]

= 1.88 → R = 4.70 → R ≈ 5

3.00

2.50 d R 2.00

1.50

1.00

0.50

-

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

PGA (g)

Para conciliar las fuerzas entre la NTE 030 del 77 y del 97 los factores Rd se incrementan en aproximadamente 2.5 veces con lo que obtenemos el R actual.

0.30

CONCLUSIONES CISMID • Factor Sistemas Estructurales según tabla 6 “R” de ladeNorma E-030: 5 • Máximos Desplazamientos Laterales Permisibles según Norma E-030, tabla 8: 1/1500, es decir 0.0007, para rango elástico. • Concreto f ’ c=100 kg / cm2 es OK




ACELERACION ESPECTRAL Sa [ 0.07 seg, %] 0.80 10%

0.70

5% 0.60

0.50

g 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 1 3 0 7

2 3 0 7

3 3 0 7

4 3 0 7

5 3 0 7

6 3 0 7

7 3 0 7

8 3 0 7

9 3 0 7

0 4 0 7

1 4 0 7

2 4 0 7

3 4 0 7

4 4 0 7

5 4 0 7

6 4 0 7

7 4 0 7

8 4 0 7

9 4 0 7

Registro Sísmico P eruanos

0 5 0 7

1 5 0 7

2 5 0 7

3 5 0 7

4 5 0 7

5 5 0 7

6 5 0 7

7 5 0 7

8 5 0 7

9 5 0 7

ANALISIS D INAMICO INCR EMENTAL Amortiguamiento 10% Paso 1

2.0000 1.8000 1.6000 1.4000 1.2000 ]1 [f a

S

1.0000 0.8000 0.6000 0.4000

0.2000 0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

Drift Global

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%

ANALISIS D INAMICO INCR EMENTAL Amortiguamiento 10% 2.0000

1.8000

1.6000

1.4000

1.2000 ]1 f[ a

S

1.0000

0.8000

0.6000

0.4000

0.2000 0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

Drift Global

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%


1.8000

1.6000

1.4000

1.2000 ]1 f[ a

S

1.0000

0.8000

0.6000

0.4000

0.2000

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

Drift Global

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%


1.8000

1.6000

1.4000 1.2000 ]1 [f a

S

1.0000

0.8000

0.6000

0.4000

0.2000 0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

Drift Global

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%

ANALISIS DINAMICO INCREMENTAL Amortiguamiento 10% 04 Registros Selectos 2.0000

1.8000

1.6000

7032

7036

7048

7052

1.4000

1.2000 ] f [

1 a

1.0000

S

0.8000

0.6000

0.4000

0.2000

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

Drift Global

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%

7032

7036

Acceleration RMS: 4.4527 5


Velocity RMS: 0.37 8281


Displacement RMS: 5.22824 1


Arias Intensity: 82.08306


Specific Energy Density: 4.2270740


A95 parameter: 60.28871


7048

7052













VIVIENDA DOS PISOS Pseudoaceleración v s Periodo Efectiv o de la Estructura 2.50

2.00

1.50 g ,a S

3.5 Hz 1.00

14.3 Hz 0.50

0.00 -

0.05

0.10

0.15

0.20

Periodo, s

0.25

0.30

0.35

ESPECTROS DE PSEUDOACELERACION 04 Registros Selectos 0.70

0.60

7032g

7036g

7048g

7052g

0.50

0.40

a S 0.30

0.20

0.10

0

5

10

15

20

25

Frecuencia

TRANSFORMADAS DE FOURIER 04 Registros Selectos 350

300

705 2

7 048

703 6

7 032

250

d u litp m A

200

150

100

50

0 0

5

10

15 Frecuencia, Hz

20

25


1.8000

1.6000

1.4000

1.2000 ]1 f[ a

S

1.0000

0.8000

0.6000

0.4000

0.2000 0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

Drift Global

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%

ANALISIS DINAMICO INCREMENTAL Amortiguamiento 5% 2.00

1.80

1.60

1.40

1.20 ]1 [f a

S

1.00

0.80

0.60

0.40

0.20

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

Drift Global

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%

ANALISIS D INAMICO INCR EMENTAL Mediana del DRIFT Amortiguamiento 10% y 5 % 1.400

1.200

1.000

0.800 ]1 [f

10%

a

S

5%

0.600

0.400

0.200

0.00%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

Drift Global

0.60%

0.70%

0.80%

0.90%

1.00

ANALISIS DINAMICO INCR EMENTAL Mediana del DRIFT vs Resultado Ensayo Amortiguamiento 10%

Ensayo Monotónic

2.500

(Se definió desplazamientos

2.000

1.500 ]1 [f a

S

1.000

0.500

Mediana del Drift -

0.00%

0.10%

0.20%

e s a B a l

0.30%

0.40%

Rango No L ineal Inelásti

n e e t n

0.50%

a t r o C

0.60%

0.70%

co

0.80%

DEGRADACION1.00 0.90% RIGIDEZ

Drift Global Rango Lineal Elásti co

Ri

gi

de

zE

f

t ec

R OI R E T E D

a iv

O

A I C N E T IS S E R

d

Desplazamiento del Techo




Vivienda de dos Pisos Niveles de Desempeño vs Peligro Sísmico REGISTROS DIRECTOS 60.00

IO

LS

CP

50.00

40.00

n T , e t n 30.00 a tr o C

20.00

10.00

0.00%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

Drift

0.60%

0.70%

0.80%

0.90

Vivienda de dos Pisos Niveles de Desempeño vs Peligro Sísmico Registros Escalados: 50% - 50años IO

60.00

LS

CP

50.00

40.00 n T , e t n 30.00 a tr o C

20.00

10.00

0.00%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

Drift

0.60%

0.70%

0.80%

0.90


60.00

LS

CP

50.00

40.00 n T , e t n 30.00 a tr o C

20.00

NTE 030 10.00

0.00%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

Drift

0.60%

0.70%

0.80%

0.90


60.00

LS

CP

50.00

40.00 n T , e t n 30.00 a tr o C

20.00

10.00

0.00%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

Drift

0.60%

0.70%

0.80%

0.90

Vivienda de dos Pisos Niveles de Desempeño vs Peligro Sísmico Registros Escalados: 2% - 50años 60.00

IO

LS

CP

50.00

40.00 n T , e t n 30.00 a tr o C

20.00

10.00

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

Drift

1.20%

1.40%

1.60%

1.80

Vivienda de dos Pisos Niveles de Desempeño vs Peligro Sísmico 20 Registros Peruanos 60.00

IO

LS

CP 2% - 50 años

50.00

40.00 n T , e t n 30.00 a tr o C

20.00

EVENTO NTE 030

10.00

10% - 50 años Directos

Q

D

Directos

5.0

9

Diseño

2.3

30

Muy Raro

1.3

23

Catastrófico

1.0

26

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

Drift

1.20%

1.40%

1.60%

1.80

VIVIENDA DOS PISOS Regresión PGA vs Sa [T 1,10%] 20 Registros Peruanos 0.70

0.60

0.50

Z = 0.40 según NTE 030 y = 0.5834x0.9394 R2 = 0.8715

0.40 ) g ( A G P

0.30

0.20

0.10

Sa = 0.66 g

0.00 0.00

0.25

0.50

0.75

Sa (g)

1.00

1.25

VIVIENDA DOS PISOS Peligro Sísmico. Zona 3. 1.00E+00

10 % 1.00E-01

50 años

1.00E-02

1.00E-03

.25 %

ro g li e P

1.00E-04

1.00E-05

Anual 1.00E-06

1.00E-07 0.10

1.00

10.00

Sa [T 1,10%] g's

100.00

VIVIENDA DOS PISOS Fragilidad Sísmica Anual. Zona 3. 1.E+00

1.E-01

1.E-02

1.E-03

1.E-04 d a d il i 1.E-05 g a r F

IO anual CP anual LS anual

1.E-06

1.E-07

1.E-08

1.E-09

1.E-10 0.10

1.00

Sa [T1,10%] g's

10.00

VIVIENDA DOS PISOS Fragilidad Sísmica 50 a ños. Zona 3. 1.E+00

1.E-01

1.E-02

1.E-03

1.E-04 d a d il i 1.E-05 g a r F

IO 50 años CP 50 añosl LS 50 años

1.E-06

1.E-07

1.E-08

1.E-09

1.E-10 0.10

1.00

Sa [T1,10%] g's

10.00

VIVIENDA 02 PISOS Indice de Confiabilidad Nivel de Desempeño: Prevención de Colapso. Vida Util 50 años. 4.00

3.00

2.00

1.00

Indice Objetivo cuando se incluye sismo en el Estado Límite en estudio ( βο=1.75)

0.00 -

0.50

1.00

1.50

Sa [T1,10%] g's

2.00

2.50

3.00

CURVA DE DAÑO Placas Delgadas en Concreto Armado 120%

100%

80%

o ñ 60% a D 40%

20%

0% 0.00%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

Drift

0.60%

0.70%

0.80%

0.9

VIVIENDA 02 PISOS VULNERABILIDAD SISMICA 50 % Nivel de Confianza Amortiguamiento 10% 100%

75%

o d a l u m u 50% c A o ñ a D

27 %

25%

1%

0% 0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

Sa

1.50

1.75

2.00

VIVIENDA 02 PISOS VULNERABILIDAD SISMICA Comparación 50% y 84% Nivel de Confianza Vida Util 50 años.Amortiguamiento 10% 100%

70 % 75%


27 %

25%

0% 0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

Sa

1.50

1.75

2.00



Económica • Factibilidad – Reparación y Evaluación del Desempeño – Evaluación Financiera

“Se ha realizado la reparación, por medio de inyección de resina epóxica, de las grietas seleccionadas, procediendo a realizar nuevamente el ensayo destructivo del espécimen. El costo de la reparación fue de US $ 271.90, para 10 metros lineales de grieta de 3 a 5 milímetros de espesor y 10 centímetros de profundidad (de lado a lado del muro), esto implica un costo de reparación de US $ 27.19 por metro lineal de grieta. También se han reparado algunas fisuras (< 1mm), para verificar la factibilidad de mantener el aspecto estético de la estructura, el costo de la reparación de las fisuras es de US $ 1.64 por metro lineal de fisura. Los resultados del ensayo demuestran que con la inversión efectuada en la reparación, que representan un 8.99 % del valor de la estructura, se puede devolver su capacidad resistente al 100% de la que presentaba inicialmente.” (06-2000)

CISMID Comportamiento Modulo AGV Original (4/5/2000) vs Reparado(8/6/2000) Nivel de Sismo Esperado: Lima 17/10/66 60

50

40 Piso-2 Piso-1

f)t ( e t n 30 a tr o C

Piso-1 Piso-2

Lima:17/10/66

20

10

0 0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

Distors ion Angular

0.006

0.007

0.008

0.009



Económica • Factibilidad – Reparación y Evaluación del Desempeño – Evaluación Financiera

Alternativas Posibles • En la vida útil de la estructura, existen diversos rumbos de acción con respecto a su vulnerabilidad sísmica. • Podríamos no efectuar ninguna reparación: en este caso, el valor presente de los daños nos da un estimado del riesgo de la inversión. • Podríamos reforzarla: con lo cual la vulnerabilidad global debe disminuir, sumando la disminución de la vulnerabilidad global al costo de reforzamiento, podemos tener elementos de juicio para decidir, al comparar esta suma con la situación srcinal, si es conveniente reforzar. • Finalmente, cuando el valor presente de los costos de reparación es cercano al valor de reposición, se debe evaluar si es conveniente demoler.

 n =VidaUtil  1 + j  n −1  Cr.Vn PV =  ∑   .  1  1 + i   n •PV = Valor Presente de los costos de reparación •N = Vida Util •i = Inflación Anual •j = Tasa Activa Anual •Cr = Costo de Reposición •Vn = Vulnerabilidad en los n años de Vida Util

VIVIENDA 02 PISOS VULNERABILIDAD SISMICA NIVEL DISEÑO Comparación 50% y 84% Nivel de Confianza Amortiguamiento 10% 100%

75%


P 86% P 50%

PGA = 0.40

V50 = 27%

25%

0% 0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

Sa

1.50

1.75

2.00

 50  1 + 8%  49  (3024).(27%) PV = ∑   . 50  1  1 + 2%  

PV = $ 277, para 50% Nivel de Confianza

Vivienda 28 m2; S/ 5.500

Departamento 53 m2; S/ 28.000

Refugio 18 m2; S/ 2.000

FONDO PARA TESIS DE MAESTRIA ADGAVI Financia los siguientes temas: 1. REGISTROS CA RACTERISTICOS : Identificar las principales

fuentes génicas nuestrodepaís, en cada característicos una de ellas seleccionar entre 15sismo a 20 pares de de registros aceleración de la fuente, con el objetivo de ser usados en Análisis Dinámico Incremental en procedimientos de Diseño Sismorresistente Basado en Desempeño, vía Análisis Tiempo Historia No Lineal de Estructuras. 2. ESPECTROS DE PELIGRO CONSTANTE : Definir los peligros correspondientes a la aceleración máxima en la base rocosa (Peak Ground Acceleration o Factor Z de la Norma NTE E030) para los eventos Sísmicos de Servicio (50% de probabilidad de ser excedido en

50 años), decada Diseño 50 años)sismo y Máximo Esperado (5% - 50 años) , para una(10% de las- fuentes génicas. Confeccionar los Espectros de Pseudo aceleración Espectral de Peligro Constante, siguiendo al FEMA 356.

GRACIAS POR SU ATENCION [email protected]

Galvez Adolfo

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