febrero/2021 - colombia

ANÁLISIS DE VULNERABILIDA ESTRUCTURAL – MÉTODO NO LINEAL ATC/NERHP/ ASCE 41-17/NSR-10 INSTITUTO COLOMBIANO DE BIENESTAR FAMILIAR – ICBF, SECCIONAL PASTO – EST. 2 CARRERA 3A CON CALLE 23 ESQUINA B. MERCEDARIO

FEBRERO/2021 - COLOMBIA

Análisis de vulnerabilidad estructural – Método no lineal - Edificio 2. USAID/BHA PREPARE Pasto 720FDA19GR00291

1 © 2021 Miyamoto International, Inc.

Sobre PREPARE Pasto

El objetivo del programa es utilizarlos hallazgos relevantes de la evaluación de riesgo sísmico de USAID/OFDA PREPARE 2016-17 para fortalecer la capacidad de preparación y respuesta ante terremotos en el Municipio de Pasto.

Sobre la Agencia de los Estados Unidos de América para el Desarrollo Internacional (USAID por sus siglas en inglés)

La Agencia de EE. UU. para el Desarrollo Internacional es una agencia federal independiente responsable de planificar y administrar la asistencia económica y humanitaria en el mundo.

Sobre la Oficina para Asistencia Humanitaria (BHA, por sus siglas en inglés)

La Oficina para Asistencia Humanitaria brinda asistencia humanitaria que salva vidas, incluidos alimentos, agua, refugio, atención médica de emergencia, saneamiento e higiene y servicios de nutrición críticos, a las personas más vulnerables y más difíciles de alcanzar del mundo.

Sobre Miyamoto International, Inc.

Miyamoto International es una empresa global de ingeniería estructural y de reducción de riesgos por desastres que brinda experiencia en resiliencia sosteniendo a industrias y salvaguardando comunidades alrededor del mundo.

Agradecimientos y descargo de responsabilidad

Este informe es el resultado de un proceso de participación y consulta de múltiples partes interesadas y, en particular, de la labor de un equipo formado en el marco del programa USAID/OFDA PREPARE. El equipo fue dirigido/presidido por el Ingeniero Juan Sandoval e incluyó a autoridades de las siguientes instituciones gubernamentales, académicas y del sector privado: Universidad Mariana, Universidad Piloto y Universidad.Por la presente reconocemos las contribuciones de los organismos e instituciones antes mencionados y agradecemos su valioso tiempo, orientación y apoyo.

El autor de esta publicación es Leidy Mayerly Perdomo Cruz. En colaboración con Miyamoto International, Inc., Leidy Perdomo realizo las evaluaciones estructurales de las edificaciones del ICBF, facilitó el proceso de consulta a las partes interesadas y la labor del Grupo de Trabajo.

Agradecimiento y descargo de responsabilidad

Este plan es posible gracias al apoyo del pueblo estadounidense a través de la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID). El contenido de este informe es responsabilidad exclusiva de Miyamoto International, Inc. y no reflejan necesariamente las opiniones de USAID o del Gobierno de los Estados Unidos.

El autor de esta publicación es:

©2021 Miyamoto International, Inc. Derechos Reservados.

Este informe o cualquier parte del mismo no deberá reproducirse de ninguna forma sin el permiso por escrito de Miyamoto International, Inc.



RESUMEN EJECUTIVO Este documento presenta la aplicación del FEMA P-154, Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards: A Handbook, y el FEMA P-155, Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards: Supporting Documentation; para la filtración, selección y posterior análisis de vulnerabilidad sísmica y desarrollo de propuesta de reforzamiento, siguiendo la metodología descrita en el ASCE 41-17 (Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings), e implementación del análisis no lineal estático de plastificación progresiva (push-over), para una estructura indispensable, de un grupo de 21 estructuras filtradas y localizada en la ciudad de Pasto. Esto se desarrolla con el fin de establecer las ventajas de la metodología utilizada frente a lo presentado en el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10.

El edificio objeto de estudio en el presente informe es el edificio del Instituto Colombiano de Bienestar familiar (ICBF), la cual consiste en una estructura de 2 pisos, ubicada la carrera 3A con Calle 23 Esquina, en el Barrio Mercedario, de la ciudad de Pasto. La edificación fue construida cerca del año 1968 y tiene aproximadamente 798.77 m2. La estructura analizada cuenta con una junta de dilatación visibles, por lo cual se desarrollaron dos análisis; cabe resaltar que la sede del ICBF Pasto, cuenta con estructuras aledañas, las cuales no serán objeto de estudio ya que estas hacen parte de una etapa de ampliación a la cual fue sometida la sede. Las estructuras están conformadas por un sistema estructural conformado por pórticos en concreto resistentes a momento.

Es importante aclarar que los análisis estructurales no contarán con ensayos no destructivos (esclerometrías), ni ensayos destructivos (extracción de núcleos o regatas), debido a la situación actual presentada por la emergencia sanitaria a raíz del COVID-19, razón por la cual, los materiales serán considerados como se indica en el ASCE 41/17, y con la información recopilada de los estudios originales del proyecto, reconstruyendo un modelo de la edificación, con el fin de establecer las consideraciones y el comportamiento de la estructura analizada.



CONTENIDOS 1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 8

2 OBJETIVOS ............................................................................................................................. 9

2.1 Objetivo General ........................................................................................................................................................ 9

2.2 Objetivos Específicos .................................................................................................................................................. 9

3 MARCO DE REFERENCIA..................................................................................................10

3.1 Marco teórico ........................................................................................................................................................... 10

3.1.1 FEMA P-154 - Evaluación visual rápida de edificios para sismos potencialmente peligroso: Manual ................. 10

3.1.2 FEMA P-155 - Evaluación visual rápida de edificios para sismos potencialmente peligroso: Documentación de apoyo. 11

3.1.3 ASCE/SEI 41-17 - Evaluación sísmica y reforzamiento de estructuras existentes ................................................ 12

4 METODOLOGÍA ..................................................................................................................14

4.1 Descripción general de la estructura ........................................................................................................................ 14

4.2 Clasificación de estructuras potencialmente peligrosas con base a la metodología del FEMA P-154 ..................... 14

4.3 Distribución arquitectónica ...................................................................................................................................... 18

4.4 Características generales de la estructura ............................................................................................................... 19

4.5 Descripción del sistema estructural ......................................................................................................................... 19

4.6 Materiales y Parámetros de diseño ......................................................................................................................... 19

4.7 Parámetros de microzonificación sísmica ................................................................................................................ 19

4.8 Avaluó de cargas y espectro sísmico ........................................................................................................................ 20

4.9 Modelación computacional ...................................................................................................................................... 21

4.10 Análisis dinámico lineal ............................................................................................................................................ 23

5 DISEÑO POR DESEMPEÑO DE LA EDIFICACIÓN EXISTENTE BASADO EN LA METODOLOGÍA ASCE/SEI 41-17. ...........................................................................................25

5.1 Definición del caso de carga no lineal ...................................................................................................................... 25

5.2 Asignación rotulas plásticas ..................................................................................................................................... 25

5.3 Pushover y curva de capacidad en dirección X ........................................................................................................ 33

5.4 Pushover y curva de capacidad en dirección Y ......................................................................................................... 37

5.5 Análisis de vulnerabilidad ......................................................................................................................................... 41



6 ALTERNATIVA DE REFORZAMIENTO APLICANDO EL DISEÑO POR DESEMPEÑO DE LA EDIFICACIÓN BASADO EN LA METODOLOGÍA ASCE/SEI 41-17. 42

6.1 Modelación computacional reforzamiento .............................................................................................................. 42

6.2 Análisis dinámico lineal reforzamiento .................................................................................................................... 42

6.3 Asignación rotulas plásticas ..................................................................................................................................... 43

6.4 Pushover y curva de capacidad en dirección X ........................................................................................................ 46

6.5 Cumplimiento de los índices de vulnerabilidad ....................................................................................................... 49

7 PRESUPUESTO....................................................................................................................51

8 CONCLUSIONES ................................................................................................................53

9 REFERENCIAS .....................................................................................................................54



TABLAS Tabla 4.1. Resultados análisis dinámico lineal ........................................................................................................................... 24

Tabla 5.1. Calculo de las derivas ................................................................................................................................................ 41



FIGURAS Figura 3.1. Intersección de espectros de demanda y curvas de capacidad. Fuente: (FEMA P-155, 2015) ................................ 11

Figura 3.2. Ejemplo de curva de fragilidad para daño estructural, leve, moderado, extenso y completo ................................ 11

Figura 3.3. Curva de capacidad (fuerza – deformación). Fuente: (ASCE41-17, 2017) ............................................................... 12

Figura 3.4. Factor de modificación C0. Fuente: (ASCE41-17, 2017) ........................................................................................... 13

Figura 3.5. Factor de masa efectiva ........................................................................................................................................... 13

Figura 4.1. Localización de la edificación – EST. 2...................................................................................................................... 14

Figura 4.2 Clasificaciones obtenidas de las edificaciones valoradas.......................................................................................... 15

Figura 4.3 Comparación de las clasificaciones obtenidas .......................................................................................................... 15

Figura 4.4 Clasificación FEMA P-154 nivel 2 .............................................................................................................................. 16

Figura 4.5 Clasificación FEMA P-154 nivel 2 .............................................................................................................................. 17

Figura 4.6 Planos de levantamientos arquitectónicos, piso 1 y 2 .............................................................................................. 18

Figura 4.7. Vista en planta – Tercer piso. ................................................................................................................................... 18

Figura 4.8. Propiedades de materiales según (ASCE41-17, 2017) ............................................................................................. 19

Figura 4.9 Zona de respuesta sísmica ........................................................................................................................................ 20

Figura 4.10 Espectro de diseño .................................................................................................................................................. 20

Figura 4.11. Avaluó de cargas segundo piso .............................................................................................................................. 21

Figura 4.12 Modelo estructural 3D ............................................................................................................................................ 22

Figura 4.13 Alzado en 3D ........................................................................................................................................................... 22

Figura 4.14 Alzado columna ancha ............................................................................................................................................ 23

Figura 5.1.Concreto confinado y acero de refuerzo .................................................................................................................. 26

Figura 5.2. Longitud rotula plástica ........................................................................................................................................... 26

Figura 5.3 Reporte de análisis Xtract Vigas 25x40cm – MX_POS ............................................................................................... 27

Figura 5.4. Reporte de análisis Xtract Vigas 25x40cm – MX_NEG ............................................................................................. 28

Figura 5.5.Concreto confinado y acero de refuerzo .................................................................................................................. 29

Figura 5.6. Fuerza axial .............................................................................................................................................................. 29

Figura 5.7 Reporte de análisis Xtract columnas 30x30cm – PM ................................................................................................ 30

Figura 5.8. Reporte de análisis Xtract Vigas 25x40cm – MX_POS .............................................................................................. 31




Figura 5.10. Paso 1 ..................................................................................................................................................................... 33

Figura 5.11. Paso 4 ..................................................................................................................................................................... 33

Figura 5.12. Cálculo curva de capacidad .................................................................................................................................... 34


Figura 5.14 Curva de capacidad (Pushover) en dirección X de la estructura. ............................................................................ 36

Figura 5.15. Paso 2, Push Y ........................................................................................................................................................ 37

Figura 5.16. Paso 3, Push Y ........................................................................................................................................................ 37



Figura 5.19 Curva de capacidad (Pushover) en dirección Y de la estructura. ............................................................................ 40

Figura 5.20. Sobre esfuerzo en vigas ......................................................................................................................................... 41

Figura 6.1. Asignación de secciones, estructura reforzada, lado izquierdo vigas a reforzar de 25x40cm a 30x50cm .............. 42

Figura 6.2 Resultados análisis dinámico lineal reforzamiento ................................................................................................... 43

Figura 6.3 Reporte de análisis Xtract Vigas 25x40cm – MX_POS ............................................................................................... 44


Figura 6.5. Paso 2, Push X .......................................................................................................................................................... 46

Figura 6.6. Paso 3, Push X .......................................................................................................................................................... 46

Figura 6.7. Cálculo curva de capacidad ...................................................................................................................................... 47

Figura 6.8. Cálculo curva de capacidad ...................................................................................................................................... 48

Figura 6.9 Curva de capacidad (Pushover) en dirección X de la estructura reforzamiento ....................................................... 49

Figura 6.10 Calculo de las derivas reforzamiento ...................................................................................................................... 50

Figura 6.11 Alternativa de reforzamiento.................................................................................................................................. 50



1 INTRODUCCIÓN

Los eventos sísmicos pueden ser considerados como uno de los fenómenos naturales más peligrosos y devastadores en caso de su ocurrencia, estos eventos están ligados a la estabilidad estructural y así mismo al diseño estructural. El Reglamento Colombiano Sismo Resistente, NSR-10, establece de manera directa que toda estructura construida antes de la vigencia del actual código de diseño deberá ejecutar un análisis de vulnerabilidad sísmica y su respectivo reforzamiento estructural de ser necesario.

Posterior a la ocurrencia de un sismo es necesario garantizar la operatividad de las estructuras incluidas en el grupo de uso IV, definidas como Edificaciones Indispensables; dicho esto, se propone con es este trabajo, desarrollar el análisis de vulnerabilidad sísmica y su propuesta de reforzamiento para una edificación indispensable, implementando un análisis no lineal estático de plastificación progresiva “push-over” y aplicando la técnica FEMA-ASCE, para una de las 21 estructuras indispensables evaluadas y localizadas en el municipio de Pasto.

Para el desarrollo del trabajo se contará con la participación de un grupo de estudiantes de último semestre de Ingeniería Civil de la Universidad Mariana de Pasto, quienes en primera instancia diligenciarán los formularios RVS, propuestos por FEMA P-154, Rapid Visual Screening (RVS) of Buildings for Potential Seismic Hazards: A Handbook, los cuales serán compartidos y analizados tanto por los docentes vinculados con la investigación, como por los estudiantes de Maestría de la Universidad Nueva Granada.

Una vez se tienen los resultados anteriores se procede a realizar el análisis probabilístico, presentado en FEMA P-155, Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards: Supporting Documentation, con el propósito de obtener una segunda calificación y buscando que estas puedan llegar a ser lo más cercanas a realidad y al comportamiento estructural del edificio; cabe resaltar, que algunas investigaciones realizadas aseguran que los resultados obtenidos a partir del FEMA P-154 y FEMA P-155 pueden llegar a variar en un 20%, siendo generalmente más crítico el resultado, pero no se descarta del todo que en algunas ocasiones este pueda aumentar. (Vargas, Pujades, Barbat, & Hurtado, 2013).

Con la selección final de las estructuras que deberán ser analizadas por parte de la autoridad RVS, se seguirá la metodología presentada por el ASCE/SEI 41-17, Evaluación sísmica y reforzamiento de estructuras existentes, se desarrollará un análisis estático no lineal, conocido como “Push-over”, o de plastificación progresiva, el cual consiste en un método simplificado que permite evaluar de manera directa la respuesta no lineal de una estructura frente a fuertes movimientos del suelo generados por un evento sísmico; este diseño por desempeño utiliza un patrón de cargas laterales, que aumenta con cada iteración llevando a la estructura más allá del rango inelástico hasta una deformación máxima o colapso, obtenido finalmente la curva de fuerza-deformación, o curva de capacidad y definiendo de esta forma el mecanismo de colapso de la estructura y el índice de vulnerabilidad sísmica.

A manera de conclusión se presenta finalmente la propuesta de reforzamiento, desarrollado con la misma metodología utilizada en la etapa de vulnerabilidad sísmica y propuesta por el ASCE 41-17 (Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings), la propuesta de reforzamiento estructural deberá ser eficiente y viable, logrando un nivel de seguridad equivalente al de una edificación nueva, es decir, una vez intervenida la estructura debe contar con un índice de sobre esfuerzo y flexibilidad menor a la unidad. (NSR-10, 2010).



2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo General

Desarrollar el análisis de vulnerabilidad sísmica y propuesta de reforzamiento para la estructura del Instituto Colombiano de Bienestar Familiar – ICBF, localizada en el municipio de Pasto, implementando un análisis no lineal estático de plastificación progresiva “push-over” y aplicando la técnica FEMA-ASCE 41-17.

2.2 Objetivos Específicos

• Clasificar las estructuras potencialmente peligrosas con base a la puntuación obtenida a partir de la revisión visual rápida, nivel 1 y nivel 2, propuesta en el FEMA P-154.

• Desarrollar el análisis probabilístico propuesto en el FEMA P-154, para filtrar información recopilada. • Plantear una alternativa de reforzamiento estructural eficiente y viable de acuerdo al procedimiento indicados en

ASCE/SEI 41-17 (Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings). • Desarrollar el presupuesto de la propuesta de reforzamiento planteada (análisis no lineal) y comparar con el

presupuesto generado a partir del análisis no lineal.



3 MARCO DE REFERENCIA

3.1 Marco teórico

El riesgo sísmico de una edificación se define como la combinación de amenaza con vulnerabilidad; la amenaza está representada por el evento sísmico en sí, y la vulnerabilidad o exposición está ligada a las características propias de la edificación, las cuales la hacen más o menos susceptible a la amenaza; estos dos factores, amenaza y exposición, pueden calificarse como alta y baja, sus diferentes y posibles combinaciones dan como resultado la categorización del riesgo sísmico estructural, de los cuales se tiene: riesgo bajo, moderado y alto.

3.1.1 FEMA P-154 - Evaluación visual rápida de edificios para sismos potencialmente peligroso: Manual

La Agencia Federal Para El Manejo De Emergencias, FEMA, por sus siglas en inglés, proporciona la metodología mencionada anteriormente, con el propósito de evaluar la seguridad sísmica de un gran inventario de estructuras, reduciendo tiempo y costos y determinar finalmente aquellos que requieren una evaluación detallada; inicialmente, el FEMA 154 fue publicado en 1998 y su propósito era la revisión visual rápida de edificios para sismos potencialmente peligroso. La segunda actualización se desarrolló en el año 2002 y en la actualidad se cuenta con la vigencia de la tercera versión (años 2015), la base técnica de la metodología para el procedimiento de revisión visual rápida está documentada en el informe FEMA P-155.

El desarrollo del formulario de recolección de datos y/o revisión, está diseñado para ser diligenciado desde el exterior de la estructura, basado en observación visual del edificio y previa recopilación de información en una primera etapa ejecutada en oficina, la inspección por edificio puede tardar alrededor de 15 a 75 minutos, esto depende de la experiencia de evaluador, quien puede ser desde un estudiante de ingeniería o arquitectura hasta una persona afín a la construcción. Los formularios deben seleccionarse según la región en donde está localizada la estructura, existen 5 versiones de cada formulario, estas son para regiones de sismicidad baja, moderada, moderadamente alta, alta y muy alta.

Las calificaciones o puntuaciones pueden oscilar entre cero (0) y siete (7), en donde el puntaje más alto corresponde a un mejor desempeño sísmico y un menor potencial de colapso; las calificaciones se dividen en “3 etapas”, la primera son las puntuaciones básicas las cuales son registradas en el formulario Nivel 1, luego se presentan los modificadores de puntuación las cuales son registradas en el formulario Nivel 2, y la puntuación final la cual resulta de las dos primeras calificaciones registradas.

La puntuación final de una estructura, ajustada o no con los modificadores de puntuación obtenidos en el Nivel 2, indican la probabilidad de colapso o colapso parcial de la misma, este resultado no deberá tomarse como un indicador de ocupación después de la ocurrencia de un sismo. Si el resultado de la puntuación final es menor a 2, FEMA P-154 recomienda que la estructura debe ser evaluada por un profesional experto en diseño símico. Para estructuras que requieran evaluaciones más detalladas y el reforzamiento estructural se sugiere seguir el procedimiento indicado en el ASCE 41-13, Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings.

La matriz de puntuación, proporciona la puntuación básica y los modificadores de puntuación relacionados con las características o atributos de desempeño de la estructura; existen características estructurales en un edificio que pueden afectar positivamente su desempeño, lo cual aumentará la puntuación final, pero también existirán atributos constructivos negativos, como las irregularidades que afectan el rendimiento de la estructura y por ende disminuyen su puntuación.



3.1.2 FEMA P-155 - Evaluación visual rápida de edificios para sismos potencialmente peligroso: Documentación de apoyo.

La documentación de apoyo presentada en el FEMA P-155 describe el cálculo de la probabilidad de colapso usando la metodología HAZUS, la cual se reduce a tres pasos importantes:

• Cálculo de la respuesta máxima de la construcción para un conjunto dado de movimientos del suelo (MCE, Maximum Considered Earthquake).

• Cálculo de la probabilidad de daño total dada una respuesta máxima. • Cálculo de la probabilidad de colapso dada la probabilidad de daño.

Cálculo de la respuesta máxima: La metodología HAZUS es utilizada para identificar la intersección de las curvas de capacidad y espectros de diseño; en la Figura 3.1 se presentan dos curvas de capacidad para tres espectros de demanda, sismos considerados como débil, medio y fuerte. En la parte superior se indica el nivel de desplazamiento asociado al daño de la estructura, el cual puede ser leve, moderado, extensivo y completo. (FEMA P-155, 2015).

Figura 3.1. Intersección de espectros de demanda y curvas de capacidad. Fuente: (FEMA P-155, 2015)

Probabilidad de daño total: Las curvas de fragilidad HAZUS son funciones de probabilidad logarítmicas normales que indican la probabilidad de alcanzar o exceder estados de daño en los elementos, dada una estimación de la respuesta máxima de la estructura; las curvas de fragilidad tienen en cuenta la variación e incertidumbre asociada con los estados de daño y movimientos del suelo. (FEMA P-155, 2015). En la Figura 3.2, se puede visualizar de manera gráfica el ejemplo expuesto de las curvas de fragilidad HAZUS para los tipos daño que posiblemente pueden generarse: daño estructural, leve, moderado, extensivo y completo.

Figura 3.2. Ejemplo de curva de fragilidad para daño estructural, leve, moderado, extenso y completo



3.1.3 ASCE/SEI 41-17 - Evaluación sísmica y reforzamiento de estructuras existentes

Un análisis dinámico incremental permite calcular el daño global de una estructura para diferentes aceleraciones máximas del terreno, y representar este resultado por medio de curvas de daño; puede resultar interesante el desarrollo de un método más sencillo que utilice el análisis estático no lineal incremental (pushover analysis) para evaluar la vulnerabilidad sísmica y el riesgo de los edificios, y el cual permita obtener resultados similares a los obtenidos usando el análisis dinámico incremental. Haciendo referencia a los métodos basados en la capacidad y la demanda. (Barbat, Vargas, Pujades, & Hurtado, 2014).

Figura 3.3. Curva de capacidad (fuerza – deformación). Fuente: (ASCE41-17, 2017)

Curva idealizada Fuerza – Desplazamiento: El primer segmento de línea de la gráfica idealizada de fuerza-desplazamiento, debe comenzar en el origen y tener una pendiente igual a la rigidez lateral efectiva, Ke. La rigidez lateral efectiva, Ke, se tomará como la rigidez secante calculando un cortante basal igual al 60% del límite elástico efectivo de la estructura. (ASCE41-17, 2017).

Determinación del periodo: El periodo fundamental en la dirección considerada se basará en la curva fuerza – desplazamiento y se calculará como se indica a continuación:

𝑇𝑇𝑒𝑒 = 𝑇𝑇𝑖𝑖�𝐾𝐾𝑖𝑖𝐾𝐾𝑒𝑒

Ti = Periodo fundamental elástico (en segundos) en la dirección en estudio.

Ki = Rigidez lateral elástica del edificio en la dirección en consideración.

Ke = Rigidez lateral efectiva del edificio en la dirección bajo consideración.

Determinación de fuerza, desplazamientos y deformaciones para NSP: el desplazamiento objetivo, δ:

𝛿𝛿𝑡𝑡 = 𝐶𝐶0𝐶𝐶1𝐶𝐶2𝑆𝑆𝑎𝑎𝑇𝑇𝑒𝑒2

4𝜋𝜋2𝑔𝑔

Sa = aceleración espectral correspondiente en la dirección bajo consideración.

g = Aceleración de la gravedad

C0 = Factor de modificación para relacionar el desplazamiento espectral de un sistema equivalente de un grado de libertad, con los desplazamientos en la cubierta de la estructura con múltiples grados de libertad (ver Figura 3.4).



Figura 3.4. Factor de modificación C0. Fuente: (ASCE41-17, 2017)

C1 = Corresponde al factor de modificación que relaciona los máximos desplazamientos inelásticos esperados, con los calculados para una respuesta lineal elástica.

𝐶𝐶1 = 1 +𝜇𝜇𝑠𝑠𝑡𝑡𝑠𝑠𝑒𝑒𝑠𝑠𝑠𝑠𝑡𝑡ℎ − 1

𝑎𝑎𝑇𝑇𝑒𝑒2

C2 = Factor de modificación para representar el efecto de reducción de forma en la curva de histéresis, degradación cíclica de la rigidez y deterioro de la resistencia en el desplazamiento máximo.

𝐶𝐶2 = 1 +1

800�𝜇𝜇𝑠𝑠𝑡𝑡𝑠𝑠𝑒𝑒𝑠𝑠𝑠𝑠𝑡𝑡ℎ − 1

𝑇𝑇𝑒𝑒�2

μstrength = Relación entre la demanda elástica de resistencia y el límite elástico.

𝜇𝜇𝑠𝑠𝑡𝑡𝑠𝑠𝑒𝑒𝑠𝑠𝑠𝑠𝑡𝑡ℎ =𝑆𝑆𝑎𝑎

𝑉𝑉𝑦𝑦 𝑊𝑊⁄𝐶𝐶𝑚𝑚

Vy = Límite elástico del edificio en la dirección bajo consideración.

W = Peso sísmico efectivo, considerando toda la carga permanente y un porcentaje de la carga variable.

Cm = Factor de masa efectiva, ver Figura 3.5.

Figura 3.5. Factor de masa efectiva



4 METODOLOGÍA

Es importante a aclarar que los análisis estructurales no contarán con ensayos no destructivos (esclerometrías), ni ensayos destructivos (extracción de núcleos o regatas), debido a la situación actual presentada por la emergencia sanitaria a raíz del COVID-19, razón por la cual, los materiales serán considerados como se indica en el ASCE 41/17.

4.1 Descripción general de la estructura

La edificación fue diseñada en el año 1969 y consiste en un sistema de pórticos de concreto reforzado, la edificación posee 2 pisos por encima del nivel de cimentación, el primero con 3.00 m de altura y el segundo con 2.50 m de altura. Los materiales usados en la edificación son: Concreto de 21 MPa y acero de refuerzo grado 60, estos valores fueron tomados según lo indicado en la tabla 4.2 del en el ASCE-41-17, (ver Figura 4.8), la cual estipula las propiedades del material según su época de construcción.

El edificio está conformado en su uso principal de oficinas, la edificación no tiene registro de daños estructurales y en 2013 tuvo una reforma arquitectónica, en esta reforma se renovaron las instalaciones, pero no se modificó los elementos estructurales. La edificación posee una capacidad moderada de disipación de energía e irregularidad en planta por retrocesos excesivos en las esquinas.

Figura 4.1. Localización de la edificación – EST. 2.

4.2 Clasificación de estructuras potencialmente peligrosas con base a la metodología del FEMA P-154

Los estudiantes de pregrado de último semestre de Ingeniería Civil de la Universidad Mariana de Pasto diligenciaron los formularios RVS, propuestos por FEMA P-154, para el diagnóstico de 21 edificaciones del grupo de uso III y IV en la ciudad de Pasto, los cuales fueron compartidos y analizados tanto por los docentes vinculados con la investigación, como por los estudiantes de Maestría de la Universidad Nueva Granada.



Figura 4.2 Clasificaciones obtenidas de las edificaciones valoradas

Con base a la figura anterior se realizar una comparación de las clasificaciones obtenidas por medio del nivel 2 valorados según la metodología aplicada, como se muestra a continuación en la Figura 4.3

Figura 4.3 Comparación de las clasificaciones obtenidas

La estructura objeto de análisis cuenta con una de las menores clasificaciones obtenidas, clasificándola como una de las más vulnerables. A continuación, se presentan la evaluación de la edificación según los parámetros del FEMA P-154:

EDIFICACIÓN SL1 SL21 Coliseo Normal 3.9 1.62 Bomberos Éxito 2.9 3.43 Colegio Ciudadela A 2.8 2.84 Coliseo Suroriental 2.5 0.85 ICBF 1.4 0.56 Coliseo San José 1.3 0.77 Est. Salud Tamasagra 1.2 0.38 Colegio Ciudadela B 1 1.39 Est Salud Primero de mayo 1 1.5

10 Liceo Udenar 0.9 1.6

11VIPRI Centro de idiomas Udenar

0.9 0.9

12 Colegio Libertad A 0.6 0.313 Colegio Libertad B 0.6 0.314 Coliseo Udenar 0.6 0.515 Bomberos Surorientales 0.5 0.316 Est. Salud El rosario 0.5 0.517 Udenar Centro 0.5 0.318 Colegio ITSIM 0.4 0.319 CCP 0.3 0.620 Est Salud Pandiaco 0.3 121 Gobernación de Nariño 0.3 0.9

3.4

2.8

1.6

1.6

1.5

1.3

1

0.9

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.5

0.5

0.3

0.3

0.3

0.3

0.3

0.3

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

BOMBEROS ÉXITO

COLEGIO CIUDADELA A

COLISEO NORMAL

LICEO UDENAR

EST SALUD PRIMERO DE MAYO

COLEGIO CIUDADELA B

EST SALUD PANDIACO

VIPRI CENTRO DE IDIOMAS UDENAR

GOBERNACIÓN DE NARIÑO

COLISEO SURORIENTAL

COLISEO SAN JOSÉ

CCP

ICBF

COLISEO UDENAR

EST. SALUD EL ROSARIO

EST. SALUD TAMASAGRA

COLEGIO LIBERTAD A

COLEGIO LIBERTAD B

BOMBEROS SURORIENTALES

UDENAR CENTRO

COLEGIO ITSIM

SL1

EDIF

ICAC

ION

ES

BUILDING SCORE LEVEL-2



Figura 4.4 Clasificación FEMA P-154 nivel 2



Figura 4.5 Clasificación FEMA P-154 nivel 2



4.3 Distribución arquitectónica

De la información recopilada en campo se obtuvo la siguiente distribución de la estructura:

Figura 4.6 Planos de levantamientos arquitectónicos, piso 1 y 2

Figura 4.7. Vista en planta – Tercer piso.



4.4 Características generales de la estructura

La edificación en estudio presenta las siguientes características generales:

• Grupo de uso: III Institucional. • Número de placas aéreas: 2. • Altura máxima: 5.50 m • Materiales típicos: Concreto reforzado • Zona de amenaza sísmica alta

4.5 Descripción del sistema estructural

Para clasificarse dentro del Sistema Estructural de Pórticos en concreto (A.3.2.1.2 NSR-10), se requiere que: “la estructura tenga un pórtico espacial resistente a momentos, esencialmente completo, sin diagonales, que resiste todas las cargas verticales y fuerzas horizontales”.

Como se puede evidenciar en la información recopilada en campo, la estructura cuenta con un sistema de pórticos resistentes a momento distribuidos a lo largo de toda la estructura en los dos sentidos. Estos pórticos van desde el nivel de cimentación hasta la cubierta.

4.6 Materiales y Parámetros de diseño

Los materiales de la edificación se consideraron a partir de lo especificados en normas como el ASCE 41-117, ya que debido a la contingencia presentada por el Covid 19 no fue posible realizar ningún tipo de ensayo destructivo a los materiales para poder comprobar la calidad de estos, dicho lo anterior se tuvo en cuenta lo siguiente para el análisis de la estructura:

• Año de construcción estimada 1968 • f´c = 3kip/in2 =, 20.6MPa para vigas, placas y columnas • grupo de uso: III • Coeficiente de importancia = 1.25 • Perfil de suelo tipo D

Figura 4.8. Propiedades de materiales según (ASCE41-17, 2017)

4.7 Parámetros de microzonificación sísmica

A partir del estudio de microzonificación de respuesta sísmica de Pasto (Servicio Geológico Colombiano, 2020), se identificó que la sede de ICBF se encuentra en la zona 4B, la cual corresponde a Firmes Morasurco. Figura 4.9.



Figura 4.9 Zona de respuesta sísmica

Los coeficientes extraídos de la microzonificación utilizados para el análisis se muestran resumidos a continuación:

• Fa = 1.43 • Fv = 2.21 • TL = 5.30 s • Tc = 0.74 s • Aa =0.25 g • Av = 0.25 g

A continuación, se presenta en la Figura 4.10 el espectro de diseño calculado, según los requisitos de la NSR-10, se aclara que se trabajó con el sismo de diseño:

Figura 4.10 Espectro de diseño

4.8 Avaluó de cargas y espectro sísmico

Para definir la carga muerta se identificaron las dimensiones de los elementos de la estructura con los planos arquitectónicos y con ayuda del registro fotográfico tomado durante la visita a la edificación, las cargas para los elementos no estructurales se obtuvieron del producto del peso unitario del material y de las dimensiones de cada elemento. Las cargas asignadas para cada elemento que se consideró se obtuvieron del Título B de la NSR-10.

0.0

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Sa/R

T (s)

Espectro elástico de aceleraciones de Diseño como fracción de g reducido por R



AVALUO DE CARGAS

1. CUBIERTA LIVIANA Teja Eternit 0.20 kN/m² Acabados e iluminación 0.15 kN/m² Correas metálicas 0.10 kN/m² CM 0.45 kN/m² Para cubiertas inclinadas más de 15° CV 0.30 kN/m² Para cubiertas inclinadas con 15° o menos CV 0.50 kN/m²

GRANIZO 1.00 kN/m²

2. PLACA MACIZA DE ENTREPISO

ALTURA DE PLACA 40 cm TORTA SUPERIOR 5 cm TORTA INFERIOR 3 cm Tortas 0.08x24 1.92 kN/m² Viguetas 0.12x0.32x24/1 0.92 kN/m² Casetón 0.35 kN/m² Muros divisorios 2.50 kN/m² Acabados 22x0.05 1.50 kN/m² CM 7.19 kN/m² CV 2.00 kN/m²

Figura 4.11. Avaluó de cargas segundo piso

4.9 Modelación computacional

Para realizar el modelo tridimensional se optó por utilizar el software de diseño ETABS V.16.2.1 el cual fue desarrollado por Computers and Structures Inc. Se tuvieron en cuenta los siguientes parámetros:

• Definición de materiales: Concreto d f’c =21MPa. • Definición de vigas y columnas • Se asignó un diafragma rígido a la estructura debido a las características de la edificación. • Los pesos propios de elementos son considerados directamente por el programa, las cargas de las placas, los

muros divisorios, acabados y otros elementos adicionales son agregados directamente y llevados a los elementos como carga distribuida.

• A continuación, en las figuras 30 a la 33 se presenta el modelo estructural realizado:



Figura 4.12 Modelo estructural 3D

Figura 4.13 Alzado en 3D



Figura 4.14 Alzado columna ancha

4.10 Análisis dinámico lineal

Las fuerzas sísmicas se calcularon por el método de análisis dinámico espectral como se establece en el Capítulo A.5 de la NSR-10. Una vez ejecutado el modelo computacional se pudo establecer el periodo fundamental de la estructura; la participación de masa deberá ser mayor al 90% en las dos direcciones de la estructura.

Cabe aclarar que, para poder desarrollar el análisis no lineal de la edificación, es necesario realizar el análisis dinámico y conocer los modos de vibración de la estructura en los dos sentidos. En la Tabla 4.1 se muestran los resultados obtenidos del análisis dinámico lineal, una vez identificados los modos principales y su dirección, se asignan dos casos de carga, los cuales corresponden al comportamiento de la estructura, es decir, un caso de carga en el sentido X ligado al modo 1 y otro caso en el sentido Y, ligado al modo 2.



Tabla 4.1. Resultados análisis dinámico lineal

MODE NUMBER

Mode

Period

TRASLATION ROTATION

% MASS UX

% MASS UY

% MASS UZ

<% SUM>

SumUX

<% SUM> SumUY

<% SUM> SumUZ

% MASS RX

% MASS RY

% MASS RZ

<% SUM> SumRX

<% SUM> SumRY

<% SUM> SumRZ

1 0.481 0.950 0.013 0.00 0.95 0.01 0.00 0.00 0.06 0.00 0.00 0.06 0.00

2 0.417 0.011 0.526 0.00 0.96 0.54 0.00 0.04 0.00 0.43 0.04 0.06 0.43

3 0.381 0.003 0.418 0.00 0.96 0.96 0.00 0.03 0.00 0.53 0.07 0.06 0.96

4 0.163 0.036 0.001 0.00 1.00 0.96 0.00 0.01 0.93 0.00 0.08 0.99 0.96

5 0.138 0.000 0.004 0.00 1.00 0.96 0.00 0.12 0.00 0.03 0.20 0.99 0.99

6 0.135 0.001 0.089 0.00 1.00 1.00 0.00 0.80 0.01 0.01 1.00 1.00 1.00



5 DISEÑO POR DESEMPEÑO DE LA EDIFICACIÓN EXISTENTE BASADO EN LA METODOLOGÍA ASCE/SEI 41-17.

Se realizará el diseño por desempeño de la edificación existente basado en la metodología ASCE/SEI 41-17 (Seismic evaluation and retrofit of existing buildings, 2018), enfocado en utilizar el método de los coeficientes, el cual es un análisis estadístico de los resultados de análisis tiempo-historia realizados en modelos de un grado de libertad de distintas tipologías. La demanda de desplazamiento calculada mediante el método de los coeficientes es llamada el desplazamiento objetivo o target displacement.

El análisis estático no lineal (push-over) se basa en la aplicación de un patrón de cargas laterales que se van incrementando hasta alcanzar un desplazamiento objetivo, referido típicamente al nivel superior de la estructura. Para realizar el análisis estático no lineal se debe seguir el siguiente procedimiento:

• Se debe define un primer caso no lineal asociado a la carga gravitacional incluyendo la acción permanente y variable.

• Se define un punto control ubicado por lo general en el nivel superior de la edificación, donde se va a monitorear el desplazamiento en función al incremento de la fuerza cortante.

• Se aplican las rótulas plásticas en los elementos estructurales, tal y como se definen en las tablas del ASCE/SEI 41-17 (Seismic evaluation and retrofit of existing buildings, 2018), en atención al tipo de falla de cada elemento.

• Se obtiene el patrón de rótulas plásticas y la curva de capacidad (desplazamiento en el techo vs corte en la base). • Teniendo en cuenta la curva de capacidad se definirá la vulnerabilidad de la edificación, en términos del objetivo

de desempeño y el cumplimiento de los requisitos de diseño sismo resistentes.

5.1 Definición del caso de carga no lineal

De acuerdo con lo indicado en el ASCE/SEI 14-17, se define el caso de carga no lineal, donde se toma un porcentaje equivalente al 25% de la carga viva y un porcentaje del 100% de la carga muerta.

Posteriormente, se define un punto de control de acuerdo con los modos principales obtenidos del análisis dinámico lineal. El punto de control a evaluar se toma indiferentemente en la cubierta.

5.2 Asignación rotulas plásticas

De acuerdo con lo indicado en el ASCE/SEI 14-17, se definieron las rotulas plásticas de las vigas y columnas con ayuda del software Xtract, tal como se muestra en las siguientes figuras, para las vigas de 25x40 se tiene:



Figura 5.1.Concreto confinado y acero de refuerzo

Figura 5.2. Longitud rotula plástica



Figura 5.3 Reporte de análisis Xtract Vigas 25x40cm – MX_POS



Figura 5.4. Reporte de análisis Xtract Vigas 25x40cm – MX_NEG

Columnas de 30x30cm:



Figura 5.5.Concreto confinado y acero de refuerzo

Figura 5.6. Fuerza axial



Figura 5.7 Reporte de análisis Xtract columnas 30x30cm – PM



Figura 5.8. Reporte de análisis Xtract Vigas 25x40cm – MX_POS



5.3 Pushover y curva de capacidad en dirección X

Después de asignadas las rotulas plásticas, se pone en marcha el análisis no lineal en dirección X y se determina el desplazamiento objetivo siguiendo los parámetros del ASCE/SEI 41-17 como se muestra a continuación:

Figura 5.10. Paso 1

Figura 5.11. Paso 4



Figura 5.12. Cálculo curva de capacidad

Datos análisis de pushover en la dirección X

Sa = 1.12g (Aceleracion espectral)Vy = 701.85 Ton (cortante efectivo de fluencia)Vi = 432.45 Ton (cortante en el rango lineal))W = 5291 Ton (masa de la estructura)δy = 0.02100m (desplazamiento efectivo de fluencia)δi = 0.01200m (desplazamiento en el rango lineal)Tc = 0.74 s (Periodo corto del espectro)

7.4.3.3.2 Target Displacement

General For buildings with rigid diaphragms at each floor level, the target displacement, Ii" shaIl be calculated in accordance with Eq. 7-28 or by an calculated approved procedure tbat accounts for the nonlinear response of the building.

Periodo efectivo:

Periodo fundamental elástico: Ti = 0.26 sRigidez elástica: Ki = 36038 Ton/mRigidez efectiva: Ke = 33421 Ton/m

Te = 0.27 s

Coeficientes para el cálculo del target displacement:

Co = modification factor to relate spectral displacement of an equivalent single-degree of freedom (SDOF)system to the roof displacement of the building.

Co = 1.2

PUSH-OVER ASCE 41-17




C1 = modification factor to relate expected maximum inelastic displacements to displacements calculatedfor linear elastic response. For periods less than 0.2 sec, C1, need not be taken greater than the value at T = 0.2 sec. For periods greater than 1.0 sec, C1, = 1.0.

Factor de masa efectiva: Cm = 1Factor de clase de sitio: a = 90

Relación de demanda elastica con la de fluencia: µstregth = 8.42C1 = 2.12

C2, = modification factor to represent the effect of pinched hysteresis shape, cyclic stiffness degradation,and strength deterioration on maximum displacement response. For periods greater than 0.7 sec, C2, =1.0;

C2 = 1.93

Target Displacement:

δ t = 0.10m

El análisis debe llevarse por lo menos hasta el 150% del target displacement. (C7.4.3.2.1 - ASCE 41-13)

1.5 δ t = 0.15m



A continuación, en la figura 42 se muestran la curva de Pushover obtenida del programa. Esta curva representa los desplazamientos de la cubierta en función del cortante sísmico en la base; la línea segmentada muestra el comportamiento de la estructura de forma proporcional a los desplazamientos aplicados. Los cambios en la trayectoria de la curva muestran como a medida que se generaban mecanismos y las rotulas se descargaban, el programa iniciaba de nuevo el análisis considerando la rigidez secante. La línea continua representa la forma idealizada de la curva utilizando el método de áreas iguales y la línea segmentada vertical representa el desplazamiento objetivo calculado.

Figura 5.14 Curva de capacidad (Pushover) en dirección X de la estructura.

Posteriormente se evalúa el nivel de comportamiento en atención a los criterios establecidos por el ASCE/SEI 41-17, explicado en el capítulo 3 del presente informe, en donde en la figura 43 se muestra el comportamiento de falla de la edificación, en donde cuando se llega al desplazamiento objetivo no se produce daño en la estructura, el daño se empieza producir cuando el desplazamiento es de aproximadamente 23 cm donde se puede concluir que la edificación en dirección X se encuentra en un rango de seguridad de vida. La ductilidad del sistema es de 1,27 el cual es un mayor al planteado por la NSR-10 el cual es de 1.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25Corn

tant

e en

la b

ase

(Ton

)

Desplazamiento en cubierta (m)

Pushover X - FINAL DEL ANALISIS

IO

LS

CP

Targetdp1.5 dp



5.4 Pushover y curva de capacidad en dirección Y

Después de asignadas las rotulas plásticas, se pone en marcha el análisis no lineal en dirección Y y se determina el desplazamiento objetivo siguiendo los parámetros del ASCE/SEI 41-17 como se muestra a continuación:

Figura 5.15. Paso 2, Push Y

Figura 5.16. Paso 3, Push Y




Datos análisis de pushover en la dirección YY




Periodo efectivo:


Te = 0.27 s



Co = 1.2









C2 = 3.42


δ t = 0.23m


1.5 δ t = 0.34m



A continuación, en la figura 44 se muestran la curva de Pushover obtenida del programa. Esta curva representa los desplazamientos de la cubierta en función del cortante sísmico en la base; la línea segmentada muestra el comportamiento de la estructura de forma proporcional a los desplazamientos aplicados. Los cambios en la trayectoria de la curva muestran como a medida que se generaban mecanismos y las rotulas se descargaban, el programa iniciaba de nuevo el análisis considerando la rigidez secante. La línea continua representa la forma idealizada de la curva utilizando el método de áreas iguales y la línea segmentada vertical representa el desplazamiento objetivo calculado.

Figura 5.19 Curva de capacidad (Pushover) en dirección Y de la estructura.

Posteriormente se evalúa el nivel de comportamiento en atención a los criterios establecidos por el ASCE/SEI 41-17, explicado en el capítulo 3 del presente informe, en donde en la figura 45 se muestra el comportamiento de falla de la edificación, en donde cuando se llega al desplazamiento objetivo no se produce daño en la estructura, el daño se empieza producir cuando el desplazamiento es de aproximadamente 23 cm donde se puede concluir que la edificación en dirección Y se encuentra en un rango de seguridad de vida. La ductilidad del sistema es de 1.32 el cual es un mayor al planteado por la NSR-10 el cual es de 1.



5.5 Análisis de vulnerabilidad

Después de realizado el análisis estático no lineal, se determina el índice de flexibilidad y el de sobreesfuerzo de los elementos. En el anexo 1 del presente informe se presentan los resultados de los índices de sobreesfuerzo de la edificación para los elementos en concreto reforzado; en cuanto al índice de flexibilidad se tiene el cálculo de la deriva en dirección X y Y como se muestra en la Tabla 5.1.

Tabla 5.1. Calculo de las derivas

Como se puede observar las derivas no superan las permitidas son del 1.0%, presentando un índice de flexibilidad de 0.97, lo que indica, que por desplazamiento no es necesario plantear un reforzamiento a la edificación; pero deberá hacerse ya que los esfuerzos actuantes son superiores a los resistentes, es decir a su capacidad, tal como se indica a continuación

Figura 5.20. Sobre esfuerzo en vigas

PUSHOVER SENTIDO X DERIVAS EN EL TARGET DISPLACEMENTAlt. piso δ x δ y ∆α ∆ρ %

(m) (m) (cm) (cm)

CUBIERTA 2.50 0.0520 0.0037 2.41 2.50 OK 0.97PISO2 3.00 0.0280 0.0012 2.80 3.00 OK 0.93

PUSHOVER SENTIDO Y DERIVAS EN EL TARGET DISPLACEMENTAlt. piso δ x δ y ∆α ∆ρ %

(m) (m) (cm) (cm)




6 ALTERNATIVA DE REFORZAMIENTO APLICANDO EL DISEÑO POR DESEMPEÑO DE LA EDIFICACIÓN BASADO EN LA METODOLOGÍA ASCE/SEI 41-17.

Una vez conocida la curva de capacidad de la edificación y su vulnerabilidad, se procederá a estudiar la mejor alternativa de reforzamiento y de esta manera dar cumplimiento al objetivo de desplazamiento. Para ello, se realizarán diferentes modelaciones estructurales basado en el análisis estático no lineal, donde se analizará la alternativa de reforzamiento de recalce de elementos estructurales, con el propósito de rigidizar de la estructura y entre otras cumplir con el objeto de desempeño planteado.

6.1 Modelación computacional reforzamiento

Para modelar la alternativa de reforzamiento, se amplió la sección de algunas vigas pasando de una sección de 25x40 a 30x50cm.

Figura 6.1. Asignación de secciones, estructura reforzada, lado izquierdo vigas a reforzar de 25x40cm a 30x50cm

6.2 Análisis dinámico lineal reforzamiento

De igual manera como se realizó el diseño de la edificación sin reforzar se debe realizar el análisis dinámico lineal con la alternativa de reforzamiento. En la figura 50 se muestran los resultados obtenidos del análisis dinámico lineal:



Figura 6.2 Resultados análisis dinámico lineal reforzamiento

6.3 Asignación rotulas plásticas

Con el análisis dinámico lineal realizado, se continuo con el mismo procedimiento del análisis no lineal y se definieron los casos de carga no lineal y los puntos de control en cada modo principal de la edificación. Posteriormente y de acuerdo con lo indicado en el ASCE/SEI 14-17, se definieron las rotulas plásticas usando el software Xtract, como se indica a continuación:

MODE TRASLATION ROTATIONNUMBER % MASS % MASS % MASS < % SUM> < % SUM> < % SUM> % MASS % MASS % MASS < % SUM> < % SUM> < % SUM>

Mode Period UX UY UZ SumUX SumUY SumUZ RX RY RZ SumRX SumRY SumRZ1 0.487 0.961 0.013 0.00 0.96 0.01 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.04 0.002 0.421 0.012 0.460 0.00 0.97 0.47 0.00 0.02 0.00 0.51 0.02 0.04 0.513 0.379 0.003 0.500 0.00 0.98 0.97 0.00 0.02 0.00 0.47 0.04 0.04 0.974 0.167 0.024 0.000 0.00 1.00 0.97 0.00 0.01 0.95 0.00 0.06 0.99 0.975 0.142 0.000 0.002 0.00 1.00 0.97 0.00 0.12 0.00 0.02 0.17 0.99 1.006 0.136 0.000 0.025 0.00 1.00 1.00 0.00 0.83 0.01 0.00 1.00 1.00 1.00



Figura 6.3 Reporte de análisis Xtract Vigas 25x40cm – MX_POS



Una vez creadas las rotulas plásticas se asignan a los elementos tal como se presenta a continuación:

6.4 Pushover y curva de capacidad en dirección X

Después de asignadas las rotulas plásticas, se pone en marcha el análisis no lineal en dirección X y se determina el desplazamiento objetivo siguiendo los parámetros del ASCE/SEI 41-17 como se muestra a continuación:

Figura 6.5. Paso 2, Push X

Figura 6.6. Paso 3, Push X




Datos análisis de pushover en la dirección X




Periodo efectivo:


Te = 0.28 s



Co = 1.2









C2 = 1.42


δ t = 0.06m


1.5 δ t = 0.10m



A continuación, en la Figura 6.9 se muestran la curva de Pushover del reforzamiento obtenida del programa.

Figura 6.9 Curva de capacidad (Pushover) en dirección X de la estructura reforzamiento

Posteriormente se evalúa el nivel de comportamiento en atención a los criterios establecidos por el ASCE/SEI 41-17, en donde se muestra el comportamiento de falla de la edificación reforzada, en donde cuando se llega al desplazamiento objetivo no se produce daño en la estructura. La edificación puede llegar hasta un desplazamiento de aproximadamente 35 cm para que colapse totalmente la construcción con el sistema de reforzamiento.

De acuerdo con lo anterior la edificación reforzada se encuentra en un rango de seguridad de vida. La ductilidad del sistema es de 4.93 el cual es un mayor al planteado por la NSR-10 el cual es de 2,5.

6.5 Cumplimiento de los índices de vulnerabilidad

Después de realizado el análisis estático no lineal de la estructura reforzada, se determina el índice de flexibilidad y el de sobreesfuerzo de los elementos con el caso de carga no lineal.

Calculo de ductilidad por desplazamientos

Δm = 0.08mΔy = 0.0201mVy = Ve =

μ = 4.05

R = 4.05

Calculo de ductilidad por cortantes

R = 4.93

111.63 kN550.29 kN

𝑅 = 𝜇𝜇



Figura 6.10 Calculo de las derivas reforzamiento

Como se puede observar las derivas no superan las derivas permitidas por la normativa, en atención que este documento indica que después de realizado el reforzamiento la deriva máxima permitida es del 1% indicando así un índice de flexibilidad de 0.80 menor que la unidad indicando que el sistema planteado de reforzamiento cumple con los requisitos normativos.

Por capacidad, los elementos de concreto, específicamente las vigas, son encamisadas para dar cumplimiento a por capacidad, ya que algunos de estos elementos contaban con un porcentaje de uso mayor al de su capacidad total; a continuación, se presenta de manera gráfica el diseño de elementos y en el anexo se presenta el diseño completo de estos elementos.

Figura 6.11 Alternativa de reforzamiento

PUSHOVER SENTIDO X DERIVAS EN EL TARGET DISPLACEMENTAlt. piso δ x δ y ∆α ∆ρ %

(m) (m) (cm) (cm)


PUSHOVER SENTIDO Y DERIVAS EN EL TARGET DISPLACEMENTAlt. piso δ x δ y ∆α ∆ρ %

(m) (m) (cm) (cm)




7 PRESUPUESTO

ITEM DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD VR. UNITARIO VR. TOTAL 1 PRELIMINARES :(Inc. Localización,Replanteo manual,Demoliciones y Desmontes) $ 8,146,115

1.1 OBRAS PRELIMINARES $ 6,788,363

ITEM: 1.1.1

Replanteo y localización para arquitectura, sobre terreno M2 239.63 $ 9,882 $ 2,368,034

ITEM: 1.1.2

Localización y Replanteo Urbanismo (Medido como el área objeto de construcción) M2 958.52 $ 4,612 $ 4,420,329

1.2 Varios Preliminares previos para reforzamiento $ 1,131,930 ITEM: 1.2.1 Instalación Eléctrica Provisional (35 mts de 3/4) GL 1 $ 568,676 568675.5

ITEM: 1.2.2 Instalación Hidráulica Provisional (5 mts de 3/4) GL 1 $ 338,196 338196

ITEM: 1.2.3 Instalación Provisional de red Telefónica GL 1 $ 225,059 225058.5

1.3 Varios Preliminares para reforzamiento $ 225,822 ITEM: 1.3.1 Demolición de vigas y columnas ( Incluye retiro) M3 0.52 $ 306,968 $ 159,623

ITEM: 1.3.2

Desmonte de Construcción existente Manual. (Inc. Desmonte y retiro de material hasta 6 Km). M3 0.52 $ 127,307 $ 66,199

ITEM: 1.3.3

Demolición de cimientos enterrados, manual. (incluye demolición de vigas, columnas, placas con retiro de material hasta 6 km)

M3 0.00 $ 441,150 $ -

2 EXCAVACIÓN Y RELLENOS $ - 2.1 EXCAVACIÓN DE TIERRA $ -

ITEM: 2.1.1

Relleno en material seleccionado de la excavación compactado M3 0.00 $ 36,553 0

ITEM: 2.1.2

Recebo Común (Compactado al 95%) Incluye suministro instalación y compactación. M3 0.00 $ 112,475 0

3 CIMENTACIÓN $ - 3.1 EXCAVACIÓN DE TIERRA $ -

ITEM: 3.1.1

Base concreto pobre de limpieza 2000 PSI . E=0.05 m M2 0 $ 49,232 $ -

ITEM: 3.1.2

Zapata en concreto para Cimentación de resistencia 3000 Psi M3 0 $ 1,246,632 $ -

4 ESTRUCTURAS $ 26,804,455 4.1 ESTRUCTURA DE CONCRETO $ 26,804,455

ITEM: 4.1.1

Concreto 3000 PSI Columnas a la vista-Pantalla (INCL Formulación, andamios, suministros e instalaciones concreto)

M3 14.31 $ 1,070,796 $ 15,326,303

ITEM: 4.1.2 Placa de Concreto Aligerada Casetón de 0,45cm M2 31.418 $ 365,337 $ 11,478,152



ITEM DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD VR. UNITARIO VR. TOTAL 5 ANCLAJES $ 2,768,707

5.1 ESTRUCTURA DE CONCRETO $ 2,013,228

ITEM: 5.1.1

Anclajes de 3/8" con longitud de anclaje de 15cm y longitud total 150cm (incluye. Perforaciones , anclajes y epoxico).

UN 18 $ 39,741 $ 715,338

ITEM: 5.1.2

Anclajes de 5/8" con longitud de anclaje de 35cm y longitud total 150cm (incluye. Perforaciones , anclajes y epoxico).

UN 18 $ 72,105 $ 1,297,890

5.2 ACERO DE REFUERZO ESTRUCTURA $ 755,479 ITEM: 5.2.1 Acero de Refuerzo Zapatas KG 111.74 $ 6,761 $ 755,479

ITEM: 5.2.2 Malla Electro soldada UN 0 $ 22,648 $ -

ITEM: 5.2.3 Acero de Refuerzo Columnas KG 0.00 $ 6,761 $ -

ITEM: 5.2.4 Acero de Refuerzo Vigas-Viguetas entrepiso KG 0.00 $ 6,761 $ -

6 PAÑETES :(Bajo Placa, Muros divisorios y Fachada) $ 103,327 ITEM: 6.1.1 Pañete liso, Incluye filos y dilataciones M2 2.60 $ 39,741 $ 103,327

SUB TOTAL COSTO DIRECTO $ 37,822,603 ADMINISTRACION 7% $ 2,647,582 IMPREVISTOS 3% $ 1,134,678 UTILIDAD 7% $ 2,647,582 IVA SOBRE UTILIDAD 19% $ 7,186,295

VALOR TOTAL OBRA $ 51,438,741



8 CONCLUSIONES

• Se realizó el diagnóstico de 21 edificaciones del grupo de uso III y IV en la ciudad de Pasto, las cuales fueron valoradas y calificadas siguiendo los parámetros establecidos por el FEMA P-154 (Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazard: A Handbook, 2015), donde se diligenció la información correspondiente en los formularios de los niveles 1 y 2 como se muestra en la Figura 4.4y Figura 4.5, las cuales presentaban un score de 0.50, y la incluía en el grupo de las edificaciones más vulnerables, aun así, al desarrollar tanto el análisis lineal como el no lineal, se logró verificar que la estructura cuenta con índices de flexibilidad inferiores a la unidad; de igual manera se verifican la capacidad de los elemento y estos requieren ser reforzados, por lo cual se propone como alternativa de reforzamiento, encamisar las vigas indicadas en la Figura 6.1, ampliando su sección transversal de 25x40cm a 30x50cm.

• Las derivas de la estructura sin reforzar no superan las máximas exigidas por la NSR-10, la cual indica que la deriva máxima para este tipo de estructuras es del 1.0%, es decir, para este caso de 5.5 cm y las identificadas en el modelo son derivas de aproximadamente 0.97% es decir 5.3 cm.

• Una vez es realizado el reforzamiento estructural se puede observar que la estructura se encuentra en un rango de seguridad de vida; es decir, la ductilidad del sistema es de 4.93 el cual es mayor al planteado por la NSR-10 el cual es de 2,5.

• Las derivas de la estructura reforzada disminuyen con base a la condición inicial de la estructura, se obtiene una deriva de 0.80% lo que corresponde a un desplazamiento de 4.4 cm; según investigaciones, se ha mencionado al respecto sobre la poca ductilidad que se puede lograr en las edificaciones si se mantiene una restricción de deriva del 1% como ocurre actualmente.

• El periodo fundamental de la edificación sin reforzar fue de 0.487 s en la dirección X, mientras que el periodo fundamental de la edificación reforzada fue de 0.481 s en la dirección X, indicando que mediante el sistema de reforzamiento se rigidizó la estructura.

• El estudio fue realizado en condiciones conservadoras, asumiendo materiales y cuantías con los requisitos mínimos para su funcionamiento. Por tanto, requiere ser avalado por ensayos de laboratorio para la identificación de materiales y exploración del suelo de cimentación.

• Es importante aclarar que los análisis estructurales no contarán con ensayos no destructivos (esclerometrías), ni ensayos destructivos (extracción de núcleos o regatas), debido a la situación actual presentada por la emergencia sanitaria a raíz del COVID-19, razón por la cual, los materiales serán considerados como se indica en el ASCE 41/17, y con la información recopilada de los estudios originales del proyecto, reconstruyendo un modelo de la edificación, con el fin de establecer las consideraciones y el comportamiento de la estructura analizada.



9 REFERENCIAS

ASCE41-17. (2017). Seismic evaluation and retrofit of existing buildings.

Barbat, A., Vargas, Y., Pujades, L., & Hurtado, J. (2014). Evaluación probabilista del riesgo sísmico de estructuras con base en la degradación de rigidez. Manizales.

Carrillo, J. (2007). Evaluación d ela vulnerabilidad sísmica de estructuras utilizando un diseño por desempeño. ISSN electrónico 2346-2183.

FEMA P-154. (2015). Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: A handbook. Third edition.

FEMA P-155. (2015). Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: Supporting documentation. Third Edition.

Fredrick, A., & Winston, A. (2015). Seismic vulnerability assessment of soft story irregular buildings. Procedia Engineering, 125 ( 2015 ) 925 – 932.

NSR-10. (2010). REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE. TÍTULO A — REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE.

NSR-10. (2010). Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente. AIS.

Servicio Geológico Colombiano. (2020). Zonificación de Respuesta Sísmica de Pasto (Versión de discusión). Convenio especial de cooperación No. 02 de 2019.

Vargas, Y., Pujades, L., Barbat, A., & Hurtado, J. (2013). Evaluación probabilista de la capacidad, fragilidad y daño sísmico de edificios.

ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD ESTRUCTURAL – MÉTODO NO LINEAL - EDIFICIO 2. USAID/BHA PREPARE PASTO - 2021

febrero/2021 - colombia

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