evaluación de vulnerabilidad y reforzamiento estructural

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Evaluación de vulnerabilidad y reforzamiento estructural de la edificación estación de

bomberos sede transversal 12, Tuluá valle.

Autor: Juan Sebastián Perdomo Lozano 1

Director: José Javier Martínez2

Jurado 1: juan Carlos Herrera Sánchez 3

Jurado 2: Orlando Cundumi Sánchez 4

1 Estudiante Pontificia universidad javeriana, Cali-valle, departamento de ingeniería civil, [email protected]

2 Profesor Pontificia universidad javeriana, Cali-valle, departamento de ingeniería civil,

[email protected]

3 Profesor Pontificia universidad javeriana, Cali-valle, departamento de ingeniería civil, [email protected]

4 Profesor Pontificia universidad javeriana, Cali-valle, departamento de ingeniería civil, [email protected]

1. RESUMEN

En el presente trabajo de grado, se desarrollan las diversas temáticas que se pueden abordar respecto a lo relacionado con un estudio de vulnerabilidad y reforzamiento estructural (rehabilitación). Enfocándose en las diferentes temáticas desarrolladas en los cursos de estructuras y mecánica de suelos. Tomando como referencia cada uno de los requerimiento y recomendaciones que rige la normativa NSR-10.

Debido a que el enfoque es netamente estructural, se optó por implementar los servicios de la empresa de calidad integral, para lo relacionado con el estudio de suelos. Por otro lado mediante la empresa Sikamar, se obtuvieron los resultados referentes a los estudios de resistencia a la compresión del concreto, regatas y Ferro-Scan (determinación de aceros de refuerzo y separaciones). Estos estudios fueron prioritarios para desarrollar el estudio de vulnerabilidad de la

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edificación, el cual determina las diferentes capacidades y comportamiento de la estructura, ante las solicitaciones que se encuentra expuesta en la actualidad. Esto se realiza mediante la determinación de los índices de sobre esfuerzo de la edificación, estos chequeos se realizan tanto para la parte de desplazamientos como resistencia de los elementos, buscando valores menores a la unidad.

Los resultados obtenidos indican que es necesario la implementación de un reforzamiento o rehabilitación estructural. Tomando en cuenta factores arquitectónicos, económicos y principalmente constructivos. Se logró cumplir con los diferentes requerimientos de la normativa y capacidades de solicitación presentes en la edificación.

2. ABSTRAT

In the present work of degree, the various topics that can be addressed with respect to a study of vulnerability and structural reinforcement (rehabilitation) are developed. Focusing on the different topics developed in the courses of structures and soil mechanics. Taking as reference each of the requirements and recommendations that govern the NSR-10 regulation.

Because the approach is purely structural, it was decided to implement the services of the

company of integral quality, for what is related to the study of soils. On the other hand, by means of the Sikamar company, the results regarding the compression resistance studies of concrete, regattas and Ferro-Scan (determination of reinforcing steels and separations) were obtained. These studies were a priority to develop the vulnerability study of the building, which determines the different capacities and behavior of the structure, given the demands that are currently exposed. This is done by determining the overstress rates of the building, these checks are made both for the part of displacements and resistance of the elements, looking for values less than unity.

The results obtained indicate that the implementation of structural reinforcement or

rehabilitation is necessary. Taking into account architectural, economic and mainly constructive factors. It was possible to comply with the different requirements of the regulations and solicitation capacities present in the building.

3. INTRODUCION

Debido al pasar del tiempo es de suma importancia realizar estudios a las diferentes edificaciones diseñadas y construidas con anterioridad al vigente reglamento de sismo resistencia Colombiano versión 2010, con el fin de garantizar un correcto funcionamiento

y brindar seguridad a los usuarios que van a residir o frecuentar la edificación. En este caso como se trata de una estructura que tiene con fin albergar al cuerpo de bomberos sede transversal de la ciudad de Tuluá, debe intervenirse con mayor prioridad tomando

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como un factor primordial el año en que se realizó el diseño y la construcción, mediados del año 1994, fecha en la cual era vigente el código sismo resistente colombiano del 1984. Por lo tanto, es notable que la edificación es bastante antigua por lo que su intervención es de gran importancia para los habitantes de la ciudad de Tuluá, en especial los sectores cercanos a esta sede de bomberos, debido a que si un sismo de gran magnitud que la normativa sismo resistente del 1984 no ha considerado, se pueden llegar a presentar fallas o daños estructurales importantes y dejar las instalaciones correspondientes a esta edificación sin servicio, trayendo como consecuencia la carencia de un servicio tan vital como es el de los bomberos en especial si se presenta alguna emergencia derivada del sismo y cercana al sector de la estación. Entonces se debe garantizar el fisura miento de los elementos y la estabilidad de la edificación mientras se plantea un desalojo de la edificación garantizando la vida de los usuarios, por este motivo realizando el estudio de vulnerabilidad y reforzamiento a la edificación, se busca el cumplimiento del reglamento sismo resistente colombiano del 2010 y la disminución de los factores de riesgo ante la presencia de un sismo o temblor.

4. FUNDAMENTACION TEORICA

4.1. Descripción edificación de estudio (Estación de bomberos barrió la campiña Tuluá- Valle)

Figura 1. Ubicación y sectores de

cubrimiento de la estación de bomberos

barrió la campiña.

Fuente. Google maps

La estación de bomberos ubicada en la dirección transversal 12 con calle 14 barrio la campiña, se caracteriza por ser un cuerpo de bomberos de carácter VOLUNTARIO. La estación Posee como área de cobertura la zona occidente de la ciudad de Tuluá valle, comprendiendo barrios como el jardín, bosques de Maracaibo, la campiña buenos aires entre otros, correspondientes a zonas o sectores de prioridad en la ciudad de Tuluá por poseer un alto índice de población. En la ilustración 3, se ve una imagen satelital de la ubicación de la estación con círculo amarillo y barrios aledaños que se encuentra dentro del área de cobertura de la estación de bomberos con sede en la transversal 12 delimitada por la franja naranja.

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Como se puede apreciar el área de cobertura e es grande, por lo cual es factible e importante implementar el estudio de vulnerabilidad y verificar si se puede implementar un reforzamiento, el cual garantice el servicio y la atención a la comunidad durante un evento sísmico. La aplicabilidad de este proyecto debe ser veras, debido a que se dejara sin servicio la locación en caso de ser intervenida

4.2. Chequeo Preliminar de Posibles Daños Estructurales en la Edificación

Es recomendable realizar un chequeo visual previó a desarrollar el estudio de vulnerabilidad de una edificación teniendo como finalidad la detención de daños en la estructura que sean visibles fácilmente, hay muchos tipos de fallas y daños estructurales que varían y se clasifican dependiendo de las condiciones en las que se encuentre expuesto el elemento que se analizara, entre las tipologías de daños estructurales encontramos: • Fisuras por Flexión

• Fisuras por Fuerza Cortante

• Fisuras por punzonamiento

• Fisuras por Compresión

• Fisuras por Mala Disposición de la

Armadura

• Fisuras y Desprendimiento por Corrosión

• Deflexiones o desplazamientos horizontales

4.3 Planos arquitectónicos y estructurales

Posterior a determinar o realizar un chequeo visual de los daños más visibles en la edificación, es importante saber si se cuenta con planos de la edificación, para determinar si se debe hacer un Posterior a determinar o realizar un chequeo visual de los daños más visibles en la edificación, es importante saber si se cuenta con planos de la edificación, para determinar si se debe hacer un • Levantamiento arquitectonico:

Es la labor de “ ubicar, medir y graficar de manera precisa los espacios de una construcción existente, éste nos sirve para conocer y graficar las dimensiones reales de un área o conjunto de espacios, dimensiones de los elementos que son de utilidad para desarrollar actividades como avalúos de cargas, remodelaciones, restauraciones entre otros”. (proyecto exclusivo ).

• Levantamiento estructural:

Partiendo de la estructura ya existente, se determinan las características físicas de la edificación donde se detentan los diferentes elementos como vigas, columnas, entre otros, basándose principalmente en sus dimensiones, su localización y su estado actual, por otro lado se verificara el refuerzo existente de los elementos este procedimiento se realiza mediante la utilización de regatas o prueba de FERRO-SCAN, el cual se definirá más adelante Este procedimiento es de suma importancia debido a que se debe corroborar la información de los planos con lo construido, porque lo más posible es que surgieran

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variaciones durante los procesos constructivos

4.4 Estudios realizados

Es de suma importación definir los diferentes parámetros y variables necesarias para realizar el análisis y la modelación de la edificación, en este caso estas variables se encontraran inmersas en los tres estudios principales a realizar, los cuales serán, la resistencia a la compresión del concreto, prueba de FERRO-SCAN (mayor aplicabilidad en chequeo de vulnerabilidad y reforzamiento de la edificación) y estudio de suelos, a continuación se describen estos estudios y sus implicaciones • Estudios de suelos:

Se verificaran las diferentes variables y propiedades del suelo don se apoya la edificación, tales como la capacidad portante, peso específico, entre otros • Estudios de Resistencia a la compresión:

Se determinara la resistencia a la compresión mediante la extracción de núcleos de concretos de los elementos prioritarios por medios de la empresa Sikamar. Se complementa con la prueba de esclerometria. Estos resultados se correlacionan. • Ferro-Scan:

Mediante este estudio se realiza el chequeo y la verificación de las características del acero de refuerzo de los elementos. (Cantidades,

diámetros y separaciones). Este estudio se complementa con la implementación de regatas para verificar algunos elementos (viguetas).

4.5 Estudio de vulnerabilidad

Debido a las actualizaciones de las normativas sismo resistentes colombianas se hace necesario implementar un estudio de vulnerabilidad donde se pretende mirar la resistencia de la edificación ante la presencia de un sismo fuerte tomando como referencia la nueva normativa presente de sismo resistencia colombiana NSR-10, garantizando el cumplimiento de los parámetros inmersos en esta. (ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial, titulo C, 2010) • Modelación de la Estructura

Figura 2. Modelo teórico estructura

Fuente. ETABS

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Para el modelamiento y evaluación de la edificación es necesario definir los diferentes elementos de la estructura (vigas, viguetas, losas, columnas, cimentaciones). Como se observó en la imagen anterior del modelo teórico de la edificación, se construyó el modelo asignando las secciones a los diferentes elementos, junto con sus propiedades (dimensiones, materiales y aceros si es el caso para realizar chequeos). Posterior al montaje de la estructura y la asignación de cargas, se analiza el comportamiento estructural de la edificación ante la presencia de un sismo. Es importante tener en cuenta factores que son primordiales tales como el tipo de perfil del suelo y la ubicación de la edificación. Estos dos parámetros servirán para definir los espectros de diseño que reflejaran el comportamiento de un sismo en la estructura. Respecto a los espectros en este caso se implementaran dos el espectro de título A.2.6, que es el espectro normal de diseño, el cual posee un 5% de coeficiente de amortiguación , está relacionado con la aceleración de la gravedad (Sa) y el periodo de la edificación (T), por otro lado está el espectro del título A.12, el cual corresponde a espectro de umbral de diseño, el cual se debe aplicar a edificaciones que se encuentren entre los grupos de uso II y IV, la diferencia con el espectro anterior es que se utiliza un 2% del coeficiente de amortiguación.

Ya definidos los espectro de diseño se verificaran o se chequearan parámetros básicos y claves en la modelación.

Inicialmente se debe asignar el mass source o la masa que participara en el análisis modal, para este caso se tomara el 100% de la carga muerta y sobreimpuesta juntos con un 25% de la carga viva, para ir del lado de la seguridad. Luego se chequeara la participación modal la cual nos da el número de modos mínimos a utilizar. Esto dependerá del porcentaje de participación de la masa, el cual será mínimo del 90%, en la dirección x y y, de estudio. Título C.5.4.2. Otro factor importante será la corrección de gravedad para los espectros de diseño tanto para el chequeo de derivas como el de diseño de los elementos. Esta corrección se realiza debido a que la norma exige que la diferencia del cortante dinámico total en la base la estructura obtenido por el método del análisis dinámico, no puede menor que el 80% o 90% del cortante calculado por el método de la fuerzo horizontal equivalente, dependiendo si la estructura posee irregularidades. Título A.5.4.5. El procedimiento consiste en dividir el cortante dinámico del análisis modal sobre el cortante de la fuerza horizontal equivalente. Este valor obtenido se multiplica por el 80% estructuras irregulares o 90 por ciento para estructuras regulares. El valor de la gravedad de 9.8 m/s2 se afecta por el coeficiente que se calculó y se corregirá la gravedad.

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Por el momento ya se pueden chequear derivas o desplazamientos. Antes de pasar a chequear las derivas o desplazamientos se debe corregir la gravedad de diseño de los elementos, seleccionado el coeficiente de disipación de energía Ro, El cual dependerá del tipo de sistema estructural, el detallado del refuerzo de la edificación y la clasificación de la estructura según la capacidad de disipación de la energía (DES,DMO,DMI). Este se multiplicara por los coeficientes de reducción de energía por irregularidades de la edificación en planta, altura o redundancia. Este valor corresponde al coeficiente R, el cual servirá para encontrar las fuerzas de diseño de los elementos, se deberá dividir la gravedad sobre este coeficiente. Luego se procede a evaluar los desplazamientos laterales o límites de deriva de la edificación, que según lo estipula el reglamento “no puede corresponder a un valor mayor al 1% de la altura el piso para el espectro del título A.2.6. y del 0.4% para el espectro de umbral de daño del título A.12.”. (ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial, titulo A, 2010).

Estos procedimientos se pueden realizar por diferentes métodos, los cuales se especificaran a continuación y están explícitos en la NRS-10 título A, donde especifica los métodos de análisis del sistema de resistencia sísmica presentados a continuación (ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial, titulo A, 2010).

• Método de la fuerza horizontal equivalente, Capítulo A.4.

• Métodos de análisis dinámico elástico,

Capítulo A.5.

• Métodos de análisis dinámico inelástico,

Capítulo A.5.

• Métodos de análisis alternos, los cuales deben tener en cuenta las características dinámicas de la edificación, el comportamiento inelástico de los materiales, y deben ser de aceptación general en la ingeniería.

El criterio de la selección del método dependerá de la especificación pedida por el procedimiento a realizar y del cumplimiento de la normativa sismo resistente. En este caso se utilizara un correlación entre el método de la fuerza horizontal equivalente y el análisis modal espectral, esto se realizará mediante una corrección a la gravedad a la horas de correr el programa donde se modele la edificación.

• Capacidad de Resistencia de los Elementos

Estructurales de la Edificación

Las edificaciones se diseñan con el fin de ser funcionales y resistentes, por lo tanto sus elementos deben cumplir con los requerimientos de resistencia ante la presencia de cargas mayoradas, momentos y fuerzas internas, que son generadas por los,

El titulo C de la norma sismo resistente

• Evaluación de la estructura

Luego de haber generado y estudiado el modelo de la edificación, se determinan las

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diferentes fuerzas y momentos a los cuales está sometida la edificación. De igual forma se deben chequear los desplazamientos máximos de cada piso mirando la flexibilidad del edificio.

• Índices de Flexibilidad (IFL)

Estos índices buscan definir el grado de deformación de la estructura y se calculan con base en la relación existente entre los desplazamientos y las deformaciones de la estructura ante la aplicación de las solicitaciones de carga previstas y los requisitos de deriva y deflexiones establecidos en la norma sismo resisten colombiana (NSR – 10) en el titulo A. (Escuela de colombiana de ingenieria ).

• Índices de Sobre-Esfuerzo (ISE)

Al terminar el modelamiento de la estructura se posee información de los esfuerzos actuantes en la edificación. Adicionalmente se posee información de la resistencia propia de los elementos, por los planos estructurales. De esta manera se puede hallar una relación que consiste en el cociente de los esfuerzos actuantes sobre los momentos resistentes (Escuela de colombiana de ingenieria ).

4.6 Metodologías de rehabilitación

• Reforzamiento para Cimientos

Las principales fallas de los cimientos son por capacidad de resistencia (refuerzo,

punzonamiento), se planteara los siguientes tipos de reforzamientos para la cimentación:

Figura 3. Reforzamiento superficial

zapata.

Esta técnica consiste en construir una nueva zapata sobre la existente, estos será útil en la parte constructiva. Se atravesaran las barras que sean necesarias por la columna existente y se generan las dimensiones del elemento según el diseño igualmente que las cantidades de refuerzo necesarias.

Se chequeara la capacidad portante y el punzonamiento de los dos sistemas la zapata nuevas y el conjunto con la zapata antigua.

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Figura 4. Reforzamiento cimentación por

ensanchamiento de la sección

Fuente. Notas ingeniero Rey Valdivia

Esta técnica de reforzamiento también es muy implementada debido a que se toma en cuenta el acero existente de la zapata a reforzar de esta manera no es necesario ampliar tanto la sección de la cimentación, ni cambiar propiedades como la profundidad de desplante.

Esta técnica posee como característica funcional, la cual está ligada al chequeo de capacidad portante del terreno, debido a que se va utilizar en el diseño del reforzamiento, la zapata existente junto con su acero de refuerzo, la zapata no va a poseer un espesor muy diferente al original, y no se van a presentar presiones de más por aumento del espesor del cimiento. Este es un factor que es primordial en esta metodología por otro lado se puede estar seguro que los desplazamientos o

asentamientos no se afectaran negativamente, es decir que no aumentaran

• Reforzamiento para Columnas

Se destacan los dos métodos más

utilizados para el reforzamiento de la

estructura los cuales poseen alta aplicabilidad

entre las entidades constructoras.

• Encamisados con Estructura Metálica:

El encamisado con estructura metálica es una técnica muy útil debido a su poco tiempo de aplicabilidad, la deficiencia de esta técnica radica en que es poco atractiva, ya que afecta el aspecto arquitectónico de la obra y por lo tanto, no es tan utilizada o seleccionada por los usuarios. (instituto tecnológico de costarica). Nota: difícil de realizar.

Figura 5. Camisas en estructura metálica

para reforzamiento de columnas

Fuente. (mendia y murua, s.f.).

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• Encamisado Con Anillos de Concreto

Reforzado

“El anillo perimetral de concreto con acero adicional es una técnica más elaborada, pero como producto final da un acabado arquitectónico favorable, ya que el trabajo de refuerzo no es visible, simplemente es un aumento de la sección de la columna. Es una técnica que es complementaria a la columna existente y ayuda al núcleo de concreto existente a absorber y distribuir las cargas hacia el cimiento” (instituto tecnológico de costarica). Se pueden presentan problemas con las vigas y las losas.

• Reforzamiento para Vigas

Las vigas son los elementos estructurales más versátiles para reforzar, ya que existen varias técnicas que ofrecen resultados similares, unas más complejas que otras según el grado de importancia de la obra, estas técnicas variaran dependiendo de la resistencia del elemento y la facilidad en las labores de mano de obra y tiempos de entrega de los elementos a reforzar (instituto tecnológico de costarica).

Los factores más importantes a considerar para este caso son la carencia de acero para soportar la resistencia de las cargas impuestas tanto a flexión como cortante (estribos y separaciones) y el chequeo de deflexiones; como criterios en la evaluación del elemento viga. Se propondrá la posibilidad de realizar un encamisado de concreto o la implementación de perfiles metálicos que ayuden a la resistencia del elemento si se da el caso. Esto dependerá del

método que mejor se acople a la solución y cumpla con los diferentes requerimientos.

Figura 6. Reforzamiento vigas, encamisados

de concreto y perfiles metálica

Fuente. (mendia y murua, s.f.).

• Reforzamiento para Controles de

Desplazamiento o Derivas

Este procedimiento se lleva a cabo mediante el control del desplazamiento lateral de la edificación buscando rigidizar la edificación, logrando mayor estabilidad de la estructura ante un sismo de alta magnitud. Se procede mediante los siguientes métodos:

Las pantallas estructurales se proceden a integrar al sistema a porticado un conjunto de pantallas de hormigón las cuales cumplen la función de aumentar la rigidez de la edificación y disminuir los desplazamientos laterales. Estos elementos deberán ser continuos desde la cimentación y estarán acoplados a los demás elementos que forme

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parte del sistema sísmico de la edificación que se intercepten con estos elementos. Esto se presenta para vigas y columnas principalmente.

En la siguiente imagen se puede apreciar la continuidad de las pantallas y se analiza la intercepción con otros elementos sísmicos como vigas y columnas, normalmente las pantallas estructurales poseen elementos de borde.

Figura 7. Pantallas estructura

Fuente. (webaero)

El arriostramiento también se puede realizar en estructura metálica, buscando generar un empotramiento con la estructura de concreto y generando un aumento en la rigidez de la edificación, especialmente en los pórticos donde se emplean dichos elementos; estos elementos de arriostra miento aumenta la resistencia al desplazamiento lateral, es de vital importancia ver en qué dirección y nivel

necesitan para que pueden brindar el mejor desempeño. Se presentan diferentes tipos de arrostramientos que van ligados a factores de resistencia y estéticos que van más de la mano con lo arquitectónico.

Figura 8. Arriostra miento de la

edificación

Fuente. (webaero).

• Memorias de Cálculo y planos

Estos documentos servirán de base para seguir los procesos y procedimientos de cálculo estructural, los planos arquitectónicos como estructurales serán el resultado del presente trabajo donde se dará a conocer de manera explícita las características físicas y estructurales de la edificación junto con las nuevas reformas necesarias si se da el caso.

5. REDULTADOS

Uno de los métodos más prácticos para determinar si se hace un reforzamiento estructural es iniciar con un estudio de vulnerabilidad sísmica para edificaciones; este estudio como todo procedimiento debe

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tener una secuencia de pasos, que no siempre se desarrollan en el mismo orden; sin embargo, una correcta metodología y secuencia de procedimientos pueden garantizar un mejor funcionamiento del estudio presentando con seguridad resultados más concisos y claros.

Para realizar este estudio se decidió plantear una metodología de tres pasos una metodología de recolección de información, metodología de diseño y finalmente una metodología resultados, estas metodologías se describirán a continuación:

5.1. Metodología de recolección de información

Mediante esta metodología se pretende recolectar toda la información posible acerca de la edificación, para este caso solo se contó con los planos estructurales de la edificación que deberán ser rectificados; de no coincidir la información de los planos con lo construido, se realizara una rectificación de estos planos. Para la parte arquitectónica se ejecutara un levantamiento de la estructura actual.

Tabla.1. Elementos levantamiento estructural

Figura 9. Esquema para realizar un estudio

de vulnerabilidad sísmica.

Figura 10. Esquema para realizar un estudio

de vulnerabilidad sísmica.

Por otro lado se hace necesario verificar las propiedades tanto físicas como mecánicas del suelo donde reposa la edificación esto se realizara mediante la empresa calidad integral sede Tuluá, la cual será la encargada de realizar todo lo referente al estudio de suelos, debido a que el enfoque es netamente estructural del trabajo a desarrolla

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Tabla 2. Características de suelo

Tabla 3. Resumen capacidad portante terreno

Fuente: Empresa calidad integral. Estudio de suelos

Finalmente se verificara la resistencia de los materiales utilizados en la edificación por

esta razón se contrata a la empresa sikamar, la cual es la encargada de la toma de

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muestras y realizar los estudios necesarios para encontrar la resistencia a la compresión del concreto, el acero se trabajara con la resistencia dada en los planos, debido a que el material que cambia drásticamente sus propiedades de resistencia es el concreto y no el acero. Para esta resistencia se promediaron los valores de las resistencias obtenidos mediante la extracción de los núcleos y la esclerometria a continuación se muestras los resultados obtenidos para los dos estudios. Igualmente se especifica que la resistencia promedio des de 17 Mpa. Resistencia apta para realizar un reforzamiento estructural según el título C (Nsr-10.

Tabla 4. Resumen resistencia a la compresión

cilindros probados.

Tabla 5. Resultados esclerometria

Fuente: Empresa Sikamar.

Junto con este estudio se determina los aceros de refuerzo de los elementos, las cantidades, la numeración de las barras Esto se realiza mediante un FERROSCAN Y regatas. Estos datos estarán inmersos en los índices sobre esfuerzo.

5.2 Metodología de vulnerabilidad

Posterior a recolectar toda la información pertinente a la edificación se procede a realizar la determinación de las diferentes cargas que llegan a la estructura para ser utilizadas en la modelación de la edificación en el software ETABS, donde se mirara el comportamiento de la edificación con los elementos existentes y las propiedades determinadas en cuanto a suelo y materiales que componen la estructura. Este tipo de propiedades son vitales al definirse en la

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modelación, principalmente en la asignación de la secciones. Este comportamiento llevara a la determinación de la resistencia de los elementos actuales o existentes, la cual servirá para ser comparada con la resistencia efectiva que deberían tener dichos elementos, lo cual servirá para determinar los índices de flexibilidad y sobre-esfuerzo. Los cuales determinan que elementos y como están fallando dependiendo del valor de los índices así será su prioridad de intervención. Esto podría verse mejor en una secuencia de falla.

A continuación se muestra un resumen de los resultados obtenidos tanto para los índices sobre esfuerzo por resistencia de los elementos y los índices de flexibilidad para el control de desplazamientos tanto para derivas como deflexiones.

Figura 11. Índices de sobre esfuerzo vigas

Figura 12. Índices de sobre esfuerzo de

columnas

Figura 13. Índices de sobre esfuerzo derivas

(título A.2. Nsr10


(título A.12. Nsr10

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Figura 15. Índices de sobre esfuerzo

deflexiones


cimentación (Aceros)


capacidad portante

Posterior a esto se miran las carencias y falencias más relevantes de la edificación y se evaluaran las alternativas más efectivas y menos costosas para mejorar la funcionalidad y el cumplimiento con la

normativa actual de diseño sismo resistente de 2010.

5.3 Metodología de reforzamiento

Luego de obtener las soluciones a las deficiencias de la edificación se procede a dar un informe final con todo el procedimiento para realizar el estudio de

Primordiales para desarrollar de manera

adecuada las cosas y no tener que repetir procedimientos debido a errores o problemáticas no tratadas. Este esquema es un complemento para l metodología.

• Reforzamiento vigas (encamisado)

Para chequear los diferentes requerimientos de las vigas. Tanto de cargas como de normativa se presentas los siguientes encamisados implementados en las vigas:

Figura 18. Encamisado viga 12x20 cm

A 32x35 cm

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Figura 19. Encamisado viga 35x 40 cm

A 55x50 cm

Figura 20. Encamisado viga 20x30 cm

A 40x40 cm

• Reforzamiento columnas (encamisados)

Finalizando el chequeo de las deflexiones se procede a chequear las columnas y ver cómo es su nuevo comportamiento, se puede apreciar que hay dos tipos de columnas; el primero de dimensiones 40 x 40 cm y 20 x30 cm, como se puede apreciar este último elemento no cumple con las dimensiones mínimas que regula el código para elementos de disipación de energía o sísmicos, la dimensión mínima es de 30 cm, estos elementos se encuentran en las intercepciones de los ejes 3y 4 con B y C.

Como se puede apreciar en los índices de sobre esfuerzo de los elementos, no chequean ante las cargas de solicitación por lo tanto se propone encamisar estos elementos, de esta manera aumentando las resistencia a flexo compresión y cortante, a continuación se muestra el encamisado y los refuerzos que se utilizaron juntos con las dimensiones. Nota: esto ayuda a controlar derivas y chequeo de nudos (viga –columnas). Aparte de esto se generaran dos tipos de terminaciones una en ganchos y la otra con anclajes epóxidos esto se mirara en los planos; esto dependerá también del tipo de reforzamiento en la cimentación a utilizar.

Figura 21. Encamisado columnas 60x 60

Figura 22. Encamisado columnas 40 x50

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Se decidió aumentar las secciones 10 cm desde las caras exteriores de las columnas existentes, por lo tanto el elemento de 40x40 cm quedo de dimensiones de 60 x 60 cm, con recubrimiento de 4 cm al estribo, mientras que el elemento que tenía dimensiones de 20 x30 cm quedo de 40 x 50 cm, igualmente con cuatro centímetros de recubrimiento al estribo.

El elemento de 60 x 60 cm, posee un

refuerzo existente de 8 barras #5 para un As = 15.92 cm2, adicionalmente con el encamisado se agregó un acero de refuerzo equivalente a 16 barras #5 para un As = 31.84 cm2, el acero total de la columnas es As total = 47.76 cm2; este valor se encuentra en el rango adecuado ni por encima del máximo ni por debajo de minino. (Asmín (1%) = 36 cm2, Asmax (4%) = 144 cm2). Para los estribos, debido a que las longitudes de los elementos no son muy altas, se decidió tomar una sola separación tanto para la zona confinada como no confinada esta separación será de 9.5 cm para cumplir con los requerimientos de separación de la normativa y los que arroja el programa de diseño.

En la imagen anterior por motivos

constructivos se maneja una configuración diferente a la común (rectangular), debido a que hay un núcleo de concreto existente, se debe buscar la forma implementar las ramas de estribos que sean necesarias, en especial las suplementarias, las cual dependen de la separación de las barras de refuerzo longitudinal la separación máxima entre barras apoyadas y no apoyadas no puede ser mayor a 35 cm, y la separación entre barras

no mayor a 15 cm. Los estribos serán barras número 4.

• Reforzamiento (pamtallas)

Se decide incorporar elementos tipo pantallas para complementar la resistencia de las columnas y ayudar a controlar los desplazamientos o derivas. Estos elementos poseen forma de L, Se ubicaron de forma que generan la resistencia adecuada al pórtico sismo resistente existente. En control de derivas y esfuerzos en las columnas.

Figura 23. Ubicación pantallas de refuerzo

Figura 24. Detalle pantallas de refuerzo

dimensiones de 20x200 cm

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Las pantallas son simétricas poseen un longitud total de 2.3 metros, de eje a borde de la pantalla hay una distancia de 2 metros. Tanto para las barras verticales como horizontales se implementó dos filas de aceros; para las barras verticales se utilizaron 12 barras #4; espaciadas cada 15 cm, para las barras horizontales se utilizaron barras número #4; separadas cada 30 cm. El refuerzo horizontal se utilizaron ganchos de anclajes y para el vertical se observan dos tipos de terminación una con ganchos y la otra con anclajes epóxidos; esto también dependerá del tipo de reforzamiento que se efectué en la cimentación. Las barras que resisten la flexión y la compresión (verticales); posee un gancho de 180 grados en la parte superior con una longitud de 25 cm y en la inferior un gancho en L de una longitud de 20 cm. Las barras verticales que resisten el cortante poseen ganchos con longitudes de 20 cm en forma de L.

Figura 25. Descripción aceros pantalla

estructural

• Reforzamiento cimentación

Ya para terminar el chequeo y el reforzamientos se procede a ver el reforzamiento de la cimentación ante las cargas nuevas de solicitación debido a los cambios realizados en la edificación ya descritas anteriormente. Inicialmente se procede a genera una nueva cimentación sobre la existente, contando con el espesor existente en los chequeos como funcionamiento y capacidad portante. Para el diseño de los aceros se tomara solo el espesor de la zapata nueva. A parte esto se presentara un segundo tipo de reforzamiento el cual constara de un ensanchamiento de la sección.

Se propuso zapata cuadras de 2.2 x 2.2 metros, con un espesor de 45 cm para la alternativa 1 de reforzamiento y un espesor de 50 para la alternativa 2 , para la zapatas de las pantallas se propuso una cimentación en forma de L, con un espesor de 60 cm para la alternativa 1 y 2. Se muestra a continuación como quedaron estos elementos junto con la vista en planta de la cimentación.

Figura 26. Detalles zapatas nuevas

reforzamiento.

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Figura 27. Detalles zapatas reforzamiento tipo 1

Figura 28. Detalles zapatas reforzamiento

tipo 1


tipo 2


tipo 2

Ya descritos los reforzamientos realizados a

la edificación y sus elementos dependiendo

de la necesidad que se presente se muestran

los resultados de los índices de sobre esfuerzo

para los requerimientos solicitados.

Figura 31. Índices de sobre esfuerzo vigas

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Figura 32. Índices de sobre esfuerzo de

columnas


(título A.2. Nsr10


derivas(titulo A.12. Nsr10)


deflexiones


cimentación (Aceros)


capacidad portante

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6. DISCUSIONES Y

CONCLUSIONES

• El análisis de vulnerabilidad es de suma importancia debido a que se estima el comportamiento actual de la edificación ante un sismo, se analiza que elementos están fallando ante las solicitaciones. También se chequean los desplazamientos de la edificación y se pueden ubicar los puntos críticos a intervenir

• Tanto las propiedades como características de los materiales y el suelo de la edificación son factores claves, los cuales deben estimarse de la manera más adecuada, por lo tanto lo más factible es realizar estudios de diferente tipología para correlacionar los resultados y posee un valor promedio más cercano a la realidad, esto se pudo apreciar al determinar la resistencia del concreto de la edificación. También se pueden correlacionar los resultados de las regatas con los scaner realizados en los diferentes elementos.

• La importancia de la modelación radica en la definición de las diferentes propiedades y características de los elementos que conforman la edificación, con las debidas asignaciones correspondientes como

articulaciones, subdivisiones para un análisis más detallado, entre otros. Debido a que si al programas de le introducen los datos o varibales de manera errónea así serán los resultados obtenidos.

• Las medidas de reforzamiento se escogieron principalmente, buscando realizar la menor cantidad de intervenciones en la edificación. En este caso la implementación de pantallas y encamisado de vigas y columnas, poseen un sistema parecido al construido inicialmente y puede generar un mejor acoplamiento de los materiales, aparte de esto no se afectan espacios arquitectónicos importantes. Esto sería el caso de implementación de arriostramientos metálicos o perfiles metálicos.

• Uno de los principales factores a la hora de realizar una rehabilitación o reforzamiento consiste en la parte constructiva, debido a que se va a trabajar con elementos existentes, motivos por los cuales muchas alternativas de reforzamiento son complejas de implementar y su elaboración puede ser bastante dispendiosa. Este caso se puede ver principalmente en la implementación de los estribos y los ganchos suplementarios, los cuales toca optar por utilizar una distribución diferente a la rectangular. Por otro lado unos

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variable que interviene mucho son las longitudes de desarrollo y anclaje de las barras nuevas a implementar debido a que los elementos a intervenir no poseen las dimensiones necearías para cumplir con estos requerimientos.

• Se puede analizar dos factores que se deben correlacionar de manera adecuada, a petición del usuario a la hora de realizar una intervención estos dos factores son el tiempo y los costos de aplicación, se deben optar por un punto intermedio y óptimo para escoger una solución que sea practicar y no posea tiempos de realización tan extensos.

• La realización de un estudio de vulnerabilidad y reforzamiento se debe poseer una amplia experiencia en la modelación y análisis de estructuras debido a que hay metodologías y diferentes variables (coeficientes de reducción resistencia), los cuales se deben escoger de manera adecuada para no castigar la edificación de manera exagerada o por el contrario que la edificación quede mal intervenida y no posea la resistencia o requerimientos que regula la normativa de diseño NSR-10.

7. REFERENCIAS

Congreso Colombiano. (21 de agosto de 2012). Ley General de Bomberos de

Colombia. Obtenido de www.valledelcauca.gov.co/gobierno/descargar.php?id=16495

Escuela de colombiana de ingenieria . (s.f.). metodología para el estudio de vulnerabilidad estructural de edificaciones. Obtenido de http://tycho.escuelaing.edu.co/contenido/encuentros-suelosyestructuras/documentos/vulnerabilidad/01_diego_paez.pdf

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mendia y murua. (s.f.). mendia y murua. Obtenido de http://mendiaymurua.com/2009/12/refuerzo-metalico-de-estructura-de-madera/

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evaluación de vulnerabilidad y reforzamiento estructural

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