propuesta tesis. vulnerabilidad sismica casas elevadas

5/17/2018 Propuesta Tesis. Vulnerabilidad Sismica Casas Elevadas - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/propuesta-tesis-vulnerabilidad-sismica-casas-elevadas 1/19

Universidad de Costa Rica

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Civil

Propuesta de Proyecto de Graduación

Departamento de Estructural

Título:

Diseño y análisis de la subestructura de casas elevadas de interés social,

construidas en zonas de inundación, siguiendo los lineamientos del Código

Sísmico de Costa Rica 2010.

Preparada por: José Pablo Núñez Cordero

Director: Ing. Álvaro Poveda V. M.Sc.

Junio, 2011



2

Contenido1. Tema de la Propuesta ........................................................................................................................... 3

2. Justificación .......................................................................................................................................... 3

2.1 El problema específico ................................................................................................................... 3

2.2 Importancia .................................................................................................................................... 3

2.3 Antecedentes teóricos y prácticos del problema ........................................................................... 4

3. Objetivos .............................................................................................................................................. 5

3.1 Objetivo General ............................................................................................................................ 5

3.2 Objetivos Específicos ...................................................................................................................... 5

4. Marco Teórico e hipótesis .................................................................................................................... 6

5. Delimitación del problema ................................................................................................................... 9

5.1 Alcances y Limitaciones ................................................................................................................. 9

6. Descripción de la metodología a usar ............................................................................................... 10

Primera Parte: Fase Teórica ............................................................................................................... 11

Segunda Parte: Fase de Análisis ......................................................................................................... 12

Tercera Parte: Fase de Diseño ............................................................................................................ 13

Cuarta Parte: Conclusiones y recomendaciones ................................................................................ 13

7. Mecanismos posibles para la evaluación del proyecto ...................................................................... 14

8. Fuentes de información preliminar .................................................................................................... 15

9. Contenido preliminar del trabajo ....................................................................................................... 16

10. Cronograma de actividades .............................................................................................................. 17

11. Institución o empresa interesada en el proyecto y posibilidad de ejecución .................................. 18

12. Posible constitución del Consejo Asesor .......................................................................................... 19



3

1. Tema de la Propuesta

Diseño y análisis de la subestructura de casas elevadas de interés social, construidas en

zonas de inundación, siguiendo los lineamientos del Código Sísmico de Costa Rica 2010.

2. Justificación

2.1 El problema específico

Esta investigación surge a partir de la percepción de que existe una falta de regulación para

las casas elevadas en zona de inundación; y debido a esta condición, actualmente los

proyectos de este tipo, se enfocan meramente en darle altura a las casas, dejando de lado la

vulnerabilidad sísmica.

El trabajo consiste en la revisión de la vulnerabilidad de los sistemas de casas elevadas con

pilotes, en zonas de inundación, según el borrador del Código Sísmico 2010.

De esta manera los sistemas constructivos se podrían utilizar con más frecuencia, mayor

seguridad, beneficiando a mayor cantidad de personas, tanto por eficiencia como por

economía.

2.2 Importancia

La necesidad de la solución a este problema, surge al investigar los sistemas constructivos

más comunes utilizados para viviendas de interés social. Por lo general se construyen en las

zonas más marginadas y con más pobreza (pendientes pronunciadas, zonas inundables). Los

desarrolladores no están familiarizados con los sistemas elevados, debido a que las

empresas que fabrican casas para interés social, se enfocan en la estructura principal de la

vivienda. Teniendo en algunos casos que improvisar sistemas, que no necesariamente

cumplen con los lineamientos que establecen el Código Sísmico.



4

Para mitigar esta problemática descrita, se realizará inicialmente un análisis de las opciones

que ofrece actualmente el mercado costarricense para viviendas de este tipo; a partir de esto

se elaborará un estudio estructural de las distintas soluciones, posteriormente un reporte

con ventajas y desventajas y finalmente hacer las recomendaciones necesarias para cada

sistema, basado en el borrador del código sísmico de Costa Rica 2010.

Se pretende poner este instrumento a disposición de profesionales, empresas y entes del

gobierno, involucrados en las construcciones de viviendas de interés social, para que de esta

manera se vean favorecidas las futuras comunidades en donde se necesiten este tipo de

solución.

2.3 Antecedentes teóricos y prácticos del problema

Existe una publicación con el título “Orientaciones para la construcción de

viviendas levantadas sobre el suelo ” , realizada por el CIVCO (Centro de Investigaciones en

vivienda y construcción), Instituto tecnológico costarricense y MIVAH (Ministerio de vivienda

y asentamientos humanos). Donde de una manera muy concisa explican el tipo de

estructuras que usualmente se usan en sistemas de casas elevadas y los distintos sistemas

constructivos que se utilizan; además de los cuidados que hay que tener para cada uno de

los materiales y su mantenimiento. El documento es una guía de sistemas constructivos pero

sin detallar la parte estructural, ya que en ningún momento se muestran fotografías reales de

los sistemas, planos, especificaciones y en el mismo documento no se hace referencia al

nombre y ubicación de los proyectos realizados bajo esta modalidad.

Con la ayuda de los funcionarios del BANHVI se logró indagar sobre los proyectos más

recientes que se han construido de casas elevadas. Adicionalmente se investigó con las

empresas involucradas y los ingenieros que estuvieron en dichos proyectos y se les consultósobre el sistema empleado. Entre los utilizados, sobresalen cinco distintos sistemas:

Productos de Concreto (Holcim), Plycem, Habicon, Ekstrom y Coopecasa.



5

Según lo investigado, en el país no se ha hecho una revisión detallada de la subestructura de

estos sistemas y su vulnerabilidad sísmica. Actualmente se utilizan únicamente los manuales

de diseño provenientes de los mismos fabricantes y distribuidores de estos sistemas.

Este proyecto de graduación, pretende hacer una revisión de las subestructuras realizadas

por los constructores y de esta manera, poder determinar si se están construyendo con la

seguridad requerida o si simplemente responden solamente a prueba de inundaciones,

dejando de cumplir con los requisitos mínimos del código sísmico de Costa Rica.

En los casos que no se cuente con una subestructura adecuada estandarizada, se propondrá

un diseño según convenga para cada sistema constructivo analizado.

3. Objetivos

3.1 Objetivo General

Realizar un análisis y diseño estructural de la subestructura para sistemas de casas elevadas

de interés social para zonas de inundación según el nuevo Código Sísmico de Costa Rica

2010.

3.2 Objetivos Específicos

Investigar las distintas opciones para casas de interés social que existen en elmercado nacional

Modelar en un programa de software estructural, la subestructura de al menos tressistemas constructivos disponibles en el mercado

Hacer una comparación de cantidades de materiales para los distintos sistemas decasas elevadas diseñados

Determinar recomendaciones estructurales para el diseño de la subestructura paraque cumpla con los lineamientos que establece el borrador del Código Sísmico deCosta Rica (CSCR10)



6

4. Marco Teórico e hipótesis

Código Sísmico de Costa Rica

Código que establece los requisitos mínimos para el análisis, diseño y construcción sismo-

resistente de edificaciones y obras afines que se construyan en el país. El mismo sintetiza un

conjunto de normas y prácticas de diseño gobernando por desplazamientos y deformaciones

internas, producto de la experiencia de terremotos que han ocurrido en el pasado, para

garantizar que el profesional cuente con una guía, para que en el diseño de las obras civiles

se cumplan requisitos para garantizar la vida de los ocupantes, la integridad estructural,

permitiendo una segura evacuación, aunque sufra daños en su estructura o en algunos de

sus componentes estructurales.

Bono de vivienda

El bono de vivienda es un aporte que el Estado, en forma solidaria, otorga a las familias de

escasos recursos económicos, discapacitados, mujeres jefas de hogar y ciudadanos adultos

mayores (entre otros) para que unido a su capacidad de crédito, solucionen sus problemas

de vivienda. El monto del bono de vivienda es proporcional a los ingresos familiares.

Estructuras y componentes prefabricados en concreto

Por lo general la gran mayoría de viviendas de interés social se construyen con productos

prefabricados. Esto por su facilidad en la construcción y bajo costo a la hora de realizar

proyectos repetitivos. Para efectos de esta investigación se van a definir componentes

prefabricados como: aquellos que son fabricados o construidos en un lugar diferente al que

ocupan finalmente la estructura (CSCR-02).



7

Según la práctica constructiva del país, la prefabricación puede ser total o parcial, por lo que

el diseñador tiene la responsabilidad de proveer continuidad entre elementos prefabricados y

las otras partes que componen el sistema estructural. Se debe tomar en cuenta las altas

concentraciones de esfuerzos que ocurre en las uniones de la estructura prefabricada y las

otras partes de la obra que se diseñe, para así tener una redundancia en todo el sistema

estructural.

Sistemas Constructivos a analizar

• Holcim

Plycem Coopecasa

Ekstrom (ver sección de alcance y limitaciones punto ii)

Habicon (ver sección de alcance y limitaciones punto ii)

Método Estático

Este método cuantifica los efectos que tiene un sismo en la edificación mediante un análisis

elástico-lineal del sistema estructural por un conjunto de fuerzas estáticas aplicadas. El valor

de estas fuerzas es el resultado de suponer un primer modo de oscilación proporcional a la

altura y un cortante en la base igual al producto del coeficiente sísmico por el peso total de la

edificación.

Sistema sismo-resistente

Se debe tener un conjunto de marcos, marcos arriostrados, paredes o una combinación de

estos sistemas, dispuestos de manera que brinden la resistencia y rigidez adecuada a la



8

estructura en las dos direcciones principales en planta. Los marcos y paredes deben estar

debidamente anclados a las cimentaciones, para así evitar separaciones considerables entre

la estructura y la fundación.

Diafragmas constituidos por elementos prefabricados

Los diafragmas horizontales a base de elementos prefabricados se pueden considerar rígidos

en su diseño, de tal forma que sean capaces de transmitir las fuerzas de inercia inducidas por

sismo al elemento resistente, de acuerdo con las rigideces de sus elementos. Estos

componentes se consideran frágiles y deben ser calculados con cargas sísmicas

incrementadas por el factor de sobre-resistencia, SR.

Cimentación

El sistema de cimentación transmite las cargas derivadas de la estructura principal al suelo.

Las fundaciones se colocan sobre el suelo firme o sobre rellenos con una compactación

mínima del 90% del proctor estándar, para evitar asentamientos diferenciales excesivos para

la estructura. Cuando sea necesario utilizar fundaciones profundas como pilotes armados, se

utiliza una viga de fundación que forme cuadros y que vincule las cabezas de los pilotes. Esta

viga se debe diseñar como un elemento continuo con capacidad para tomar momentos

positivos y negativos.



9

5. Delimitación del problema

5.1 Alcances y Limitaciones

i. Se limita el estudio al análisis de los sistemas constructivos: Productos de concreto,Plycem y Coopecasa.

ii. El análisis de los sistemas de Ekstrom y Habicon serán tomados en cuenta solo en

caso de conseguir la información pertinente por parte de las empresas distribuidoras

por eso se tomaran en cuenta como opcionales.

iii. Se tomaran en cuenta para el estudio los sistemas constructivos fabricados en el

inicio de la investigación y anteriormente, esto porque la mayoría de estas son

empresas que dedican muchos de sus recursos a la investigación y desarrollo lo que

puede variar en pequeña o gran medida el sistema constructivo a lo largo de la

investigación.

iv. El análisis y diseño se limitará a la subestructura que le da elevación a la vivienda.

v. El análisis de la estructura de la casa se tomará de los datos suministrados por la

empresa fabricante o distribuidora según el sistema constructivo.

vi. Las viviendas que se tomarán en cuenta para el estudio son las que se encuentran en

zona de inundación.

vii. El número de los sistemas a modelar y diseñar se limitará a tres por el tiempo que se

requiere para que las empresas involucradas suministren los datos adecuados para

realizar el proyecto. Se debe realizar un análisis de todos las fuentes de información

para que con base en el mejor criterio se elijan de entre todos los sistemas los tres

más representativos.



10

6. Descripción de la metodología a usar

La metodología a seguir para la elaboración del proyecto se muestra en las siguientes figuras1, 2, 3 y 4.

Figura 1. Metodología



11

Primera Parte: Fase Teórica

Se estudiarán los sistemas constructivos más utilizados para casas de interés social en zonas

de inundación. Se solicitaran citas con los profesionales encargados del diseño y/o del

departamento estructural de las empresas: Holcim, Coopecasa, Ekstrom, Plycem y Habicon.

Esto para poder conocer las características estructurales del sistema y posteriormente realizar

su análisis.

De igual manera se harán entrevistas con profesionales de instituciones del gobierno (MIVAH

y BANHVI) para conocer la problemática existente en las zonas y que de esta manera se

señalen los proyectos desarrollados bajo esta modalidad. Se recopilarán planos de proyectos

existentes con viviendas en zona de inundación para el análisis de la subestructura.

Figura 2. Fase Teórica



12

Segunda Parte: Fase de Análisis

Una vez finalizado el proceso teórico y con toda la información de los sistemas constructivos

se procede a un análisis para seleccionar los tres sistemas más representativos y continuar

con el estudio de la subestructura que brinda soporte y elevación para cada uno de los

sistemas.

Se realizara un modelo de las subestructuras de cada uno de los sistemas seleccionados, esto

utilizando un software de análisis estructural. Los resultados se analizarán con base en el

CSCR (2010) de esta manera se va conocer las principales deficiencias en el sistema para

posteriormente continuar con la fase de diseño.

Figura 3. Fase de Análisis



13

Tercera Parte: Fase de Diseño

Una vez analizadas las subestructuras se realiza un nuevo modelo con una posible nueva

estructuración para iniciar con la fase iterativa de diseño. Se calculan las cargas

permanentes, vivas y de sismo para obtener los valores de carga axial, cortante y momento.

A partir de este resultado se realiza un nuevo análisis tomando en cuenta las fuerzas internas

y los desplazamientos y si estos son muy grandes se plantea otro modelo. Una vez que se

cumpla con lo requerido por el CSCR (2010) se procede con el dimensionamiento y detallado

de la nueva subestructura.

Una vez diseñadas las tres subestructuras se realizara una comparación de cantidades y

materiales de los sistemas constructivos.

Figura 4. Fase de Diseño

Cuarta Parte: Conclusiones y recomendaciones

Con base en el análisis de resultados y los diseños planteados se harán recomendaciones

finales para que el diseño de las nuevas subestructuras cumpla con los requerimientos del

nuevo Código Sísmico de Costa Rica (CSCR10).



14

7. Mecanismos posibles para la evaluación del proyecto

El impacto que este proyecto de análisis y diseño puede tener es muy grande, dado que se

está tratando de evaluar distintos sistemas constructivos para las subestructuras de elevación

que actualmente en uso que no están estandarizados, por lo que se quiere saber si cumplen

los requisitos mínimos que dicta el Código Sísmico de Costa Rica (2010).

Se cuenta con el apoyo y opinión de empresas privadas desarrolladoras, entes del gobierno e

ingenieros de las distintas empresas representantes de los sistemas. Es así como bajo estos

mismos parámetros las empresas e instituciones interesadas en el tema servirán como una

guía para una posible evaluación del proyecto.

Las recomendaciones y conclusiones obtenidas podrían guiar de una mejor manera a los

desarrolladores de este tipo de proyectos para darle un respaldo estructural y se tengan

menos improvisaciones a la hora de diseñar la estructura de elevación que se las da a las

viviendas en zona de inundación.



15

8. Fuentes de información preliminar

Códigos

Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos de Costa Rica. (2002). CódigoSísmico de Costa Rica 2002. Tercera Edición.

Borrador del Código Sísmico de Costa Rica 2010

American Concrete Institute, Capítulo de Costa Rica. (2008). Requisitos de

Reglamento para Concreto Estructural (ACI 318S-08) y Comentario. Primera

Edición.

Publicaciones

Fournier, Rolando. Orientaciones para la construcción de viviendas levantadas sobre el suelo. (2005). Centro de Investigaciones en

Vivienda y Construcción.

Trabajos Finales

Fernández, Marcela. (2001). Análisis de miembros estructurales de acero

laminado en frío de acuerdo al método de coeficientes de carga y resistencia

(LRFD). Trabajo Final de Graduación para obtener el grado de Licenciatura.Escuela de Ingeniería Civil. Universidad de Costa Rica.

Jara, Emanuel. (2001). Análisis Comparativo de Sistemas Constructivos

Aplicados a una Vivienda de Interés Social. Trabajo Final de Graduación para

obtener el grado de Licenciatura. Escuela de Ingeniería Civil. Universidad de

Costa Rica.

Orlich, Roberto (2009). Diseño de un sistema de vivienda prefabricado de tipo

modular transportable aplicado a la construcción de viviendas de interés

social. Trabajo Final de Graduación para obtener el grado de Licenciatura.

Escuela de Ingeniería Civil. Universidad de Costa Rica.



16

9. Contenido preliminar del trabajo

Capítulo 1: Introducción

1.1. Generalidades

1.2. Objetivos Generales

1.3. Objetivos Específicos

1.4. Antecedentes

1.5. Alcances y Limitaciones

Capítulo 2: Descripción de sistemas constructivos

2.1. Productos de Concreto (Holcim)

2.2. Plycem2.3. Coopecasa

2.4. Ekstrom*

2.5. Habicon*

2.6. Sistemas más representativos

Capítulo 3: Análisis y diseño estructural de los sistemas

3.1. Calculo de cargas permanentes, vivas y de sismo

3.2. Combinaciones según CSCR (2010)

3.3. Modelación en software estructural de las subestructuras seleccionadas

3.4. Dimensionamiento: secciones y fundaciones

Capítulo 4: Comparación de cantidades y materiales de los sistemas constructivos

4.1. Materiales sistema 1



4.4. Comparación de sistemas

Capítulo 5: Conclusiones y Recomendaciones



17

10. Cronograma de actividades

Cuadro 1. Cronograma de actividades

ACTIVIDADES DURACIÓN

Investigación acerca de los distintos sistemas de vivienda de interés socialpara casas elevadas usados en Costa Rica.

Entrevistas con empresas desarrolladoras de proyectos de vivienda de interés social en elpaís.

2 semanas

Entrevistas con empresas productoras y/o distribuidoras de los sistemas constructivos devivienda de interés social para casas elevadas más usados en Costa Rica.

2 semanas

Recopilación de información acerca del diseño estructural basado en planos deproyectos existentes con viviendas construidas en zona de inundación. 3 semanas

Análisis de los sistemas constructivos

Análisis de la información de los sistemas recopilados y escogencia de los tres sistemasmás representativos para el estudio.

1 semana

Modelado en software de análisis estructural de la subestructura de los tres sistemasseleccionados.

2 semanas

Análisis de los resultados del modelo estructural basado en el CSCR (2010) 2 semana

Diseño para mejorar la subestructura de cada uno de los sistemas para queestos cumplan con el CSCR(2010)

Cálculo de cargas permanentes, vivas y de sismo para los tres sistemas constructivos. 1 semana

Determinación del tamaño de las secciones y fundaciones partir de los valores demomento, cortante y fuerza axial.

2 semanas

Detallado y generación de planos con las mejoras para cada sistema 2 semanas

Comparación de cantidades y materiales de los sistemas constructivos

Desglose de materiales utilizados para cada una de las tres subestructuras 1 semana

Creación de tabla comparativa de costos para los materiales de las subestructuras. 1 semanas

Recomendaciones 1 semana

Conclusiones 2 semanas



18

11. Institución o empresa interesada en el proyecto y posibilidadde ejecución

BANHVI (Banco Hipotecario de la Vivienda)

Es el ente rector del Sistema Financiero Nacional para la Vivienda (S.F.N.V.). Es un banco de

segundo piso, dedicado exclusivamente al financiamiento de vivienda para los sectores

populares, es decir aquellas familias que por su bajo nivel de ingreso, requieren

necesariamente de un subsidio o apoyo estatal para obtener casa propia.

El proyecto de Ley que crea el BANHVI resume las ideas en torno al trabajo de ordenar la

construcción de viviendas populares en esta frase: “es un esfuerzo de carácter nacional en elque deben participar, coordinadamente, el sector público y el sector privado, sin diferencias o

separaciones de partido, credo o ideas que puedan desviarlo o desalentarlo”.

Los legisladores que aprobaron la Ley 7052 del Sistema Financiero Nacional para al Vivienda -

-que crea el BANHVI-- definieron que la naturaleza de la entidad rectora de este Sistema

fuera financiera, y no la de una entidad autónoma o de un ministerio, pues entre sus

obligaciones está administrar los recursos asignados por la Ley para invertirlos en Bonos de

Vivienda, supervisar la distribución y uso de estos recursos y gestionar mediante productosfinancieros, nuevos recursos que permitan darle sostenibilidad al Sistema.

MIVAH (Ministerio de Vivienda y Asentamientos Humanos)

Es la institución que emite políticas y directrices, en materia de Vivienda y Asentamientos

Humanos, en función de las necesidades y demandas particulares de los distintos estratos

socioeconómicos; con el propósito de facilitar el acceso a asentamientos humanos que

resulten de una planificación integral del territorio, incidiendo, además, en la reducción del

déficit habitacional del país.



19

CFIA (Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos)

Es la institución encargada de estimular el progreso de la ingeniería y de la arquitectura,

mediante estrategias de desarrollo integral y actualización profesional; con un sentido de

servicio de calidad a la comunidad, de forma que se contribuya con el desarrollo sostenibledel país. Entre sus fines primordiales también está el asesorar a los Poderes del Estado,

organismos, asociaciones e instituciones públicas y privadas, en materia de la competencia

de los diferentes colegios que integran el Colegio Federado.

12. Posible constitución del Consejo Asesor

Director del proyecto: Ing. Álvaro Poveda

Asesores del proyecto: Ing. Erick MataIng. Roy Acuña

Ing. Diego Hidalgo

propuesta tesis. vulnerabilidad sismica casas elevadas

Documents