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“EVALUAR LA VULNERABILIDAD SISMICA DE LA ESTRUCTURA SEDE DE
LA ALCALDIA DE GUANARE, ESTADO PORTUGUESA”
Tutor: Ing. Freddy Palencia
Autores: Acosta Juan C.
Tovar Osman
Barquisimeto 2014
+
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
BARQUISIMETO - EDO. LARA
“EVALUAR LA VULNERABILIDAD SISMICA DE LA ESTRUCTURA SEDE DE
LA ALCALDIA DE GUANARE, ESTADO PORTUGUESA”
AUTORES
Acosta Juan C.
Tovar Osman.
TUTOR
ING. Freddy Palencia
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERIA CIVIL
BARQUISIMETO 2014
“EVALUAR LA VULNERABILIDAD SISMICA DE LA ESTRUCTURA SEDE DE
LA ALCALDIA DE GUANARE, ESTADO PORTUGUESA”
Trabajo Especial de Grado presentado ante el Decanato de Ingeniería Civil,
Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado” para optar al título de Ingeniero Civil
Por: AC0STAJUAN CARLOS
TOVAR OSMAN
Barquisimeto, 2014
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
AUTORIZACIÓN DE SUSTENTACIÓN
DEL TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
Visto el Trabajo Especial de Grado bajo la tutoría del Ing. Freddy Palencia, profesor del
Decanato de Ingeniería Civil autoriza a los Bachilleres:
ACOSTA JUAN CARLOS
OSMAN TOVAR
Sustentar delante de un jurado, el Trabajo Especial de Grado “EVALUAR LA
VULNERABILIDAD SISMICA DE LA ESTRUCTURA SEDE DE LA ALCALDIA
DE GUANARE, ESTADO PORTUGUESA”
Dicho jurado estará conformado por:
Ing. José Yepez (Evaluador)
Ing. (Raul Melo)
Ing. (Juan Carlos Gómez)
Ing. (Juan Espinoza)
Decanato: Ingeniería Civil
Barquisimeto, 2014
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
BARQUISIMETO - EDO. LARA
vii
DEDICATORIA
A nuestros Padres,
Quienes con su amor y paciencia
Nos enseñaron el camino de la
Rectitud y honestidad
viii
AGRADECIMIENTOS
A Dios Todopoderoso, por permitirnos alcanzar esta meta.
A la Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado”, por brindarnos la oportunidad de
formar parte de tan prestigiosa casa de estudios.
A nuestro tutor Freddy Palencia, por la orientación, dedicación, apoyo y ayuda durante la
realización de este trabajo especial de grado.
A Los Tutores externos Ing. José Bracho, Ing. Yorman Hernández, por sus apoyo,
orientaciones y ayuda incondicional durante la realización de este trabajo especial de grado.
A nuestra familia, por el ánimo y la confianza ofrecida en nuestros estudios.
A nuestros compañeros del grupo organizado C.E.E CENDE quienes con su paciencia y
colaboración nos ayudaron de una forma u otra a la realización de este trabajo.
Al personal de transporte del Decanato de Ingeniería Civil por el apoyo brindado en los
viajes a Guanare fue excepcional.
A todos los amigos que de una u otra manera contribuyeron a este logro.
ix
EVALUAR LA VULNERABILIDAD SISMICA DE LA ESTRUCTURA SEDE
DE LA ALCALDIA DE GUANARE, ESTADO PORTUGUESA
Autores: Juan C. Acosta y Osman Tovar
Tutor: Ing. Freddy Palencia
Departamento de Ingeniería Estructural
Decanato de Ingeniería Civil
Barquisimeto 2014
RESUMEN
Gran parte de la población Venezolana vive en Zona de alta Amenaza Sísmica, la
ocurrencia de estos eventos han demostrado a través de los años la importanciadel
conocimiento de la sismicidad de una zona en particular a objeto de planificar y
construir viviendas de la manera más eficiente posible y así reducir los daños, por ello
surge la necesidad de realizar la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de la estructura
de la Alcaldía de Guanare Estado Portuguesa, esto con el fin de estar en concordancia
con la actual Norma COVENIN-2001.
El presente trabajo se circunscribe en la modalidad de Trabajo Especial de Grado
enmarcado en un estudio de campo de carácter comparativo bajo un diseño analítico
descriptivo.Para tal fin se plantearon varias etapas de trabajo, I ETAPA: documentación,
recolección e información para luego hacer comparaciones yverificaciones de todo lo
obtenidas. II ETAPA: ordenar y vaciar la información obtenida en la etapa anterior, en
el software SAP 2000 v15.0.0. III ETAPA realizar dos tipos de análisis uno para un
comportamiento elástico, este con el objeto de saber en la actualidad la rigidez y
resistencia de la estructura y comparación con las normativas vigentes. Un segundo
análisis no lineal, para conocer la ductilidad de la estructura, y el nivel de desempeño en
que se encuentra actualmente dicha estructura, basándose para ello en el método de la
curva Demanda – Capacidad (Pushover). IV ETAPA: análisis y conclusiones de los
análisis lineal y no lineal. El Análisis Lineal dio como resultados que la estructura
modelada presenta una baja resistencia ante las solicitaciones a las cuales está expuesta,
en cuanto al análisis de las derivas que influyen directamente sobre la rigidez, se pude
decir que la estructura es rígida en el sentido Y, en el sentido X no, por lo que existe una
gran probabilidad de exceder las deformaciones de los elementos estructurales y
originar daños considerable a los elementos no estructurales. El Análisis no lineal indica
que la ductilidad global de la estructura no satisface los requerimientos inelásticos,El
comportamiento de la estructura según la comparación de las derivas con las
especificadas por la Norma ATC-40, la ubica en un nivel de desempeño de Ocupación
Inmediata.
Palabras clave: Vulnerabilidad,Análisis lineal,Análisis no lineal, Pushover.
X
INDICE DE CONTENIDO
DEDICATORIA………………………………………………………..………...vii
AGRADECIMIENTOS.…………………………………………………...……..viii
RESUMEN...….…………………………………………..…………………..…..ix
INDICE DE CONTENIDO. …………………………………………….……..….x
INDICE DE FIGURAS. ………………………………………………………...xiii
INDICE DE TABLAS………………………………………………….………..xiv
INDICE DE GRAFICOS…… …………………………………………………...xv
INDICE DE FOTOGRAFIA……………………………………….....………….xiv
INTRODUCCION…………………………………………………………..…….1
CAPITULO I……………………………………………………………… …..…1
EL PROBLEMA…………………………………………………………….…....1
Planteamiento del problema……………………………………………..…..……1
Objetivos Generales……………………………………………………..….…….5
Objetivos Especifico …………………………………………….……………….5
Justificación e Importancia...….…………………………………….………..…..6
Alcance y Limitaciones………….……………………………………………….7
CAPITULO II………………..……………………………………………..……8
Marco Teórico………………..…………………………………………………..8
Antecedentes…………………..…………………………………………..……..8
Bases Teórica…………………….………………………….…………………..10
Sismo……………………………..…………………………………….………..12
Falla Sísmica……………………..…………………………………………...…14
Onda Sísmica……………………..……………………………………….…….15
Características de las Ondas Sísmicas…..…………………………...………….15
Ondas de Compresión……………………………………………………..…....16
Ondas de Cortante…………..………………………………………..…………16
Onda Rayleigh……………..………………………………………….……..….17
Onda Love………………………..…………………………………………..…17
Vulnerabilidad y Riesgo Sísmico………..………………………….………..…18
Necesidad de Evaluación….……………………………………….…..……….19
Análisis de Vulnerabilidad…..………………………………………………….20
xiii
INDICE DE FIGURAS
FUGURA 1………………………………………………………………...36
FUGURA 2………………………………………………………………...36
FUGURA 3………………………………………………………………...90
FUGURA 4………………………………………………………………...91
FUGURA 5………………………………………………………………...91
xiv
INDICE DE TABLAS
TABLA 1………………………………………………………………...36
TABLA 2………………………………………………………………...36
TABLA 3………………………………………………………………...37
TABLA 4………………………………………………………………...50
TABLA 5……………………………………………………………….70
TABLA 6………………………………………………………...............78
TABLA 7……………………………………………….………………..79
TABLA 8………………………………………………………………...84
TABLA 9………………………………………………………………...85
TABLA 10………………………………………………………………...87
TABLA 11………………………………………………………………...89
TABLA 12………………………………………………………………...92
xvi
INDICE DE GRAFICAS
Grafica 1Curva de Capacidad…………………………………………………...27
Grafica 2 Curva de Comportamiento Típico para Rotulas Tipo M3.…….…….29
Grafica 3 Curva de Comportamiento Típico para Rotulas Tipo PM…………...29
Grafica 4 Espectro Elástico de Aceleración vs Periodo (Formato Estándar)…..31
Grafica 5 Espectro Elástico de Respuesta en Formato ADRS..……………..…31
Grafica 6 Representación Bilineal del Espectro de Capacidad…………....…...33
Grafica 7 Obtención del Amortiguamiento Equivalente para calcular el Espectro…
de demanda Reducido..………………………………………………….……...35
Grafica 8 Respuesta Espectral Reducida .…………………………….……….38
Grafica 9 Conversión de Capacidad Espectral.…….…..………….…………..39
Grafica 10 Familia de Espectro de Demanda…..………………….…….…....41
Grafica 11 Familia de Espectro de Demanda y Espectro de Capacidad.…......42
Grafica 12 Espectro de Capacidad, procedimiento “B” después del paso 4..….43
Grafica13 Espectro de Capacidad, procedimiento “B” después del paso 6…...45
Grafica14 Espectro de Capacidad, procedimiento “B” después del paso 7.…..46
Grafica15 Espectro de Diseño usado en la Evaluación de la Estructura….…...70
Grafica16 Curva de Capacidad en dirección Y ………………………………86
Grafica17 Curva de Demanda vs Capacidad, en dirección X)...........................87
Grafica 18Curva de Capacidad, en direcciónY ………..……………………...88
Grafica 19 Curva de Demanda vs Capacidad, en dirección Y……….……….89
CAPITULO I
1
CAPITULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento Del Problema
En el mundo es posible observar como la actividad sísmica ha tenido sus
comienzos desde los más remotos tiempos, sin embargo los sismos son cada vez más
frecuentes y los efectos en los lugares donde ocurren ocasionan cambios, ya sean de
manera económica, social y ambiental. En los países desarrollados este tipo de fenómeno
ocasiona pérdidas humanas de manera muy limitada, pues sus sistemas de evacuación,
alertas tempranas, planificación del desarrollo urbano y códigos de construcción son más
estrictos.
En Sudamérica, la actividad sísmica y otros fenómenos telúricos es muy activa
debido a los principales rasgos tectónicos de la occidental de Sudamérica, la Cordillera
de los Andes, al proceso de subducción de la placa de Nazca bajo la Sudamericana,
además otra zona de riesgo es la zona de fricción de la Placa del Caribe con la Placa
Sudamericana y la fosa Oceánica Perú- Chile, esto como consecuencia de la interacción
de dos placas convergentes. En varios países se han registrado fuertes movimientos
sísmicos entre ellos Argentina, Perú, Colombia, Chile y Venezuela.
En Argentina, según el Instituto Nacional de Prevención Sísmica (2014), se han
reportado sismos de alta intensidad en los últimos años, uno de ellos ocurrió en el año
2010 en el departamento Cerrillos, provincia de Salta, en donde se reportaron 2
muertos e importantes daños materiales en las construcciones no sismoresistentes. La
intensidad fue de VII grados en la escala Mercalli. En ese mismo país para el año
2011, se informó daños debido a un fuerte sismo en Ranchillos, Agua Dulce, Estación
Aráoz y Vipos, Tucumán, este sismo se sintió en Tucumán y Sgo. del Estero. La
intensidad fue de VI grados en la escala Mercalli.
Del mismo modo Colombia, ha sido afectada por la actividad sísmica de la
región, registros del siglo XVII a la fecha ratifican que se han sentido en Bogotá por
CAPITULO I
2
lo menos nueve sismos con intensidad entre VI y VIII en la escala de Mercalli
Modificada (desde daños leves a daños moderados). En el año 2008, se registró un
sismo con intensidad VI en la escala de Mercalli en el Calvario, el cual dejo un total
de 33 muertos y para el año 2012 en los Santos, ocurrió un sismo con intensidad VI
en la escala de Mercalli, a pesar de no reportar muertes, este afecto varias estructuras.
En cuanto a Chile, según datos de la Biblioteca Nacional Digital (2014), en
2007 se produjeron los terremotos de Aysén y de Tocopilla que, pese a no dejar un
gran número de víctimas, causaron enormes pérdidas materiales. Finalmente, en el
año 2010 se produjo un terremoto de 8.8 Grados en la escala Richter, siendo el
segundo más destructivo en la historia chilena. El epicentro fue en Cobquecura,
pueblo que queda próximo a Concepción y Cauquenes. Producto del terremoto se dio
un fuerte tsunami que arrasó con un gran número de pueblos en la costa.
En relación a Perú, Bolaños y Monroy (2004) señalan que este país también
ha sido afectado por sismos que han destruido edificaciones y dejado muertes, como
lo son el sismo del año de 1966 en la Zona Nor- Central del Perú, el cual produjo un
tsunami a su paso, por otra parte el evento de 1974, ocurrido en las costas de Lima
tuvo una longitud de 140 km y causo también un tsunami con olas de más de 1,60mts
de altura devastando a los lugares con edificaciones no sismo resistentes.
Venezuela no escapa de estos eventos sísmicos, estos están relacionados
directamente con las diferentes fallas que atraviesan el país. Las fallas de Boconó,
San Sebastián y el Pilar, constituyen el principal sistema de fallas sismogénicas, las
cuales forman el límite principal entre la Placa del Caribe y la Placa de Sur América
causante de los sismos más severos ocurridos en el territorio nacional. Además de las
falla mencionadas, existen otras fallas menores (Oca-Ancón, La Victoria, Úrica)
capaces de producir sismos importantes.
Los datos históricos aportados por Pombo (2009) revelan que la historia
sísmica de Venezuela desde 1530 hasta 2009 se han producido más de un centenar de
eventos sísmicos, dentro de estos eventos se recuerda por su gran impacto los sismos
de 1812, 1900, 1967 y 1997, porque han causado daños tanto económicos, sociales y
CAPITULO I
3
ambientales en poblaciones venezolanas. Es por ello que el conocimiento de la
sismicidad de una zona en particular es importante a objeto de planificar y construir
viviendas de la manera más eficiente posible y así reducir los daños, ya que el 80% de
la población vive en zonas de alta amenaza sísmica.
Ciertamente, en materia sismológica no es posible predecir los terremotos, sin
embargo la ciudadanía puede adoptar medidas de prevención y autoprotección a
objeto de reducir al mínimo los efectos que este fenómeno natural produce. Es por
ello que constantemente se hacen estudios y seguimientos a los procedimientos que
día a día surgen para el diseño de las edificaciones, dando lugar a reformas y
actualizaciones de las normas y criterios con los que se vienen trabajando en este
campo, las cuales persiguen el mejoramiento de los sistemas resistentes ante los
eventuales acontecimientos que pudiesen afectar de manera negativa a una
estructura, entre ellos esta el efecto sísmico.
Una de estas normas, es la Norma Venezolana COVENIN 1756:2001 parte 1
y 2 titulada Edificaciones Sismorresistentes, Requisitos y Comentarios
respectivamente, hecha por el consejo superior de FONDONORMA, en su 7ma
reunión del día 25 de julio de 2001, esta sustituye a la norma “Edificaciones
sismorresistentes” COVENIN – MINDUR 1756:1998 (provisional). Esta norma
prevé la revisión y/o evaluación de las actuales edificaciones que hubiesen sido
construidas o calculadas bajo el criterio de la ya revocada norma o normas anteriores,
esto debido a que la evaluación, adecuación o reparación de construcciones
existentes, se ajustará a lo establecido en el Capitulo 12 de esta Norma.
Por lo antes expuesto surge la necesidad de realizar la evaluación de la
vulnerabilidad sísmica de la estructura de la Alcaldía de Guanare Estado Portuguesa,
esto con el fin de estar en concordancia con la actual Norma COVENIN-2001, es de
resaltar que la Alcaldía de Guanare es una estructura la cual alberga un número
considerable de personas a diario, las cuales pueden correr el riesgo de sufrir daños e
incluso la muerte al colapsar la estructura, al igual que otros habitantes que se
encuentren en edificaciones establecidas en las cercanías a las diferentes fallas
CAPITULO I
4
geológicas que hay a lo largo y ancho de Venezuela de sufrir severos o leves daños a
la hora de un sismo.
En función de lo antes planteado, se presentan las siguientes interrogantes:
¿Cuál es el grado de vulnerabilidad sísmica de la estructura sede de la Alcaldía de
Guanare Estado Portuguesa?, ¿Cuál es el procedimiento adecuado para evaluar la
vulnerabilidad sísmica de la estructura sede de la Alcaldía de Guanare Estado
Portuguesa?, ¿Cuáles son los lineamientos de la Norma COVENIN 1756:2001 para la
evaluación de la vulnerabilidad sísmica de edificaciones?
Para dar respuestas a estas interrogantes, se realizó la presente investigación,
la cual contempla los siguientes objetivos:
CAPITULO I
5
Objetivos de la Investigación
Objetivo General:
Evaluar la vulnerabilidad Sísmica de la Estructura sede de la Alcaldía de
Guanare, Estado Portuguesa.
Objetivos Específicos:
Realizar un levantamiento planímetrico y altimétrico con el fin de comparar
las dimensiones de los elementos de la edificación con lo establecido en los
planos.
Definir el espectro de diseño de la edificación (NORMA COVENIN
1756:2001).
Modelar la estructura mediante el uso del software SAP 2000 v15.0.0
Concluir acerca del comportamiento de la estructura ante acciones sísmicas
(COVENIN 1756:2001).
Obtener la curva demanda – capacidad mediante el método de análisis estático
de cedencia secuencial no lineal (PUSHOVER).
Concluir acerca del comportamiento de la estructura en base a la curva
demanda – capacidad obtenida.
Plantear las debidas recomendaciones.
CAPITULO I
6
Justificación
Debido a los avances tecnológicos que han surgido después de la construcción
de la estructura a evaluar, es conveniente realizar estudios y sondeos analíticos
basados en modelos computarizados de modo que se pueda dar una mejor respuesta
acorde con nuestros tiempos, que solo persigue el mejor conocimiento de las
complejas interacciones del medio con la estructura y verificar si dicha relación se
ajusta a las normas vigentes.
La investigación se justifica puesto que es necesario mantener y preservar
el buen funcionamiento de la estructura en los niveles de servicios óptimos, con la
finalidad de ofrecer mayor seguridad a las personas que allí gestionan y laboran,
siendo esta estructura de gran importancia para la ciudad de Guanare, de aquí la
importancia de mantener la estructura en el funcionamiento más adecuado, tanto
durante la ocurrencia de un sismo como después de ocurrido el mismo, siendo una
edificación de tipo esencial, y en caso de emergencia debe ser capaz de garantizar a
sus ocupantes la evacuación del mismo sin pérdidas humanas.
Por otra parte esta investigación es de suma importancia, esto debido a que
aporta información de suma importancia acerca de la vulnerabilidad sísmica de la
estructura, con el fin de establecer las medidas provisorias en caso de suceder algún
fenómeno natural que coloque en riesgo la estabilidad de dicha casa de estudio.
De igual modo, este estudio es relevante desde el punto de vista científico,
porque contribuirá con sus resultados tanto a estudiantes y profesionales que estén
inmersos en investigaciones similares, constituyéndose en punto de referencia, así
como plataforma para ampliar o profundizar en investigaciones que contribuyan a
beneficiar a la población en general.
En el mismo orden de ideas, en el aspecto metodológico el diseño utilizado
servirá de guía a posteriores trabajos de investigaciones enmarcadas en esta temática,
no solo para los futuros ingenieros, sino también para la colectividad en general, que
CAPITULO I
7
desee realizar una Evaluación de Vulnerabilidad Sísmica de la Estructura sede de la
Alcaldía de Guanare.
Alcance
Al evaluar la edificación de la alcaldía de Guanare, es fundamental que la
información que se genere, sea parte importante del plan de análisis sísmico que se
realiza actualmente en los diferentes Estados de Venezuela.
Mediante los resultados generados, se tendrá conocimiento acerca del estado
actual de la edificación, cambios de uso, entre otras; y como puedan afectar estos a la
estructura y su desempeño durante un sismo, así como el comportamiento de la
estructura antecargas de servicio, en base a lo cuales debe tomarse la decisión de dar
alguna recomendaciones.
Limitaciones.
Para el presente estudio se necesitaba de la realización de ensayos
destructivos y no destructivos para así evaluar con más fuerza la vulnerabilidad
sísmica de la edificación, sin embargo la negativa de las autoridades para realizarlo se
convirtió en una limitante.
Igualmente el modelado de la estructura estuvo en un principio planteado
realizarse mediante el uso del software ETABS v9.7.4, sin embargo al momento de
asignar las rotulas en la sección acartelada de la viga, el software genera un error, lo
que imposibilito la introducción de los pórticos en el sentido o dirección Y, siendo
esta limitante lo que obligó a cambiarnos a el software SAP 2000 v15.0.0.
CAPITULO II
7
CAPITULO II
MARCO TEORICO
Antecedentes
Los terremotos son eventos que causan grandes daños en una población
muertes, daños en la economía de países y destruyen obras construidas por el hombre;
de ahí el propósito de la ingeniería Sismorresistente de minimizar o reducir estos
efectos, ya que hoy en día existen los medios necesarios para evaluar la
vulnerabilidad de estructuras ante la posible ocurrencia de un sismo. Si se conoce la
amenaza sísmica en un sitio, podemos construir estructuras menos vulnerables, o
reforzar las existentes, para que no colapsen ante la intensidad máxima esperada del
terremoto en ese lugar.
Por lo anteriormente señalado, este capítulo representa una de las etapas de la
investigación, donde la intensidad de búsqueda se concreta hacia la información
documental y referencial de la temática en la cual se sustenta el problema del estudio,
y a su vez se orienta su abordaje y análisis. Al mismo tiempo, las fuentes teóricas
proporcionaron un conocimiento en torno al acercamiento del objeto que interesa al
investigador. De allí la importancia de revisar investigaciones relacionadas con el
tema en estudio, criterios que aportan autores sobre la temática investigada, fueron
seleccionados de acuerdo con la pertinencia que tienen con cada una de las variables.
En cuanto al estudio sobre la estructura de la alcaldía ubicada en Guanare estado
Portuguesa con relación a su funcionamiento y comportamiento estructural no se
tienen antecedentes. Sin embargo, se han realizado trabajos que de una u otra forma
tienen relación con esta temática y pueden suministrar la información
complementaria. La información en referencia puede ser obtenida de diferentes
CAPITULO II
8
estudios Sismorresistentes como por ejemplo algunos trabajos especiales de grado
desarrollados anteriormente, mediante sus experiencias las cuales fueron dirigidas a
estudios y evaluaciones de vulnerabilidad y seguridad estructural de edificaciones
existentes.
A continuación se mencionan algunas de ellas:
Díaz y Rodríguez (2013), realizo un trabajo especial de grado titulado
“Evaluación cualitativa de la vulnerabilidad sísmica en edificaciones escolares
situadas en la ciudad de Cabudare estado Lara y divulgación de información sobre
recomendaciones en zonas sísmica”.
Esta investigación aporta un antecedente inmediato en cuanto al estudio,
propósitos y parte de la metodología de trabajo, dándonos un apoyo para contrastar la
investigación realizada en la actualidad.
Por otra parte, González y Mogollón (2011), presentó el trabajo especial de
grado “Evaluación de la Vulnerabilidad sísmica del colegio Independencia ubicado
en Barquisimeto según las normas de diseño estructural y simorresistente COVENIN
1756-2001 COVENIN 1618-98”.
Este estudio es de gran referencia para el presente, debido a que utiliza la
Evaluación de la Vulnerabilidad Sísmica, y se basa en la norma COVENIN 1756-
2001, que es el basamento legal que tiene la presente investigación.
Del mismo modo, Albarrán y Guevara (2011) realizaron un trabajo especial de
grado titulado “Evaluación de la Vulnerabilidad Sísmica del Colegio 19 de Abril
ubicado en Cabudare Municipio Palavecino Edo-Lara”.
Este estudio se relaciona con el presente, puesto que utiliza metodologías para
evaluar la vulnerabilidad estructural ante acciones sísmicas, que es el tema central del
trabajo especial de grado presentado.
Igualmente, Pérez y Romero (2011) realizaron la investigación titulada
“Análisis no lineal de la respuesta sísmica de la estructuras regulares de 14,18 y 20
CAPITULO II
9
pisos con arriostramientos tipo V invertida diseñada de acuerdo a las normas
COVENIN 1756:2001 y 1618:1998”.
El aporte del estudio señalado, radica en orientar el trabajo de investigación
presente, en aspectos conceptuales para realizar el Análisis no lineal que es de gran
importancia ya que parte de ella se utiliza en la investigación aquí presentada.
Por último, García y Evies (2011) realizo una investigación titulada
“Evaluación de la Vulnerabilidad Sísmica del edificio tipo de la Urb. Eligio Macia
Mujica, sector 2, Barquisimeto Edo-Lara”.
Esta investigación aportó significativamente, referentes teóricos y elementos
semánticos clave para apuntalar los fundamentos de la investigación, así como otra
mirada que orientan a esta propuesta referirse a situaciones de discusión, reflexión y
difusión de información para otorgar a los futuros ingenieros lineamientos necesarios
en la evaluación de la vulnerabilidad y el riesgo sísmico de edificios en entornos
urbanos.
Finalmente, los trabajos antes reseñados constituyen los antecedentes que
servirán de apoyo durante la realización del trabajo especial de grado Evaluación De
La Vulnerabilidad Sísmica De La Estructura Sede De La Alcaldía De Guanare Estado
Portuguesa.
Bases Teóricas
Los sismos representan uno de los más grandes peligros naturales para todos
los seres vivientes en nuestro planeta, históricamente han causado muertes,
destrucción de ciudades y poblados en diversos puntos geográficos. Se puede decir
que son los menos entendidos entre todos los desastres naturales, pues desde los más
remotos tiempos se les consideraba como “algo sobrenatural”. Probablemente por
esta razón el interés que ha despertado esta fuera de la proporción de su peligro real.
La casi total devastación instantánea que origina un sismo importante, tiene un
impacto psicológico, que demanda gran consideración por parte de la sociedad
CAPITULO II
10
moderna. Los riesgos impuestos por sismos son únicos en muchos aspectos, la
adecuada planificación conducen a reducir los riesgos de sismos por esto requiere de
un enfoque especial desde el punto de vista de la ingeniería.
Una fracción muy significativa de los daños materiales, han sido ocasionados
por el derrumbe y mal funcionamiento de obras hechas por el hombre: viviendas,
edificaciones de gran altura, hospitales, escuelas, centro de comunicaciones y
similares. Una gran parte de esas obras, adicionalmente, han sido diseñadas y
construidas en las últimas décadas.
Esta observación adquiere mucha mas pertinencia si se tiene presente que un
porcentaje elevado de la población de América habita en zonas que históricamente ha
sido afectada por sismos. Un 70% de la población de Venezuela y un 85% de la
población de los países ribereños del caribe, habita en áreas de comprobado y elevado
peligro sísmico y en ellas el crecimiento poblacional y de inversiones de capital en
los últimos 25 años ha sido notorio.
Es de destacar que, el riesgo sísmico implica un problema único en ingeniería
de diseño, ya que un sismo intenso constituye la carga más severa a la que la mayoría
de las estructuras puede estar sujeta, pero una vez que esto ha sido tomado en cuenta,
la probabilidad de que cualquier estructura pueda ser afectada por un sismo
importante será mínima. El enfoque optimo frente a esta combinación de situaciones,
desde el punto de vista de la ingeniería, es diseñar la estructura de tal manera de que
se evite el colapso ante el sismo mas severo posible, asegurando con ello la vida
humana; pero aceptando la posibilidad de daño sobre la base de que es menos caro
reparar o remplazar las estructuras afectadas por un sismo fuerte, que construir cada
una de ellas lo suficientemente resistentes para evitar daños. Obviamente este
concepto de diseño enfrenta al ingeniero estructural con un verdadero desafío: lograr
un diseño económico que sea susceptible al daño sísmico. Pero que al mismo tiempo
no llegue al colapso total, aun ante el sismo mas intenso posible.
Una de las características exclusivas del fenómeno sísmico proporciona la
clave para la solución de este problema de diseño. En contraste con las otras cargas
CAPITULO II
11
consideradas en el diseño estructural (viento, gravedad, hidrodinámica, etc.), la
intensidad de la carga sísmica dependerá de las propiedades de la estructura. De esta
manera, la resistencia sísmica adecuada podrá lograrse ya sea por la práctica común
que consiste en incrementar la resistencia o la ductilidad global de la estructura, Este
último criterio de diseño sísmico impone al especialista en ingeniería sísmica una
mayor necesidad de comprender el comportamiento estructural que en cualquier otro
campo del diseño dentro de la ingeniería civil. Parece ser que ciertos cambios
menores en el sistema de armazones o en los detalles de diseño, pueden tener gran
influencia en el comportamiento sísmico; por supuesto el simple hecho de añadir más
material lo que, por otro lado incrementara directamente los costos, no garantizara un
comportamiento satisfactorio.
A continuación se exponen las bases teóricas de la investigación que tienen el
propósito de dar a la misma, un sistema coordinado y coherente de conceptos o
proposiciones que permitan abordar el problema, ya que de éste dependerá el
resultado del trabajo. En tal sentido, el desarrollo teórico permite situar el problema
que se está estudiando dentro de un conjunto de conocimientos, a fin de orientar la
búsqueda y ofrecer una conceptualización adecuada de los términos que se utilizaron.
Sismos
Los sismos son perturbaciones súbitas en el interior de la tierra que dan origen
a vibraciones o movimientos del suelo; la causa principal y responsable de la mayoría
de los sismos (grandes y pequeños) es la ruptura y fractura de las rocas en las capas
más externas de la corteza terrestre.
En el interior de la tierra ocurre una fractura súbita cuando la energía
acumulada excede la resistencia de las rocas. Al ocurrir la ruptura, se propagan (en el
interior de la tierra) una serie de ondas sísmicas que al llegar a la superficie sentimos
como un temblor. Generalmente, los sismos ocurren en zonas de debilidad de la
corteza terrestre que se conocen como fallas geológicas.
CAPITULO II
12
Zelaya (2007), define los sismos como “el movimiento de la corteza terrestre
o como la vibración del suelo, causado por la energía mecánica emitida de los mantos
superiores de la corteza terrestre, en una repentina liberación de la deformación
acumulada en un volumen limitado”. (pág. 26)
En relación a esto, este autor señala que muchos son los fenómenos que
pueden dar origen a los sismos: la actividad volcánica, las explosiones, el colapso de
los techos de cavernas, etc. Con mucho, los sismos más importantes desde el punto de
vista de la ingeniería son de origen tectónico, es decir, los asociados con las
deformaciones a gran escala en la corteza de la tierra. La situación obedece a la
frecuencia con que ocurren los sismos tectónicos, la energía que libera y la extensión
de las áreas que afectan.
En atención a lo anterior, muchas teorías se han propuesto relativas a las
causas de los sismos, sin embargo la teoría de las placas tectónicas es la más
confiable. Esta teoría fue desarrollada entre los años 50 y 60, y fue producto de la
colaboración internacional y del esfuerzo de talentosos geólogos (Tuzo Wilson,
Walter Pitman), geofísicos (Harry Hammond Hess, Allan V. Cox) y sismólogos (Linn
Sykes, Hiroo Kanamori, Maurice Ewing), que poco a poco fueron aportando
información acerca de la estructura de los continentes, las cuencas oceánicas y el
interior de la Tierra. Esta teoría señala que la tierra esta cubierta por varias capas de
placas duras que actúan unas con otras y, entonces, generan sismos.
En los sismos mayores tendría lugar una reacción en cadena a lo largo de toda
la longitud del deslizamiento, pero en cualquier instante dado, el origen del sismo
quedaría en un pequeño volumen de la corteza prácticamente en un punto y se
desplazaría a lo largo de la falla. Sin embargo, algunos sismologos sostienen que los
temblores se originan en los cambios de fase de la roca, acompañados de cambios
volumétricos, en volúmenes relativamente pequeños de la corteza. Los datos que
existen no son insuficientes para sostener cualquiera de las teorías, y es concebible
que diferentes sismos tectónicos sean causados por más de un mecanismo.
CAPITULO II
13
En resumen, los movimientos telúricos resultan de la liberación repentina de
la energía de deformación acumulada en el manto (foco profundo) o en un lecho
rocoso dentro de la corteza (foco superficial). Defínase foco como el sitio mismo de
origen del sismo, en el caso de una litoclasa de longitud apreciable, este se denomina
foco extenso. La proyección del foco sobre la superficie terrestre se denomina
epicentro.
Fallas Sísmicas
Se llama falla sísmica, a las fallas que se generan a la superficie de la tierra a
causa de un de un sismo. Las fallas no se forman a causa de los sismos profundos.
Las fallas se forman cuando ocurren deslizamientos recíprocos de las capas de
roca en un plano determinado. Según la dirección, los deslizamientos se clasifican de
la siguiente manera:
1. Deslizamientos en inclinación: el deslizamiento se lleva a cabo en una dirección
vertical.
a) Falla normal: la capa superior de la roca se desliza hacia abajo.
b) Falla de reversa. La capa superior de roca se desliza hacia arriba.
2. Deslizamiento horizontal. El deslizamiento ocurre en la dirección horizontal.
a) Falla lateral izquierda. Vista desde una capa de la roca, la otra capa se desliza
hacia la izquierda
b) Falla lateral derecha. Vista desde una capa de la roca, la otra capa se desliza
hacia la derecha.
Las fallas reales son, a menudo, una combinación de los cuatro tipos de
deslizamientos.
Las fallas se clasifican en ocasiones como activas o inactivas, para propósitos
de ingeniería. Algunas fallas pueden ser llamadas activas sin discusión, cuando han
sido registrados varios movimientos en tiempos recientes, tal como en la falla de san
Andrés en California. En tales casos, el periodo promedio de retorno de sismos, en
una longitud dada de la línea de falla puede usarse como un criterio de diseño
CAPITULO II
14
sísmico. Para fallas menos frecuentes activas, la división entre la clasificación de
activa e inactiva es propuesta arbitrariamente, y depende de la posibilidad de fechar
movimientos anteriores de fallas.
Diversos esquemas mecánicos se han formulado a fin de explicar el
comportamiento cinético del medio a través del cual se propaga el sismo, y poder
concluir una teoría ondulatoria general, con poco éxito debido a las características del
suelo: heterogeneidad, anisotropía, plasticidad, etc. Ha sido pues necesario recurrir a
modelos ideales con propiedades definidas, e incluso a modelos matemáticos y redes
de elementos finitos, complementados con experimentos tectónico-físicos para lograr
precisar la manera como se propagan las vibraciones telúricas.
ONDAS SÍSMICAS
La energía irradiada por el foco se dispersa dentro del medio en forma de ondas
primarias o de dilatación, que viaja en la dirección de propagación, y ondas
secundarias o cortantes que se desplazan perpendicularmente a la trayectoria de las
primarias. Dichas ondas poseen frecuencia que en general no concuerdan
específicamente con ninguna de las frecuencias naturales del suelo; por consiguiente
suponiendo que el medio es elástico, homogéneo e isotropico, se puede considerar
que la frecuencia y forma de la onda son una combinación de las diferentes
frecuencias y modos naturales del suelo.
Al respecto, Zelaya (ob.cit) expresa que producido el sismo, esta enorme
cantidad de energía se propaga en forma tridimensional desde su origen, en forma de
“ondas elásticas”. Estas ondas se pueden transmitir a través del mismo cuerpo sólido
(masa terrestre) o a través de la superficie que separa 2 cuerpos.
Características De Las Ondas Sísmicas
Cuando ocurre un sismo se producen diferentes tipos de onda:
CAPITULO II
15
a. Ondas de compresión
Conocidas como ondas P, consisten en movimientos repetidos de compresión
y enrarecimiento; son análogas a las ondas de sonido, en el cual la partícula se mueve
en la misma dirección del movimiento de la onda.
b. Ondas de cortante
Conocidas como Ondas S o ondas secundarias, producen deformaciones de
cortante a medida que se mueven dentro del suelo o la roca. El movimiento de las
partículas individuales es normal a la dirección del movimiento.
Figura 1. Representación de las ondas de compresión y de corte
CAPITULO II
16
c. Ondas Rayleigh
Son ondas que se forman en la superficie por interacción entre las ondas P y
las ondas S verticales. Son similares a las que se producen en el agua cuando se lanza
una piedra.
d. Ondas love
Son un resultado de la interacción de las ondas S horizontales con las capas
Superficiales de terreno. Las ondas Love no tienen componente vertical.
Figura 2. Representación de las ondas Rayleigh y Love
A lo largo de su trayectoria, las ondas sufren transformaciones por causa de
los cambios de densidad en el suelo, la estratificación, etc. Así pues en la interfase de
los estratos ocurre reflexión, refracción, difracción y polarización de la onda;
dependiendo de la densidad, el suelo amortigua la vibración, atenuando en mayor
CAPITULO II
17
proporción los modos de frecuencia más elevada; la inelasticidad produce además
asentamientos diferenciales, e incluso licuefacción del suelo.
La ondas, según, la teoría vibratoria de lord Rayleigh, aflora con movimiento
particular elíptico cuya amplitud llega a superar la de las ondas primarias y
secundarias, a distancias del epicentro iguales o mayores que cinco veces la
profundidad del foco; para efectos de diseño, basta considerar que el movimiento
superficial tiene tres componentes: una norte-sur (N-S), otra este-oeste (E-W), y la
otra vertical.
Aun cuando la componente vertical se solía descartar del proceso de análisis,
el terremoto de Managua del 23 de diciembre de 1972, señalo la necesidad de diseñar
las estructuras, ineludiblemente para resistir impactos verticales de hasta el 80% de
las aceleraciones máximas horizontales.
Vulnerabilidad y Riesgo Sísmico
En virtud de obtener un buen entendimiento sobre la investigación que aquí se
plantea es oportuno, tener un conocimiento claro y definido referente a lo que es
vulnerabilidad y riesgo sísmico, así como todo lo que conlleva el manejo de este
campo de estudio:
Utilizando como base las definiciones propuestas por la oficina de las
Naciones Unidas para casos de desastres – UNDRO (1979), en el marco del decenio
Internacional para la Reducción de Desastres Naturales (OPS; 1993), se entiende por
Amenaza o Peligro Sísmico, la probabilidad que se presente un sismo potencialmente
desastroso durante cierto periodo de tiempo en un sitio dado. Representa un factor de
riesgo externo al elemento expuesto, un peligro latente natural asociado al fenómeno
sísmico, capaz de producir efectos adversos a las personas, los bienes y/o el medio
ambiente.
CAPITULO II
18
Se entiende por Riesgo Sísmico, el grado de pérdida, destrucción o daño
esperado debido a la ocurrencia de un determinado sismo. Esta relacionado con la
probabilidad que se presente o manifiesten ciertas consecuencias, lo cual esta
íntimamente vinculado al grado de exposición, su predisposición a ser afectado por el
evento sísmico y el valor intrínseco del elemento.
De manera que la diferencia fundamental entre la amenaza y riesgo sísmico,
es que la amenaza sísmica esta relacionada con la probabilidad de ocurrencia del
evento sísmico, mientras que el riesgo sísmico esta relacionado con la probabilidad de
que se produzca una perdida de valor como consecuencia de un sismo ( OPS, 1993).
La Vulnerabilidad Sísmica se entiende como el grado de perdida de un
elemento o grupo de elementos bajo riesgo, resultado de la probable ocurrencia de un
evento sísmico desastroso. Es una propiedad intrínseca de las estructuras, una
característica de su comportamiento, que puede entenderse como la predisposición
intrínseca de un elemento o grupo de elementos expuestos a ser afectados o ser
susceptibles a sufrir daños, ante la ocurrencia de un evento sísmico determinado.
Estos conceptos están íntimamente relacionados entre si y en ocasiones,
tienden a confundirse o emplearse incorrectamente, por lo que es necesario
puntualizarlos en todo momento.
Necesidad De Evaluación
Con el fin de obtener estimaciones aceptables del riesgo sísmico es necesario
evaluar la vulnerabilidad sísmica de los elementos expuestos. Esta condición es
propia de cada edificación y su evaluación es un proceso complejo y laborioso. En el
caso de edificaciones esenciales, las características de su ocupación, la especial
importancia que tiene para afrontar situaciones de emergencia debido a sismos, el
carácter vital y estratégico de la preservación de su funcionalidad, los elevados costos
de reposición de daños, las características de los materiales y suministros utilizados,
CAPITULO II
19
así como la complejidad de sus instalaciones, hacen que sean especialmente
vulnerables ante la acción de un sismo.
La definición de vulnerabilidad sísmica lleva implícitos términos genéricos
como son la afectación y el daño, los cuales conviene sean acotados con el fin de
garantizar una clara interpretación. La afectación, se refiere al nivel de perturbación
funcional que puede sufrir una instalación y esta directamente relacionada con la
llamada vulnerabilidad funcional. Desde el punto de vista cualitativo el daño sísmico
puede ser de dos tipos; el daño estructural y el daño no estructural, dependiendo si el
elemento en cuestión forma parte o no del sistema resistente de la edificación. Estos
daños están relacionados con la llamada vulnerabilidad estructural y vulnerabilidad
no estructural.
Dependiendo de las características de uso de la edificación, cada uno de los
tipos de vulnerabilidad mencionados tendrá una importancia relativa. Así por
ejemplo, para edificaciones fundamentales donde la filosofía de diseño sísmico tiene
como objetivo fundamental, prevenir la perdida de vidas humanas asociada al colapso
de las edificaciones, la evaluación de la vulnerabilidad estructural se considera
determinante y gobierna la toma de decisiones.
ANALISIS DE VULNERABILIDAD
Vulnerabilidad funcional
La vulnerabilidad funcional describe la predisposición de la instalación de ver
perturbado su funcionamiento como consecuencia del incremento de la demanda de
sus servicios. Son diversos los factores que pueden contribuir a incrementar el nivel
CAPITULO II
20
de perturbación funcional, aumentando así la vulnerabilidad funcional de estas
instalaciones (OPS; 1993).
Debe prestarse atención a todos aquellos requerimientos que garanticen en
mayor o menor grado, el mantenimiento de las condiciones de función habilidad y
utilidad ante un sismo.
Vulnerabilidad no estructural.
La vulnerabilidad no estructural esta asociada a la susceptibilidad de los
elementos o componentes no estructurales de sufrir daños debido a un sismo, lo que
se ha llamado daño sísmico no estructural (Cardona, 1999). El mismo comprende el
deterioro físico de aquellos elementos o componentes que forman parte integrante del
sistema resistente o estructural de la edificación y que, pueden clasificarse en
componentes arquitectónicos (tabiquería, puertas, ventanas, plafones, etc.) y
componentes electro - mecánicos (ductos, canalizaciones, conexiones, equipos, etc.)
que cumplen con funciones importantes dentro de las instalaciones de la edificación
(ATC-29-1,1998).
La preservación durante un sismo de los componentes no estructurales en las
edificaciones esenciales es un aspecto vital, ya que ellos se relacionan directamente
con el propósito y función de la instalación, definiendo de alguna manera su razón de
ser. Paradójicamente estos elementos tienden a ser los que mas fácilmente se ven
afectados por los terremotos e igualmente los de mas fácil y menos costosa
readaptación y prevención de destrucción o afectación (OPS; 1993).
En definitiva, no es suficiente que las edificaciones no colapsen, sencillamente
deben seguir funcionando durante la ocurrencia de cualquier tipo de terremoto, lo que
nos alerta sobre la impostergable necesidad de revisar los criterios y filosofías de
diseño de los códigos sísmicos, tanto para las edificaciones nuevas como para las
existentes, a fin de garantizar un adecuado desempeño sísmico.
CAPITULO II
21
Desde el punto de vista practico y del diseño convencional vale la pena
mencionar que la importancia de estos elementos no estructurales ha sido
subestimada y en algunos casos, con severas implicaciones. Como muestra de ello,
cabe destacar situaciones en donde algunos componentes no estructurales pueden
incidir o propiciar la ocurrencia de fallos estructurales o pueden modificar
significativamente la respuesta dinámica esperada en el diseño. Por ejemplo, la
presencia de escaleras, elementos de mampostería y pesados revestimientos, pueden
alterar las propiedades dinámicas de la edificación, introduciendo excentricidades y
otros efectos torsionales indeseables.
Por lo anterior, la interacción entre los elementos estructurales y no
estructurales puede ser determinante, prueba de ello es el llamado efecto de columna
corta que tanto daño ha ocasionado y que sigue ocasionando. La subestimación en los
diseños de anclaje de equipos, la falta de control de los niveles de vibración tolerables
de los mismos, la prevención de su volcamiento o desplazamiento, la inapropiada
disposición de instalaciones y los efectos de los llamados elementos, no
intencionalmente estructurales, hace que las sofisticadas técnicas de modelaje,
análisis y diseño estructural y arquitectónico, sean en si vulnerables y ponen de
manifiesto la importancia de un apropiados sentido común y sensibilidad del
profesional involucrado en le diseño.
Vulnerabilidad estructural.
La vulnerabilidad estructural está asociada a la susceptibilidad de los
elementos o componentes estructurales de sufrir daño debido a un sismo, lo que se ha
llamado daño sísmico estructural. El mismo comprende el deterioro físico de aquellos
elementos o componentes que forman parte integral del sistema estructural de la
edificación y es el que tradicionalmente ha merecido la atención prioritaria de los
investigadores.
CAPITULO II
22
El nivel de daño estructural que sufrirá una edificación depende tanto del
comportamiento global como local de la estructura. Esta relacionado con la calidad de
los materiales empleados, las características de los elementos estructurales, su
configuración, esquema resistente y obviamente, con las cargas actuantes. La
naturaleza y grado de daño estructural pueden ser descritos en términos cualitativos y
cuantitativos, y constituye un aspecto de primordial importancia para verificar el
nivel de deterioro de una edificación, así como también su situación relativa con
respecto al colapso estructural, que representa una situación límite donde se
compromete la estabilidad del sistema.
Desde el punto de vista cualitativo, normalmente se establecen diferentes
niveles o descripciones de daño, cuya localización de fundamenta en la observación e
identificación de deterioros característicos de los diversos elementos estructurales
verificados después de la ocurrencia de un sismo. El desarrollo de modelos de daño
ha permitido evaluar el daño estructural desde el punto de vista cuantitativo,
utilizando parámetros que representan la respuesta estructural tales como,
distorsiones de piso, deformaciones de los elementos, demanda de ductilidad, energía
disipada, etc. Mediante funciones de estos parámetros, se obtienen los llamados
indicadores de daños los cuales pueden utilizarse como una medida representativa de
la degradación estructural, tanto a nivel local como global de la estructura. Cuando
estos indicadores son normalizados respecto a un estado de fallo especifico, se
denomina índices de daño (Yépez.1996).
La cuantificación del daño es un problema complejo, sobre el que no existe un
criterio unificado, razón por la cual existen una gran diversidad de modelos e índices
de daños, que nacen de un intento de facilitar su aplicación a un gran número de
tipologías de edificios y estructuras de diferentes características.
En la actualidad los esfuerzos se concentran en desarrollar métodos de
análisis, evaluación y diseños simples y fáciles de implementar en las diferentes
normativas, que incorporen los conceptos de ingeniería basada en el desempeño, y
que puedan ser aplicados a estructuras nuevas como a las existentes. Las ultimas
CAPITULO II
23
investigaciones y propuestas se han centrado en la incorporación explicita de la
demanda de desplazamiento o punto de desempeño y las características de respuesta
inelástica. Estos procedimientos, en primer lugar, deben dar una estimación adecuada
del desempeño en términos de rigidez estructural, resistencia, ductilidad y disipación
de energía y, en segundo lugar, no han de ser más complicado de lo necesario,
teniendo en cuenta las incertidumbres de los datos de entrada.
Existen varios métodos para analizar el comportamiento de las estructuras,
tanto elásticos lineales como inelásticos. Los métodos elásticos disponibles, incluyen
los procedimientos de la fuerza lateral estática, la fuerza lateral dinámica así como
procedimientos lineales usando relaciones de capacidad y demanda establecidas en
los códigos. Por otra parte el principal método de análisis inelástico, es el de análisis
dinámico no lineal de estructuras, no obstante, a efectos prácticos y de diseño, resulta
demasiado complejo y, por lo tanto, frecuentemente impracticable. De esta forma,
surgen métodos de análisis estático no lineal, que permiten comprender mejor como
trabajan las estructuras cuando se ven sometidas a movimientos sísmicos y
sobrepasan su capacidad elástica.
Análisis Estático No Lineal
El estudio de La Vulnerabilidad Sísmica de la sede de la Alcaldía, se hace a
través del modelaje de la estructura dentro del programa conocido como SAP2000 en
su versión v15.0.0, haciendo uso del análisis estático de cedencia secuencial no lineal,
mejor conocido como “Pushover”. El cual Consiste en someter a la estructura a la
acción de cargas laterales que se aplican de manera incremental en la misma
dirección. Este análisis tiene por objeto, predecir la respuesta global de la estructura,
mas allá de la capacidad elástica-lineal, permitiendo de esta forma evaluar su
capacidad de disipación de energía, identificar sus puntos críticos a los fines de
identificar la demanda y la evolución de la degradación de sus elementos hasta
alcanzar los mecanismos de colapso.
CAPITULO II
24
Análogo al método de análisis estático lineal, este tiene como objetivo
determinar el periodo fundamental de la estructura mediante estimaciones realizadas
con formulas empíricas basadas en las propiedades geométricas de la estructura y
evaluar la acción sísmica traslacional en edificios regulares menores iguales a diez
niveles o treinta metros de altura. El periodo fundamental representa un parámetro de
gran importancia ya que constituye la propiedad de la estructura que tiene mayor
efecto sobre la magnitud de las fuerzas sísmicas.
El método utilizado para el análisis estático inelástico fue el método de
análisis de cedencia secuencial (Pushover), el cual es usado como una herramienta
para evaluar el diseño de sistemas aporticados. Este procedimiento usa una serie de
análisis elásticos secuenciales, que se superponen para aproximarse a un diagrama
conocido con el nombre de curva de capacidad. Esta curva relaciona las fuerzas en
la base (cortante basal, V) y los desplazamientos (δ) en el nivel superior de la
estructura.
El análisis Push-over, es un análisis estático, no lineal, donde las cargas son
aplicadas de manera incremental, siguiendo un esquema de cargas predefinido, capaz
de reproducir la secuencia de plastificaciones en los elementos, hasta alcanzar los
mecanismos de colapso de la estructura (con este análisis, es posible verificar a que
incremento de carga comienzan a formarse las articulaciones plásticas y el elemento
donde se forma). Diferentes esquemas de aplicación de cargas pueden ser
implementados (ATC-40, 1996), que van desde la aplicación de una simple carga
concentrada en el tope de la estructura, hasta esquemas de cargas laterales en cada
piso, constantes, crecientes o proporcionales al producto de la masa del piso por la
coordenada modal que corresponde a la forma de vibración seleccionada, y se van
asociando al respectivo desplazamiento que produzcan en la estructura, tomando en
cuenta el desplazamiento máximo esperado en el tope del edificio, se proyecta para
que represente el máximo desplazamiento probable que ocurra durante el sismo de
diseño.
CAPITULO II
25
El análisis de cedencia secuencial (Pushover), constituye una valiosa
herramienta ya, que permite conocer el comportamiento de una estructura ante un
evento sísmico, lo cual implica la degradación cíclica de la rigidez de sus elementos
estructurales y la redistribución de los esfuerzos, la distribución probable de las
articulaciones plásticas, así como también una estimación de la demanda de
deformación post-cedente de una articulación plástica. De esta manera, se obtiene el
perfil característico de comportamiento del sistema estructural bajo las posibles
distribuciones de cargas laterales a las que puede estar sometido, permitiendo
modificar su diseño reforzando las vigas y/o columnas susceptibles a las cedencias
prematuras, para lograr que la estructura trabaje al límite, es decir, que posean un
comportamiento de máxima resistencia con deformaciones máximas permisibles.
Vale la pena destacar que el mecanismo de falla mas desfavorable es el de
traslación en columnas, ya que ocasiona una mayor degradación en la estructura, por
ser estos los elementos portantes de mayor importancia.
Mediante el Pushover es posible generar la curva de la estructura, la cual es
una representación global simplificada de la capacidad del edificio para resistir
fuerzas laterales. Esta curva se genera graficando los incrementos del corte basal vs.
los desplazamientos correspondientes obtenidos en el tope.
La generación de la Curva de Capacidad (corte basal vs. desplazamiento),
define la capacidad de un edificio únicamente por el patrón de distribución de fuerzas
asumidas o el patrón de desplazamientos convencional. (Ver grafica 1).
CAPITULO II
26
.
Grafica 1. Curva de capacidad.
Un punto sobre la curva define un estado específico de daño para la estructura,
ya que la deformación para todos los elementos se puede relacionar con el
desplazamiento global de la misma. La representación gráfica hace posible una
evaluación visual de cómo podría comportarse la estructura cuando se somete a un
movimiento sísmico. Correlacionando esta curva de capacidad con la demanda
sísmica generada para una intensidad específica de terremoto o de movimiento del
suelo, se puede conseguir un punto sobre esta que estime el desplazamiento máximo
del edificio que causara el terremoto, el cual define el punto de desempeño.
El método usado por el software SAP2000, para determinar el punto de
desempeño, es el método de capacidad espectral, también conocido como el método
de Aceleración-desplazamiento Espectral (ADRS). Para comparar directamente la
demanda con la capacidad de la estructura, ambos parámetros se convierten a un
grupo de coordenadas espectrales usando las características dinámicas del modo
Corte Basal Global
Limites del
desplazamiento
global Ocupación
inmediata
Seguridad
De Vida Estabilidad
Estructural
Curva de capacidad
global
Posible punto de desempeño
CAPITULO II
27
fundamental, que representa la estructura como un sistema de un solo grado de
libertad (1 GDL); a esta representación se le conoce con el nombre de espectro de
capacidad. La demanda sísmica se representa por medio de un espectro inelástico en
el mismo formato (ADRS), que considera la respuesta no lineal de la estructura. El
espectro inelástico se obtiene a partir de la reducción del espectro elástico lineal, por
medio de un amortiguamiento histerético equivalente (βeq). Para determinar el punto
de desempeño de la estructura se superponen los espectros de demanda y capacidad
sísmica. Este punto debe cumplir con las siguientes condiciones: 1) debe estar sobre
el espectro de capacidad para representar a la estructura en un determinado
desplazamiento y 2) debe estar sobre el espectro demanda (reducido a partir del
espectro elástico) que representa la demanda no lineal en el mismo desplazamiento
estructural.
Definición De Los Puntos De Plastificación
El comportamiento no lineal ocurre en puntos discretos predefinidos (hinges),
introducidos en cualquier localización sobre los elementos unidimensionales tipo
frame. Diferentes consideraciones pueden ser especificadas sobre un mismo
elemento. En particular, se ha considerado la posibilidad de formación de rotulas
plásticas a flexión, en los extremos de vigas (M3 hinge) y a flexo compresión, en los
extremos de columnas (P-M2-M3 hinge). En la siguiente figura se muestra se las
propiedades tipicas de las rotulas plasticas de tipo M3 y PMM:
CAPITULO II
28
My B IO LS CP C
D E
Tensión
θ Compresión θ
My
Gráfica 2. Curva de comportamiento típica para rotulas tipo M3
LS CP C
My (P) B IO D E
Tensión
A
θ Compresión θ
My (P)
Grafica 3. Curva de comportamiento típica para rotulas tipo PMM
Los tipos de rotulas se identifican por una escala de valores y un nombre asignado a
cada una de ellas, según la gravedad de la misma, encontrándose con los siguientes
tipos: IO representa Ocupación Inmediata, LS = Seguridad de Vida, CP = Colapso
Previo.
Conversión del Espectro de Demanda de formato estándar a Formato ADRS
En formato ADRS, como su nombre lo indica, se gráfica en el eje de las
ordenadas la aceleración espectral y en las abscisas el desplazamiento espectral. Las
CAPITULO II
29
líneas radiales que parten desde el origen, corresponden a periodos constantes Ti.
(Ver grafica 5). La ventaja de este formato es que la capacidad y la demanda pueden
superponerse en el mismo diagrama, permitiendo una solución gráfica del nivel de
desempeño de la estructura (Freeman, 1994). Es importante notar que este formato es
tan solo una representación diferente de los mismos datos, y no proporciona
información adicional.
Para convertir un espectro en formato estándar Sa (aceleración espectral) vs. T
(periodo), obtenidos de las normas de edificaciones (Ver grafica 4), a un formato
ADRS, es necesario determinar el valor de Sde (desplazamiento espectral) para cada
punto de la curva (Sae, Ti); el procedimiento para construir el espectro de demanda
sísmica en este formato es el siguiente:
Calculo el espectro elástico de aceleraciones, Sae, normalizado.
Cálculo el espectro elástico de desplazamiento Sde aplicando la siguiente
expresión:
SaeTi
Sde2
2
4 (1)
Construcción del espectro elástico en formato Aceleración vs. Desplazamiento
(ADRS) (ver figura 5)
De la figura 5 y la ecuación 1, se puede ver que las pendientes de cada recta son
proporcionales a 2
1
T.
La respuesta espectral de la demanda estándar contiene un rango de aceleraciones
espectrales constantes y un segundo rango de velocidad espectral constante, Sv (Fig.
4). La aceleración espectral y el desplazamiento a un periodo Ti, son dados por:
ecuaciones 2 y 3.
CAPITULO II
30
Grafica 4 .Espectros Elásticos de Aceleración vs. Periodo (Formato Estándar)
xSvTi
Sdi2
(2) xSvTi
Saixg2
(3)
Grafica 5. Espectro Elástico de Respuesta en Formato ADRS.
0 10 20 30 40 50
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0 Sde (cm)
T= 0.5s
T= 1s
T= 1.5s
T= 2s
T= 3s
Sae (g)
0 1.00 2.00 3.00
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0 T (s)
Sae (g)
CAPITULO II
31
Representación bilineal de la curva de capacidad
El método de capacidad espectral utiliza la representación bilineal de la curva
de capacidad para estimar el amortiguamiento viscoso equivalente βeq (ATC, 1996).
Este procedimiento sigue los pasos siguientes:
Se dibuja una línea recta que parte desde el origen Punto O ( ver grafica 6)
con una pendiente igual a la rigidez inicial Ki de la estructura en rango
elástico (el subíndice “i” indica el número de iteración).
Se define el punto de desempeño de prueba (dpi,api), denotado con la letra B (
ver gráfica 6), el cual se utiliza para obtener el espectro de demanda reducido.
Se traza una línea que va desde el punto B hasta cortar la línea definida en el
paso 1. La pendiente de esta segunda línea debe ser tal que cuando intersecte
la primera, en el punto A, de coordenadas (dy,ay), las áreas A1 y A2, que
quedan respectivamente por encima y por debajo del espectro de capacidad y
están señaladas en la grafica 6, sean iguales. Esta condición se impone para
que la curva de capacidad y su representación bilineal tengan la misma
energía. El punto A representa la cedencia de la estructura en el formato
bilineal.
Se define la representación bilineal de la curva uniendo con una línea los
puntos OAB, como se muestra en la grafica 6.
CAPITULO II
32
Grafica 6, Representación bilineal del espectro de capacidad
Amortiguamiento viscoso equivalente βeq y espectro de demanda reducido
El amortiguamiento que ocurre cuando un movimiento sísmico lleva a una
estructura dentro del rango inelástico puede ser visto como una combinación de un
amortiguamiento viscoso, que es inherente a la estructura (generalmente igual al 5%)
y un amortiguamiento histerético βo, que esta relacionado con el área interior de los
lazos que se forman cuando se grafica la fuerza sísmica (cortante en la base) frente al
desplazamiento de la estructura (ATC, 1996). De esta forma, el amortiguamiento
viscoso equivalente βeq puede ser expresado como:
βeq = βo + 0.05 Ecuación (4)
La ecuación (4) es válida para sistemas estructurales dúctiles, y períodos de
vibración relativamente cortos. No obstante, un factor modificador κ suele incluirse
para considerar el comportamiento de la estructura, en función de la capacidad del
sistema resistente y de la duración de la vibración (ATC, 1996):
βeq = κβo + 0.05 (5)
Espectro de Capacidad
CatftfaCapacidad
Representación Bilineal
O
A
Ki
A1
A2
ay
dy
api
dpi
B
Sd
Sa
CAPITULO II
33
El término de amortiguamiento histerético, βo, puede ser calculado como
(Chopra, 1995):
OS
Do
E
E
4
1 (6)
Donde ED es la energía disipada por el amortiguamiento histerético y ESO es la
máxima energía de deformación. Ambas energías se pueden calcular a partir de los
puntos característicos de la representación bilineal del diagrama de capacidad (ver
grafica 6 y 7). Las expresiones para el cálculo de ED y ESO son:
)(4 piypiyD addaE (7)
2
pipi
s
daE
O (8)
CAPITULO II
34
Grafica 7. Obtención del amortiguamiento equivalente para calcular el espectro de
demanda reducido.
La tabla 1 muestra los valores del factor modificador κ para diferentes tipos de
comportamiento estructural, que varían desde estructuras con una buena disipación de
energía (Tipo A) hasta estructuras con un comportamiento histerético bastante
deficiente (Tipo C Ver tabla 1) (ATC, 1996):
Espectro de Capacidad CatftfaCapacidad Representación Bilineal
O
A
Ki
A1
A2
ay
dy
api
dpi
B
Sd
Sa
ED
Eso
p
CAPITULO II
35
Tabla 1. Valores para el factor modificador del amortiguamiento κ (ATC, 1996)
Tipo de
Comportamiento
Estructural
βo (%)
κ
Tipo A
≤16.25
≥16.25
1.0
pipi
piypiy
da
adda51.013.1
Tipo B
≤25
≥25
0.67
pipi
piypiy
da
adda446.0845.0
Tipo C
Ningún
Valor
0.33
Tabla 2 TIPOS DE COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL.
Duración del
movimiento
Edificios nuevos
Esenciales1
Edificios de
Existencia
Promedio2
Edificios de
Existencia
Promedio3
Corto Tipo A Tipo B Tipo C
Largo Tipo B Tipo C Tipo C
CAPITULO II
36
1Edificios cuyos elementos primarios generan un sistema lateral esencialmente nuevo
y la poca resistencia o rigidez se produce por elementos que no satisfacen.
2Edificios cuyos elementos primarios son combinaciones de elementos existentes y
nuevos, o mejores que los elementos de sistemas existentes promedios.
3Edificios cuyos elementos primarios generan un sistema de fuerzas laterales que no
satisfacen con un comportamiento pobre e histérico confiable.
El espectro de demanda reducido se obtiene a partir de dos factores de
reducción espectral para la aceleración, SRA, y para la velocidad, SRV. Estos factores
son función del amortiguamiento viscoso equivalente βeq y se definen como (ATC -
40, 1996):
12.2
)(68.021.31 EFFA
Ln
BsSR (9)
65.1
)(41.031.21 EFFV
Ln
BlSR (10)
SRa y SRv deben ser mayores o iguales que los valores indicados en la Tabla 3:
Tabla 3 VALORES MINIMOS REQUERIDOS PARA SRA Y SRV.
Tipo de
Comportamiento
Estructural
SRA SRV
Tipo A 0.33 0.50
Tipo B 0.44 0.56
tipo C 0.56 0.67
CAPITULO II
37
La grafica 8 muestra la forma típica de un espectro elástico de respuesta y el
espectro reducido obtenido a partir de los factores SRA y SRV. La forma del espectro
esta definida por los coeficientes sísmicos locales CA y CV, cuyos valores dependen
de las características de la estructura (grado de importancia, uso, etc.) Y de la
amenaza sísmica local (tipo de suelo, aceleración máxima del terreno, etc.).
La respuesta elástica espectral (5% amortiguamiento) es, de esta manera,
reducida a una respuesta espectral con valores de amortiguamiento mayores al 5%
críticamente amortiguados.
2.5 CA Respuesta Espectral Elástica
5% de amortiguamiento
Aceleración
Espectral
SRA x 2.5 CA CV/T
Respuesta Espectral
Reducida
SRV x CV/T
Desplazamiento Espectral
Grafica 8. Respuesta Espectral Reducida.
CAPITULO II
38
Conversión de respuesta espectral.
La capacidad espectral puede ser desarrollada a través de la conversión punto
por punto de la curva pushover a las coordenadas del primer modo espectral.
Cualquier punto Vi (corte basal), δi (desplazamiento) sobre la curva de capacidad
(pushover), se convierten a los puntos Sai, Sdi. Correspondientes a las curvas de
capacidad espectral usando las ecuaciones:
WVi
Sai/
(11) topeiPFix
iSdi
,
(12)
Corte Basal Aceleración Espectral
Sai, Sdi
Vi, δi tope
DESPLAZAMIENTO EN EL TOPE δ DESPALZAMIENTO ESPECTRAL
CURVA DE CAPACIDAD CAPACIDAD ESPECTRAL
Grafica 9. Conversión de capacidad espectral
Donde α1 y PF1 son los coeficientes de masa modal y factores de participación
para el primer modo natural de la estructura, respectivamente, Φ1 es la amplitud del
nivel tope del primer modo. Los factores de participación modal y el coeficiente
modal se calculan como:
CAPITULO II
39
giWix
giWixPFi
/
/2
(13) gWixgWi
giWix
//
/2
1
1 (14)
Donde Wi es el peso a cualquier nivel i.
Calculo De Punto De Desempeño Usando Procedimiento B (Atc-40)
Para el calculo del punto de desempeño, el programa ETABS, emplea un método
similar, al llamado procedimiento “B” , de la Norma ATC-40 en su capitulo 8.
Este procedimiento hace una suposición simplificada que no se hacen en los otros
2 procedimientos (A y C). No solo asume que la pendiente inicial de la representación
bilineal de la curva de capacidad permanece constante, sino que también el punto ay,
dy y la pendiente posterior a la cedencia permanece constante. Estas suposiciones
permiten una solución directa sin dibujar las curvas múltiples, porque la fuerza de
amortiguamiento efectivo eff depende solamente del dpi. Los pasos a seguir para
encontrar el punto de desempeño son los siguientes:
1. Desarrolla el 5% del amortiguamiento del espectro de respuesta apropiado
para el lugar.
2. Dibuja el 5% de amortiguamiento del espectro de respuesta y dibuja una
familia de espectro reducidos en el mismo plano. Es conveniente si los
espectros trazados corresponden a los valores de amortiguamiento efectivo
( eff ) dentro del rango del 5%, al valor máximo permitido en el tipo de
comportamiento estructural del edificio. El máximo eff permitido para las
edificaciones tipo A es 40%, edificaciones tipo B es 29% y edificaciones tipo
C es 20%, en la ver grafica 10, se puede observar la familia de curvas de
espectros de demanda.
CAPITULO II
40
Grafica No 10. Familia de Espectro de Demanda
3. Transformar la curva de demanda capacidad en un espectro de capacidad
usando para ello las ecuaciones correspondientes. Graficando en el mismo
plano que la familia de curvas de espectro de demandas, tal como se muestra
en la grafica 11.
PF1 = N
i
i
N
i
i
gwi
gwi
1
2
1
1
1
(15) 1 = N
i
iN
i
N
i
i
gwi
gwi
gwi
1
12
1
2
1
1
(16)
Curva de demanda para eff = 5%, 10%, 15%, 25% y 30%
Desplazamiento Espectral
5% demanda de respuesta espectral
Ace
lera
ción e
spec
tral,
g
CAPITULO II
41
Curva de demanda para eff = 5%, 10%, 15%, 25% y 30%
Desplazamiento Espectral
5% demanda de respuesta espectral
Ace
lera
ció
n e
spec
tral,
g
Espectro de Capacidad
Sa = 1
WV
(17) Sd = 1,1 roof
roof
PF (18)
Grafica 11. Familia de Espectro de Demanda y Espectro de Capacidad
4. Desarrollar una representación bilineal del espectro de capacidad tal como se
observa en la gráfica 12. La pendiente inicial de la curva bilineal es igual a la
rigidez inicial de la edificación. Este segmento posterior a la cedencia de la
representación bilineal debe ejecutarse a través del espectro de capacidad a un
desplazamiento espectral de 5% del amortiguamiento espectral, al inicio de la
rigidez anterior a la cedencia, punto a* , d*. El segmento posterior a la
CAPITULO II
42
Curva de demanda para eff = 5%, 10%, 15%, 25% y 30%
Desplazamiento Espectral
Ace
lera
ción e
spec
tra
l, g
Espectro de Demanda
Espectro de Capacidad A2
A1
Representación Bilineal del Espectro
de Capacidad
Área A1 = Área A2
a*
ay
dy d*
cedencia debe rotarse de tal manera sobre este punto equilibrando las áreas A1
y A2 como lo muestra la gráfica 12.
Grafica 12. Espectro de Capacidad, procedimiento “B” después del paso 4
Comentario: En el paso 3, es donde se hace la suposición simplificada según
este procedimiento. En este paso se coloca la pendiente del segmento posterior a la
cedencia de la representación bilineal del espectro de capacidad a un valor constante,
y por ende le permite a eff ser expresado directamente en términos de (dpi).
Exigiendo al segmento posterior a la cedencia atravesar el espectro de capacidad en el
punto de desplazamiento elástico asegurando que el segmento posterior a la cedencia
este simulado sobre el espectro de capacidad estrechamente en esa región,
permitiendo así verificar los resultados que emplea los procedimiento A o C.
CAPITULO II
43
5. Calcula el amortiguamiento efectivo para varios desplazamientos cerca del
punto a* , d*. la pendiente del segmento posterior a la cedencia de la
representación bilineal del espectro de capacidad se da por las siguientes
ecuaciones:
Pendiente posterior a la cedencia = y
y
dd
aa
*
* (19)
Para cualquier punto api , dpi en el segmento posterior a la cedencia de la
representación bilineal, la pendiente viene dada por:
Pendiente posterior a la cedencia = ypi
ypi
dd
aa (20)
Debido a que las pendientes son constantes, estas ecuaciones pueden
igualarse, teniendo como resultado lo siguiente:
y
y
dd
aa
*
* =
ypi
ypi
dd
aa (21)
Resolviendo la ecuación para api en función del dpi. Llamando api en
función de api’.
api’ = y
ypiy
dd
ddaa
*
* (22)
Este valor puede ser sustituido por el api en la ecuación antes mencionada
para así poder obtener una ecuación para eff en función del dpi.
CAPITULO II
44
Curva de demanda para eff = 5%, 10%, 15%, 25% y
30%
Desplazamiento Espectral
Ace
lera
ción e
spec
tral,
g
Espectro de Demanda
Espectro de
Capacidad A2 A1
Representación Bilineal del
Espectro de Capacidad
Área A1 = Área A2
a*
ay
dy d*
eff = 57.63
pipi
piypiy
da
addak (23) eff = 5
'
'7.63
pipi
piypiy
da
addak (24)
Resolviendo la ecuación anterior para eff, para una serie de valores dpi
entrando en la tabla 8-1 (ATC-40), para encontrar el factor k, o entrando en la
tabla 8-3 (ATC-40).
6. Para cada valor dpi considerando en el paso 5, se dibuja el punto resultante dpi,
eff, en el mismo plano que la familia de espectros de demanda y el espectro
de capacidad. En la gráfica 13. Se muestra cinco valores correspondientes a
estos puntos.
Grafica 13. Espectro de Capacidad, procedimiento “B” después del paso 6
CAPITULO II
45
Curva de demanda para eff = 5%, 10%, 15%, 25% y 30%
Desplazamiento Espectral
Ace
lera
ción e
spec
tral,
g
Espectro de Demanda
Espectro de Capacidad A2
A1
Representación Bilineal del Espectro
de Capacidad
Área A1 = Área A2
a*
ay
dy d*
7. Como se ilustra en la gráfica 14, se conectan todos los puntos creados en el
paso 6, en forma lineal. La intercepción de esta línea con el espectro de
capacidad define el punto de desempeño. Este procedimiento proporciona los
mismos resultados que los otro procedimiento si el punto de desempeño está
en el a*,d*. Los resultados diferirán ligeramente del otro procedimiento si el
punto de la actuación no está en el punto a *, d *. Si el punto de desempeño se
encuentra distante del punto a *, d *, entonces el ingeniero puede querer
verificar los resultados que arroja el procedimiento A o C
Grafica 14. Espectro de Capacidad, procedimiento “B” después del paso 7
CAPITULO II
46
LIMITACIONES DEL ANALISIS PUSHOVER.
Existe un consenso general en que el daño estructural es una función
tanto de la deformación como de la energía. El procedimiento utilizado
en el análisis pushover implícitamente asume que el daño depende solo
de la deformación lateral de la estructura, despreciando los efectos de
duración y disipación de energía acumulada. Por lo tanto, la
aplicabilidad de esta medida del daño es algo simplista, particularmente
para estructuras no dúctiles, cuyos ciclos histereticos inelásticos
presentan un fuerte estrechamiento y una forma errática.
El análisis pushover se centra solo en la energía de deformación de una
estructura, con lo cual, este procedimiento puede conducir a despreciar
la energía asociada a las componentes dinámicas de las fuerzas, es decir,
la energía cinética y la energía de amortiguamiento viscoso.
Los efectos torsionales producidos por las vibraciones de resistencia y
rigidez no pueden ser considerados con un análisis pushover, debido a
que es un análisis en dos dimensiones.
El patrón de cargas solo considera fuerzas sísmicas laterales e ignora
por completo las cargas sísmicas verticales.
Los cambios progresivos en las propiedades modales que ocurren en la
estructura cuando experimenta cedencia no lineal cíclica durante un
sismo, no son considerados en este tipo de análisis.
CAPITULO II
47
NIVELES DE DESEMPEÑO (PROPUESTA ATC-40.)
Niveles Para los elementos estructurales
Se definen tres niveles para los estados de daño discretos: ocupación inmediata,
seguridad y estabilidad estructural. Estos tres niveles pueden ser utilizados
directamente para definir criterios técnicos en los procesos de evaluación y
rehabilitación de estructuras. Adicionalmente, se establecen dos rangos intermedios:
daño controlado y seguridad limitada. Estos rangos intermedios permiten discriminar,
de una forma más adecuada y útil, el nivel de desempeño de la estructura. Esto es de
gran utilidad en el caso de ser necesaria una evaluación o un reforzamiento de una
estructura en particular. Estos niveles se identifican por la abreviación, SP-n (SP son
las siglas de “Structural Performance” y n es un numero que varia entre 1 y 6).
A continuación se describen estos 6 niveles de desempeño:
Ocupación inmediata, SP-1: los daños son muy limitados y de tal magnitud,
que el sistema resistente de cargas laterales y verticales permanece
prácticamente en las mismas condiciones de capacidad y de resistencia que
antes de ocurrido el sismo. No se presentan pérdidas de vidas humanas y la
estructura funciona con normalidad.
Daño controlado, SP-2: corresponde a un estado de daño que varía entre los
límites de ocupación inmediata y seguridad. La vida de los ocupantes no esta
en peligro, aunque es posible que éstos puedan verse afectados.
Seguridad, SP-3: los daños después del sismo no agotan por completo los
márgenes de seguridad existentes frente a un posible colapso parcial o total de
la estructura. Pueden producirse algunos heridos tanto en el interior como en
CAPITULO II
48
el exterior, sin embargo el riesgo de la vida de los ocupantes debido al fallo de
los elementos estructurales es muy bajo. Es posible que sea necesario la
reparación de la estructura antes de ser ocupada de nuevo, siempre y cuando
sea factible y rentable desde el punto de vista económico.
Seguridad limitada SP-4: corresponde a un estado de daño entre los niveles
de seguridad y estabilidad estructural, en el que algunas partes de la estructura
pueden requerir un reforzamiento para poder garantizar el nivel de seguridad.
Estabilidad estructural, SP-5: este nivel corresponde al estado de daño
límite después de ocurrido un sismo en el cual el sistema estructural está muy
cerca de experimentar un colapso parcial o total. Se producen daños
sustanciales, pérdida de rigidez y resistencia en los elementos estructurales. A
pesar de que el sistema de cargas verticales sigue funcionando, hay un alto
riesgo de que se produzca el colapso por causa de posibles replicas. Es muy
probable que los daños en la estructura más antiguas sean técnica y
económicamente irreparables.
No considerado, SP-6: este no es un nivel de desempeño, pero es útil en
algunas ocasiones que requieran evaluar los daños sísmicos no estructurales o
realizar un reforzamiento.
NIVELES PARA LAS ESTRUCTURAS
En la tabla 4. Se muestran las combinaciones (propuestas en el ATC-40) de los
niveles de desempeño de los elementos estructurales y los elementos no estructurales.
Estas combinaciones representan el comportamiento global del edificio. Una
descripción detallada de cada una de estas combinaciones puede consultarse en la
CAPITULO II
49
referencia mencionada. No obstante, entre ellas es posible distinguir cuatro niveles de
desempeño fundamentales para una estructura, los cuales han sido resaltados en la
tabla que se describe a continuación.
Tabla 4 Niveles de desempeño de las estructuras (ATC, 1996)
Niveles de
desempeño
no
estructural
NIVELES DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL
SP-1 SP-
2 SP-3
SP-
4 SP-5 SP-6
NP-A 1-A
operacional 2-A NR NR NR NR
NP-B 1-B Ocupación
inmediata 2-B 3-B NR NR NR
NP-C 1-C 2-C
3-C
Seguridad 4-C 5-C 6-C
NP-D NR 2-D 3-D 4-D 5-D 6-D
NP-E NR
NR 3-E 4-E
5-E
Estabilidad
estructural
NO
APLICABLE
NR: combinación no recomendada
Operacional 1-A: los danos estructurales son limitados y los danos en los
sistemas y elementos no estructurales no impiden que la estructura continué
funcionado con normalidad después del sismo. Adicionalmente, las reapariciones
que son necesarias no impiden la ocupación del edificio, por lo cual este nivel se
asocia con un estado de funcionalidad.
CAPITULO II
50
Ocupación inmediata 1-B: corresponde al nivel de diseño mas utilizado para
estructuras esenciales, como es el caso por ejemplo de los hospitales. Se espera que
los diferentes espacios y sistemas de la estructura puedan seguir siendo utilizados
después del sismo, a pesar de que pueden ocurrir algunos danos en los contenidos.
Se mantiene la seguridad de los ocupantes.
Seguridad 3-C: la probabilidad de pérdidas de vidas humanas es prácticamente
nula. Este nivel corresponde al desempeño esperado de la estructura con la
aplicación de los códigos correspondientes. Se presentan danos limitados en los
elementos estructurales y algunos elementos no estructurales como acabados y
fachadas, entre otros, pueden fallar, sin que esto ponga en peligro la seguridad de
los ocupantes.
Estabilidad estructural 5-E: el margen de seguridad del sistema resistente de
cargas laterales se encuentra prácticamente al límite y la probabilidad del colapso
ante la ocurrencia de posibles replicas es bastante alta, no obstante, el sistema de
cargas verticales continúa garantizando la estabilidad del edificio. Los danos no
estructurales no requieren ser evaluados debido al nivel de danos en los elementos
estructurales. No se garantiza la seguridad de los ocupantes ni transeúntes, por lo
que se sugiere desalojar y, en algunos casos, demoler la estructura.
Movimientos Sísmicos De Diseño.
El ATC-40 utiliza tres niveles de movimiento sísmico, para el diseño de
estructuras: sismo de servicio, sismo de diseño y sismo máximo. Las principales
características de estos tres sismos se describen a continuación. Las siglas S, D, y M
CAPITULO II
51
hacen referencia respectivamente a Servicio, Diseño, Máximo, mientras que E,
conserva la inicial de la palabra inglesa “Earthquake”.
Sismo de servicio, SE: corresponde a un movimiento del terreno que tiene
una probabilidad del 50% de ser excedido en un período de 50 años, o un
período de retorno de 72 años. Éste se califica como un sismo frecuente ya
que puede ocurrir más de una vez durante la vida útil de la estructura. La
magnitud de estos sismos puede tomarse aproximadamente, como la mitad del
sismo de diseño utilizado en los códigos y normativas.
Sismo de diseño, DE: representa un movimiento sísmico poco frecuente de
intensidad entre moderada y severa, y se entiende que puede ocurrir al menos
una vez durante la vida de la estructura. Se define como el movimiento del
terreno que tiene una probabilidad del 10% de ser excedido en 50 años, es
decir, que tiene un periodo de retorno de 475 años. Este sismo como su
nombre lo indica, es el que generalmente establecen los códigos para el diseño
de estructuras convencionales.
Sismo máximo, ME: corresponde al máximo movimiento del terreno que
puede ser esperado en el sitio donde se encuentra localizada la estructura, con
una probabilidad del 5% de ser excedido en un periodo de 50 años, es decir
con un periodo de retorno de aproximadamente 975 años. Este nivel de
movimiento generalmente varia entre 1.25 y 1.50 veces el valor del sismo de
diseño y, es utilizado para el diseño de estructuras esenciales.
CAPITULO II
52
Problemas de configuración arquitectónica y estructural
Por configuración no se entiende la mera forma espacial de la
construcción en abstracto, sino el tipo, disposición, fragmentación, resistencia y
geometría de la estructura de la edificación, relación de la cual se derivan
problemas de respuesta estructural ante sismos. En el planeamiento de una
edificación de uso esencial es necesario tener en cuenta que una de las mayores
causas de daños en edificaciones ha sido en el uso de esquemas de
configuración arquitectónico-estructural nocivos. Puede decirse de manera
general que el alejamiento de formas y esquemas estructurales simples es
castigado fuertemente por los sismos. Y además que, lamentablemente, los
métodos de análisis sísmico usuales no logran cuantificar adecuadamente la
mayoría de estos problemas. De cualquier forma, dada la naturaleza errática de
los sismos, así como la posibilidad de que se exceda el nivel de diseño, es
aconsejable evitar el planteamiento de configuraciones riesgosas,
independientemente del grado de sofisticación que sea posible lograr en el
análisis de cada caso.
Problemas de configuración en planta
Longitud
La longitud en planta de una construcción influye en la respuesta
estructural de la misma de una manera que no es fácil determinar por medio de
los métodos usuales de análisis. En vista de que el movimiento del terreno
consiste en una transmisión de ondas, la cual se da con una velocidad que
depende de las características de masa y rigidez del suelo de soporte, la
excitación que se da en un punto de apoyo del edificio en un momento dado
difiere de la que se da en otro, diferencia que es mayor en la medida en que sea
mayor la longitud del edificio en la dirección de las ondas. Los edificios cortos
se acomodan más fácilmente a las ondas que los edificios largos.
CAPITULO II
53
Considerando lo anterior, el correctivo usual para el problema de
longitud excesiva de edificios es la partición de la estructura en bloques por
medio de la inserción de juntas de dilatación sísmica, de tal manera que cada
uno de ellos pueda ser considerado como corto. Estas juntas deben ser
diseñadas de manera tal que permitan un adecuado movimiento de cada bloque
sin peligro de golpeteo o choque entre los diferentes cuerpos o bloques que
componen la edificación.
Problemas de configuración en altura
Escalonamientos
Los escalonamientos en los volúmenes del edificio se presentan
habitualmente por exigencias urbanísticas de iluminación, proporción, etc. Sin
embargo, desde el punto de vista sísmico, son causa de cambios bruscos de
rigidez y de masa; por lo tanto, traen consigo la concentración de fuerzas que
producen daño en los pisos aledaños a la zona del cambio brusco En términos
generales, debe buscarse que las transiciones sean lo más suave posible con el
fin de evitar dicha concentración.
Configuración estructural
Columnas débiles
Las columnas dentro de una estructura tienen la vital importancia de ser
los elementos que trasmiten las cargas a las cimentaciones y mantienen en pie a
la estructura, razón por la cual cualquier daño en este tipo de elementos puede
provocar una redistribución de cargas entre los elementos de la estructura y
traer consigo el colapso parcial o total de una edificación.
Por lo anterior, el diseño sísmico de pórticos (estructuras formadas
preferentemente por vigas y columnas) busca que el daño producido por sismos
intensos se produzca en vigas y no en columnas, debido al mayor riesgo de
colapso del edificio por el de daño en columnas. Sin embargo, muchos edificios
CAPITULO II
54
diseñados según códigos de sismo resistencia han fallado por esta causa. Estas
fallas pueden agruparse en dos clases:
• Columnas de menor resistencia que las vigas.
• Columnas cortas.
Varias son las causas de que el valor de la longitud libre se reduzca
drásticamente y se considere que se presenta una columna corta:
- Confinamiento lateral parcialmente en la altura de la columna por muros
divisorios, muros de fachada, muros de contención, etc.
- Disposición de losas en niveles intermedios.
- Ubicación del edificio en terrenos inclinados.
Las columnas cortas son causa de serias fallas en edificios bajo excitaciones
sísmicas debido a que su mecanismo de falla es frágil.
Excesiva flexibilidad del diafragma
Un comportamiento excesivamente flexible del diafragma de piso
implica deformaciones laterales no uniformes, las cuales son en principio
perjudiciales para los elementos no estructurales adosados al diafragma.
Adicionalmente, la distribución de fuerzas laterales no se hará de acuerdo a la
rigidez de los elementos verticales.
Son varias las razones por las cuales puede darse este tipo de comportamiento
flexible. Entre ellas se encuentran las siguientes:
• Flexibilidad del material del diafragma.
• Relación de aspecto (largo/ancho) del diafragma. Por tratarse de un trabajo a
flexión de este tipo de elementos, mientras mayor sea la relación largo/ancho
del diafragma, mayores pueden ser sus deformaciones laterales. En general, los
diafragmas con relaciones de aspecto superiores a 5 pueden considerarse
flexibles.
CAPITULO II
55
• Rigidez de la estructura vertical. La flexibilidad del diafragma debe juzgarse
también de acuerdo con la distribución en planta de la rigidez de los elementos
verticales. En el caso extremo de un diafragma en el que todos los elementos
verticales tengan igual rigidez es de esperarse un mejor comportamiento del
diafragma que en el caso en el cual tengan grandes diferencias en este punto.
• Aberturas en el diafragma. Las aberturas de gran tamaño practicadas en el
diafragma para efectos de iluminación, ventilación y relación visual entre los
pisos, ocasionan la aparición de zonas flexibles dentro del diafragma, las cuales
impiden el ensamblaje rígido de las estructuras verticales.
Las soluciones al problema de excesiva flexibilidad del diafragma son
múltiples, y dependen de la causa que la haya ocasionado. Las grandes
aberturas en el diafragma deben estudiarse con cuidado, con el fin de proveer
mecanismo de rigidización o, si esto no es posible, segmentación del edificio en
bloques.
Torsión
La torsión ha sido causa de importantes daños de edificios sometidos a
sismos intensos, que van desde la distorsión a veces visible de la estructura (y
por tanto su pérdida de imagen y confiabilidad) hasta el colapso estructural. La
torsión se produce por la excentricidad existente entre el centro de masa y el
centro de rigidez.
Algunos de los casos que pueden dar lugar a dicha situación en planta son:
• Posición de elementos rígidos de manera asimétrica con respecto al centro de
gravedad del piso.
• Colocación de grandes masas en forma asimétrica con respecto a la rigidez.
• Combinación de las dos situaciones anteriores.
Debe tenerse presente que los muros divisorios y de fachada que se encuentren
adosados a la estructura vertical tienen generalmente una gran rigidez y, por lo
CAPITULO II
56
tanto, habitualmente participan estructuralmente en la respuesta al sismo y
pueden ser causantes de torsión, como en el caso corriente de los edificios de
esquina.
Cuantitativamente, puede considerarse que una excentricidad entre el
centro de la masa y de rigidez es grande cuando supera el 10% de la dimensión
en planta bajo análisis. En un caso así deben tomarse medidas correctivas en el
planteamiento estructural del edificio.
Si se contempla además la situación en altura, el panorama de la torsión
puede complicarse aún más cuando hay irregularidades verticales, como los
escalonamientos. En efecto, la parte superior del edificio transmite a la inferior
un cortante excéntrico, lo cual provoca torsión del nivel de transición hacia
abajo, independientemente de la simetría o asimetría estructural de los pisos
superiores e inferiores.
Como todos los problemas de configuración, el de la torsión debe ser
enfrentado desde la etapa de diseño espacial y de forma de la edificación. Los
correctivos necesarios para el problema de la torsión pueden resumirse en
general en los siguientes puntos:
• Las torsiones deben ser consideradas inevitables, debido a la naturaleza del
fenómeno y a las características de la estructura. Por esta razón, se sugiere
proveer a los edificios de rigidez, mediante la cual se busca reducir la
posibilidad de giro en planta.
• A efectos del control de la torsión, debe estudiarse con cuidado el
planteamiento de la estructura en planta y en altura, así como la presencia y la
necesidad de aislamiento de los muros divisorios no estructurales que puedan
intervenir estructuralmente en el momento de un sismo.
Finalmente, el objetivo debe ser proveer a la estructura con la mayor simetría
posible de la rigidez con respecto a la masa.
CAPITULO II
57
La morfología estructural tiene una evidente influencia en su respuesta a las
acciones sísmicas, y sus irregularidades, al dar origen a excentricidades, más o
menos importantes, entre los centros de masas y los centros de rigidez del sistema
estructural, incrementando considerablemente las solicitaciones de corte y momento
producidos por el sismo de diseño.
La norma COVENIN 1756 toma muy en cuenta esta influencia de la morfología
estructural, y si bien no se restringe las irregularidades de forma impuesta por el uso
y la solución arquitectónica, las penaliza.
Bases Legales
Toda persona tiene el derecho de gozar con un lugar digno y habitable, tal
cual como lo establece la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela
(1999), que en su Capítulo V denominado “De los Derechos Sociales y de la
Familia”, y específicamente el Artículo 82 establece lo siguiente:
“Toda persona tiene derecho a una vivienda adecuada, segura, cómoda, higiénica, con
servicios básicos esenciales que incluyan un hábitat que humanice las relaciones
familiares, vecinales y comunitarias. La satisfacción progresiva de este derecho es
obligación compartida entre los ciudadanos y ciudadanas y el Estado en todos sus
ámbitos...”.
Al mismo tiempo, se considera a la Ley Orgánica de los Consejos Comunales
(2006) que tiene por objeto regular la constitución, conformación, organización y
funcionamiento de los consejos comunales, como una instancia de participación para
el ejercicio directo de la soberanía popular y su relación con los órganos y entes del
Poder Público para la formulación, ejecución, control y evaluación de las políticas
públicas, así como los planes y proyectos vinculados al desarrollo comunitario.
Por otra parte, en materia de gestión de riesgo, se considera la Ley de Gestión
Integral de Riesgos Socio-Naturales y tecnológicos (2009), la cual tiene por objeto
CAPITULO II
58
conformar y regular la gestión integral de riesgos socio-naturales y tecnológicos,
estableciendo los principios rectores y lineamientos que orientan la política nacional
hacia la armónica ejecución de las competencias concurrentes del Poder Público
Nacional, Estadal y Municipal en materia de gestión integral de riesgos socio-
naturales y tecnológicos.
Es importante resaltar los avances en la ingeniería estructural y
sismorresistente al día de hoy, por lo que este trabajo se fundamenta, al igual que en
las leyes mencionadas anteriormente, en las normas venezolanas COVENIN,
específicamente en la norma COVENIN 1756:2001 Edificaciones Sismorresistentes:
en esta norma se establece que una estructura debe cumplir con los siguientes
requerimientos de un diseño sismorresistente.
Las estructuras no deben sufrir daños bajo la acción de sismos menores.
Deben resistir sismos moderados con algunos daños, económicamente
reparables en elementos no estructurales.
Deben resistir sismos intensos sin colapsar, aunque presenten daños
estructurales importantes (COVENIN, 2001)
CAPITULO III
59
CAPITULO III
MARCO METODOLOGICO.
Tipo de Investigación.
En función de las características del trabajo, este se circunscribe en la
modalidad de Trabajo Especial de Grado enmarcado en un estudio de campo de
carácter comparativo bajo un diseño analítico descriptivo.
Debido a que el mismo constituye un proceso sistemático en el cual la
recolección de datos se realiza directamente de la realidad en donde se encuentra
la estructura tiene carácter de estudio de campo.
Se considera de carácter comparativo porque se realizan levantamientos
planímetricos y altimétricos que buscan la Concordansa con los planos existentes
de modo que teniendo las mediciones necesarias se podrán hacer las
comparaciones respectivas y de esta manera considerar la evaluación sísmica de la
estructura.
Es de tipo analítico descriptiva porque se pretende evaluar el comportamiento
estructural de la edificación según las nuevas especificaciones normativas y dar
recomendaciones acerca de su adecuación estructural.
Procedimientos de la Investigación
Para evaluar la vulnerabilidad sísmica de la Alcaldía de Guanare se utilizará el
programa de análisis no lineal basado en elementos finitos SAP 2000 en su
versión v15.0.0; para lo cual se requiere definir:
Propiedades mecánicas de los materiales estructurales (F’c, Fy , módulo
de elasticidad).
CAPITULO III
60
Características geométricas (dimensiones, luces, alturas de entre piso, etc.)
y aspectos generales de la edificación.
Inspección Ocular y estado de conservación.
Modelo matemático utilizado para el análisis estructural.
1. Propiedades mecánicas de los materiales estructurales.
La calidad de los materiales que se usaron en el momento de la
construcción del edificio en estudio, es de suma importancia para dar
continuidad a la evaluación, para ello en los planos suministrados salen
dichas propiedades que son esenciales en los datos de introducción del
modelomatemático:fy=28000000Kg/m2,f’c=2100000Kg/m
2
E=21880000000
2. Características geométricas y aspectos generales de la edificación.
La obtención de los planos para la evaluación de la Alcaldía de
Guanare, se realizó a través del Departamento de proyecto, de la alcaldía
de Guanare, Estado Portuguesa, por medio de los cuales se obtienen la
mayoría de los datos necesarios para el inicio de la presente
investigación. En este conjunto de planos se encuentra la información
más relevante como: Arquitectura de la edificación, distribución de
espacios, armado y distribución de las losas de entrepiso y techo,
despiece de vigas y columnas, fachadas, etc.
El Edificio Rental donde funciona la Alcaldía de Guanare se
encuentra ubicado en la ciudad de Guanare, Estado Portuguesa,
específicamente en la carrera 5ta, esquina calle 23, Barrio Cementerio.
La fecha de construcción de la edificación según la información
suministrada por los planos es de 1963 y su puesta en funcionamiento
fue aproximadamente en 1970 lo que da un lapso de tiempo entre la
CAPITULO III
61
puesta en construcción de la edificación y la presente evaluación de 44
años, dato de importancia para establecer el valor del factor de reducción
de respuesta sísmica usado para la evaluación sísmica de la zona.
Por otro lado, La estructura sobre la cual se lleva a cabo la evaluación
sísmica corresponde a una edificación que está mayormente conformada
Por área administrativa de atención al público, posee también amplios
pasillos que dan acceso a las diferentes oficinas, un salón de reuniones,
baños, ascensores, escaleras, en el mismo existen vigas planas del
mismo espesor que la losa, la tipología estructural es aporticada.
Algunos despieces, cuadro de columnas, y las dimensiones de los
elementos estructurales se pueden observar en los planos anexos.
3. Inspección ocular de la edificación y estado de conservación.
Se realizó con el propósito de conocer las condiciones y estado actual de
la edificación. Se hizo el levantamiento de la estructura existente
(ubicación de vigas, columnas, alturas de pisos etc.), para luego ser
comparada con lo establecido en los planos.
Para lo anterior, se tomaron los siguientes aspectos en cuenta para realizar la
inspección:
Ubicación de elementos estructurales y no estructurales, ubicación de
pacillos, ubicación de ascensor y escaleras, etc.
Identificación de áreas donde se desarrolla la mayor parte de las
actividades.
Respaldo de la información por registros fotográficos.
Como mínimo de información necesaria para hacer las comparaciones con los
planos se tomaron las siguientes mediciones:
CAPITULO III
62
Dimensiones de vigas y columnas.
Espesor y tipos de losas
Altura de los entrepisos.
Distancias entre ejes estructurales.
Realizando las comparaciones de las mediciones realizadas en campo con las
especificaciones de los planos observamos que:
La ubicación y separación entre los elementos estructurales,
corresponde a los indicados en los planos.
Las secciones de vigas corresponden con los planos.
Las secciones de columnas corresponden con los planos.
La distribución arquitectónica de los espacios (ubicación de tabiquería
y usos de las diferentes áreas) no corresponde con la planteada en los
planos originales.
Para conocer el estado de conservación del edificio a evaluar, se realiza una
inspección visual con el fin de inspeccionar si presenta síntomas patológicos y
poder inferir de cierta forma las causas de dicha sintomatología. Para tal fin se
tomaron en cuenta:
Presencia de fisuras y/o grietas en los diferentes elementos
estructurales.
Presencia de humedad, manchas, sangrado del concreto, etc.
Filtraciones en losas.
4. Modelo matemático utilizado para el análisis estructural.
Para la evaluación del edificio sede de la Alcaldía de Guanare según las
Normas sismorresistentes COVENIN 1756-2001, se hace necesario plantear el
modelo matemático que represente el comportamiento estructural de la edificación
existente para los diferentes análisis.
CAPITULO III
63
Para plantear el modelo matemático se procede a desarrollar la edificación de
concreto armado de la siguiente forma:
Es una estructura aporticada, compuesta básicamente por cuatro líneas
perpendiculares a la dirección X, seis líneas perpendiculares a la dirección
Y, posee 7 niveles, estos están conformados por losas en una dirección
apoyadas sobre vigas. Los elementos estructurales, tales como columnas y
vigas son representados en el programa a través de elementos tipo frame,
mientras que la losa es representada a través de un elemento tipo Shell y
se le asigna un diafragma rígido que conecta a todos los elementos que se
encuentran en su plano.
Estimación de cargas actuantes sobre vigas y losas.
Acciones permanentes:
Luego de realizar la introducción de la geometría del modelo en el programa, se
realiza la estimación de cargas, este análisis de carga toma en cuenta el peso
propio de la losa, transmisión del peso de la losa sobre las vigas, cálculo del peso
de la tabaquería sobre losa y sobre vigas, etc.
Para el cálculo de estas cargas se empleo La Norma COVENIN - MINDUR
2002-88 (Criterios y Acciones Mínimas para el Proyecto de Edificaciones),
tomando en cuenta los material empleados para la construcción de la Alcaldía de
Guanare.
Bloque de Concreto e = 15cm frisado por Ambas Caras:
W = 270 Kg/m2
Bloque de Concreto e = 15cm frisado por Una Cara y Cerámica por la otra:
W = 280 Kg/m2
CAPITULO III
64
Losas nervadas
Los entrepisos nervados formados por loseta superior de 5 cm de espesor,
nervios de 10 cm de ancho con separación de 50 cm de eje a eje y rellenos de
bloques de arcilla o de concreto de agregados livianos que cumplen las normas
COVENIN, tienen los siguientes pesos:
Losa nervada armada en una dirección e = 25cm W= 315 Kg/m2
Manto Asfáltico en una sola capa, Reforzada Interiormente y con acabado exterior
5 mm de espesor:
W = 6 Kg/m2
Carga por instalaciones = 30 Kg/m2
Acciones variables:
Los Valores de las acciones Variables serán tomados de la tabla 5.1
(MÍNIMAS CARGAS DISTRIBUIDAS VARIABLES SOBRE ENTREPISOS
kgf/m2).
USO DE LA EDIFICACION:
Edificaciones Institucionales (medico asistenciales, cuarteles y cárceles,
monasterios, ministerios)
AMBIENTES:
AREAS PUBLICAS (pasillos, comedores, vestuarios, salas de estar):
WVarible = 300 Kg/m2
AREAS PRIVADAS (oficinas, servicios y mantenimientos):
WVarible = 250 Kg/m2
CAPITULO III
65
AREAS CON ASIENTOS FIJOS:
WVarible = 400 Kg/m2
AZOTEAS O TERRAZAS:
WVarible = 100 Kg/m2
BIBLIOTECAS, ARCHIVOS Y SIMILARES:
Salas de lectura: 300 kgf/m2.
Salas de archivo: Según ocupación y equipos, pero no menor de 500 kgf/m2.
Zona de estanterías con libros: 250 kgf/m2 por cada m. de altura, pero no menor
de 700 kgf/m2.
Depósitos de libros según especificaciones particulares, pero no menor de 250
kgf/m2 por metro de altura del depósito.
Depósito de libros apilados y estanterías sobre rieles: 1100 kgf/m2 por cada m de
altura.
PASILLO INTERNO:
WVariable = 175 Kg/m2
PISO SALA DE MAQUINA ASCENSOR
Wvariable = 2000 Kg/m2
TECHOS con CP > 50 kgf/m2:
WVarible = 100 Kg/m2
DEPOSITOS EN GENERAL
Según especificaciones particulares, pero no menor de 250 kgf/m2 por metro
de altura del depósito; véase Tabla 4.2.
CAPITULO III
66
Caracterización sísmica de la estructura (COVENIN 1756:01)
Se hace uso de la norma COVENIN 1756-2001, para obtener de los parámetros
sísmicos, necesarios para modelar la estructura y estudiar su comportamiento ante
un posible evento sísmico; específicamente los capítulos: 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 de
esta norma, contemplando también el capitulo 12 por tratarse de una edificación
existente; cada capitulo contiene los articulados, en los cuales se encuentra:
Zona sísmica correspondiente a la edificación según su ubicación.
Primeramente se procede a la clasificación de la zona donde se encuentra la
Alcaldía de Guanare dentro del Territorio Nacional, según el capitulo 4 de la
tabla 4.2 de la norma COVENIN 1756:01, establece que a la ciudad de
Guanare del estado Portuguesa, específicamente el Municipio Guanare le
corresponde una zona sísmica numero 4, a la cual le corresponde un
coeficiente de aceleración horizontal Ao = 0.25 según capítulo 4, (tabla 4.1
norma COVENIN 1756:01)
Clasificación de la estructura.
Clasificación según el uso:
La clasificación según su uso se encuentra en el capítulo 6, resultando
que pertenece al grupo A, por tratarse de una edificación de uso esencial,
con lo que le corresponde un factor de importancia de α = 1.3 (tabla 6.1
norma COVENIN 1756:01).
Clasificación según el nivel de diseño:
El nivel de diseño tomado para la evaluación, según lo establecido
por la norma capítulo 6 (tabla 6.2 norma COVENIN 1756:01), entrando
con el grupo A, y zona sísmica 4, se obtiene un nivel de diseño de tipo 3,
(ND3).
CAPITULO III
67
Clasificación según el tipo de estructura.
En cuanto a la clasificación de la estructura según el tipo, es el
correspondiente al tipo I según articulado 6.3.1 (norma COVENIN
1756:01), por ser una estructura capaz de resistir la totalidad de las
acciones sísmicas mediante sus vigas y columnas.
Determinación del factor de reducción de respuesta de la edificación.
La determinación del factor de reducción de respuesta de la edificación, se
obtiene según capítulo 6, (tabla 6.4 norma COVENIN 1756:01), entrando con el
nivel de diseño y tipo de sistema estructural, es asignado un R = 6, Sin embargo
es necesario tomar otros factores que influyen a la hora de escoger el factor de
reducción de respuesta.
Las consideraciones que se tomaron en cuenta para la determinación del
factor de reducción de respuesta usado, se basó en un análisis mas acorde con la
realidad, que el sugerido por la norma, ya que lo que se quiere en esta
investigación es una evaluación de la edificación y no un diseño, por lo que se
toman las siguientes consideraciones:
La fecha de construcción de la edificación según la información
suministrada por los planos es de 1963 y su puesta en funcionamiento fue
en 1970 lo que da un lapso de tiempo entre la puesta en construcción de la
edificación y la presente de 44 años, la teoría de diseño con la cual se
realizó nuestra estructura fue la teoría clásica, la cual no es la misma con la
que actualmente se diseña (teoría de rotura), infiriendo por ello la poca
ductilidad para la cual fue diseñada y calculada dicha estructura.
Siendo una edificación de tipo esencial, seguramente se diseñó para un
comportamiento poco dúctil, ya que se espera que los desplazamientos a
que tenga lugar la estructura sean tan pequeños, que la tabiquería no sufra
CAPITULO III
68
ningún tipo de daño, pues en este tipo de edificaciones el número de
personas que se encuentran constantemente en las instalaciones de la
edificación es muy alto.
Según estimaciones aproximadas debido al grado de confinamiento
presente en los elementos estructurales, se tomó el siguiente valor para el
factor de reducción de respuesta sísmicas de 4.5.
Formas espectrales del terreno
La forma espectral usada para el terreno de fundación existente en la zona es
el S2 cuyo factor de corrección φ = 0.80, por tratarse de un material de roca
blanda o meteorizada y suelos muy duros ó muy densos según capítulo 5.(
Tabla 5.1 norma COVENIN 1756:01).
Espectro de diseño.
Las ordenadas del espectro de diseño quedan definidas, en función de su
periodo T, tal como se muestra a continuación:
T < T )1R(
T
T1
)1(T
T1Ao
Ad c
(25)
T T T*
R
Ao=Ad
(26)
T > T*
p
T
*T
R
AoAd
(27)
CAPITULO III
69
Para escoger y originar la gráfica de aceleración espectral Vs. Periodo, fue
necesario encontrar los parámetros que son utilizados en las formulas antes
citadas, para lo que el articulado 7.2 del capítulo 7 (norma COVENIN 1756:01)
establece:
Calculo del periodo fundamental de la edificación:
Debido al tipo de edificación correspondiente (tipo I), el periodo
fundamental es: 75.0*hnCtTa (28)
Donde: Ct = 0.07
Donde: hn = altura del edificio.
Teniéndose en consideración el artículo 9.7.6 el cual establece un
control de cortante mínimo, los cuales corresponden a los calculados
con los centros de masa no desplazados, y se comparan con el
cortante calculado por 9.3.1. (norma COVENIN 1756:01) En donde
se debe usar: TaT *6.1 (29)
Los valores del factor de magnificación promedio (β), el máximo
periodo en el intervalo donde los espectros normalizados tiene un
valor constante (T*), y el exponente que define la rama descendente
del espectro (p), depende de la forma espectral, siendo esta S2 se
asignan los siguientes parámetros (tabla 7.1 norma COVENIN
1756:01):
CAPITULO III
70
Tabla 5 Aceleración de diseño según el periodo.
Forma espectral T*
β p c
S2 0.7 2.6 1.0 4R
El periodo característico de variación de respuesta dúctil (T+),
se
obtiene de la tabla 7.2 (norma COVENIN 1756:01), para el caso en
que R es menor que 5 se aplica que: )1(1.0 RT = 0.35 (30)
Una vez obtenidas los valores tanto de las abcisas como de las ordenadas se
procede a graficar el espectro, e introducirlo al programa.
Grafica 15 Espectro de diseño usado en la evaluación de la estructura (Microsoft Excel) .
CAPITULO III
71
Es oportuno destacar la restricción hecha en la norma en su capítulo 6,
articulado 6.3 (norma COVENIN 1756:01), acerca de la clasificación según el
tipo de estructura, en donde se cita textualmente: …” En las zonas sísmicas de la 3
a la 7 ambas incluidas, no se permiten los sistemas de pisos sin vigas, ni pisos
donde todas las vigas sean planas del mismo espesor de las losas.”
Como queda evidenciado, aun en nuestros tiempos, el uso de vigas planas,
tiene muchas incertidumbres, y pocos estudios al respecto, por lo que el edificio
de la Alcaldía de Guanare además de no estar cumpliendo con la norma actual,
por el uso de este tipo de vigas, es una edificación, donde su desempeño ante un
posible sismo es difícil de predecir.
Elaboración del modelo:
Obtenida y organizada toda la información de la estructura a evaluar, se
procede a la introducción de lo que será el modelo matemático en el programa
SAP2000 en su versión v15.0.0. El cual es descrito a continuación:
Se definen las grids (grillas) en base al número de pisos y ejes estructurales,
sobre las cuales se ubicaran los elementos estructurales de la edificación, tales
como vigas, columnas.
Se definieron las secciones de las vigas, losas y columnas.
Se procede a definir las áreas y diámetro de las barras de acero que serán
asignadas a las diferentes secciones de vigas y columnas.
Se definieron las losas su tipo y propiedades.
CAPITULO III
72
Se definieron las propiedades de los materiales, el F’c del concreto, Fy del
acero, la masa por unidad de volumen en algunos casos, el peso por unidad de
volumen en algunos casos, el módulo de elasticidad, el módulo de poisson, etc.
Luego se procedió, a la estructuración de la edificación, utilizando los
elementos definidos anteriormente (vigas y columnas, elementos tipo frame).
también los elementos tipo Shell – Membrana, (para las losas), ubicándolos según
su correspondencia con los planos de la edificación, haciendo uso de los grids,
definidos con anterioridad.
Se procede a asignar las secciones definidas anteriormente, a cada uno de los
elementos estructurales, (vigas y columnas). Seleccionando el o los elementos
que posean un mismo grupo de secciones, para agilizar el trabajo.
El paso siguiente correspondió a la introducción de los casos de carga, que
serán tomados por el programa de forma automática y los que son asignados por
el usuario, a través de un factor que va de 0 a 1, (asignándole 1 al caso de carga,
que se quiere sea tomado automáticamente por el programa, y 0 en caso
contrario).
La definición de los casos de análisis, se establece para el sismo de diseño, es
decir, se definió los casos de análisis para sismo en dirección X, y para sismo en
dirección Y, teniendo presente de seleccionar el tipo de carga (aceleración para el
caso del sismo y carga viva o muerta para las cargas aplicadas).
Se establece el tipo de caso de análisis, siendo para las cargas vivas y muertas,
un análisis tipo estático, mientras que para el sismo tanto en X como en Y, se da
un caso de análisis de tipo espectral. En cuanto al tipo de análisis establecido es
lineal. (Posteriormente se vera que para la aplicación del Pushover se requiere de
un tipo de análisis no lineal).
CAPITULO III
73
Para la definición de los casos sísmicos, es necesario definir previamente el
espectro de diseño, según la norma COVENIN 1756-01. (Explicado mas
detalladamente en la continuación de la presente metodología).
Luego se definieron las combinaciones para el diseño, (combos), según los
establecidos por la norma COVENIN 1753. Las combinaciones introducidas al
programa son las siguientes:
U1 = 1.4CP
U2 = 1.2CP + 1.6CV
U3 = 1.2CP + 1.6CV + SXdiseño
U4 = 1.2CP + 1.6CV - SXdiseño
U5 = 1.2CP + 1.6CV + SYdiseño
U6 = 1.2CP + 1.6CV - SYdiseño
U7 = 0.90CP +SXdiseño
U8 = 0.90CP – Sxdiseño
U9 = 0.90CP +SYdiseño
U10 = 0.90CP – SYdiseño
Una vez definido los sistemas de carga, se procedió a asignar las cargas
verticales actuantes en las vigas y losas producto de la tabiquería.
Se definen y asignan los diafragmas en cada nivel de la estructura,
seleccionando vigas, nodos, y elementos Shell– membrana para toda la
estructura.
Luego se procede a realizar la corrida del programa para ver su
comportamiento de acuerdo a la normativa (COVENIN 1756-01).
CAPITULO III
74
Por último, se realiza el chequeo de los elementos estructurales (Vigas y
Columnas). El programa determina automáticamente la cantidad de acero
requerida y la compara con la que posee el elemento, caso de las vigas, para
luego establecer, si el acero proporcionado cubre las demandas exigidas por las
cargas, de no cumplirse esta relación, la viga no chequea.
Para determinar la capacidad de la columna, en relación con las solicitaciones,
el programa, realiza un análisis del volumen de iteración de la misma, cuyo
procedimiento se define a continuación:
1. En el volumen de iteración se ubican los puntos: O, C y L, los cuales
representan: el origen del diagrama, La capacidad (ubicado en la superficie
del volumen de iteración) y la demanda (ubicado fuera o dentro del
volumen de iteración), respectivamente.
2. Se trazan dos radios, desde el origen y hasta los puntos C y L.
3. Se establece la relación entre los dos radios generados, para conocer si la
capacidad de la columna chequea o no. Esta relación depende de:
Si OL = OC, la capacidad de la columna es igual a las demandas
establecida, pero se encuentra en su estado limite. (la columna
chequea, radio de capacidad = 1)
Si OL < OC, El punto de demanda, queda dentro del volumen de
iteración y el capacidad de la columna es adecuada (radio de
capacidad < 1).
Si OL > OC, El punto queda, fuera del volumen de iteración, lo
que indica, que la capacidad de la columna, es insuficiente para las
CAPITULO III
75
solicitaciones impuesta, por lo tanto la columna no chequea (radio
de capacidad > 1).
METODO DE CEDENCIA SECUENCIAL NO LINEAL -PUSHOVER.
Este método, pudiese considerarse como una continuación o bien un
reforzamiento de los pasos anteriormente utilizados, diferenciándose en el hecho
de que aquí en adelante, el análisis esta referido a un estudio del comportamiento
no lineal de la estructuras, es decir, ya las deformaciones no son proporcionales a
las fuerzas aplicadas.
Para la aplicación de este método, se siguieron, los siguientes pasos:
En los casos de análisis se definen: Grav, PushX, y PushY todos ellos con un
tipo de análisis no lineal.
Para el caso Grav (cargas gravitacionales), en el tipo de análisis se escoge
estático, para las condiciones iniciales se escoge que comience desde cero , los
tipos de cargas serán en este caso CV con un factor de escala de 0.5, CP con un
factor de escala de 1, el tipo de análisis es no lineal, se modifican los parámetros
numéricos del análisis que trae por defecto el programa, estos son forma de
aplicación de carga, resultados guardados y parámetros no lineales.
El tipo de carga usado para los casos PushX y PushY, es una aceleración en las
direcciones X y Y, respectivamente. En el tipo de análisis se escoge estático, para
las condiciones iniciales a diferencia del anterior el análisis continua al final del
caso no lineal gravitatorio (Grav)
Reafirmando lo anterior, En la definición del caso de análisis, es necesario tener
las siguientes consideraciones:
CAPITULO III
76
Definir una aplicación de carga monitoreada, por intervalos de
desplazamiento, que según la ATC-40 es del 4 % de la altura total de
la edificación.
Para el caso Grav, la condición inicial del desplazamiento se toma
como cero, mientras que para los casos Push, la condición es
inicializada a partir del caso Grav.
El siguiente paso que sigue corresponde a la asignación de las rotulas
plásticas, a los elementos estructurales, utilizando rotulas de tipo M3 (flexión),
para las vigas, y de tipo PMM (flexo-compresión), para las columnas. Las
propiedades utilizadas por las rotulas, se asigna según los elementos de la
estructura.
Estas rotulas en el momento de asignarlas el programa utiliza distancia
relativas, por la incertidumbre existente en la formación de rotulas plástica en los
elementos de sección variables (vigas a carteladas) hizo que al momento de su
asignación se colocaran rotula en varias distancia 0, 33, 66 y 100 (no importando
la longitud del elemento el programa automáticamente, coloca las rotulas en los
extremos).
Luego se corren los casos de análisis, creados: Grav, PushX, PushY.
Se visualiza la curva demanda Vs capacidad, así como los datos de corte basal,
desplazamiento, amortiguamiento y periodo efectivo, del punto de desempeño. A
partir de estos datos y haciendo uso de las graficas, se pueden encontrar las
ductilidades de la edificación.
CAPITULO III
77
Grafica Nº xxxx Curva Pushover
Grafica Nº xxxx Curva Pushover
La curva de demanda – Capacidad, viene establecida en función de un espectro
de diseño directamente, el cual lo toma del espectro introducido en el análisis
lineal.
CAPITULO III
78
DERIVAS DE LA EDIFICACION PARA ANALISIS:
Para realizar el chequeo de los desplazamientos laterales totales, la norma
1756-01, en su capitulo 10, establece los valores limites de las derivas, en la
siguiente tabla:
Tabla Nº XXXX. Limite de derivas para el análisis lineal.
Tipo y disposición de los elementos
no estructurales
Edificación
grupo A
Susceptible de sufrir daños por
deformaciones de la estructura 0.012
Las derivas se obtuvieron por medio de tablas generadas por el
software, estas son derivas elásticas las cuales se deben multiplicar por el factor
de ductilidad, para encontrar las derivas inelásticas y luego Como último paso se
procede a comparar las derivas con la establecida en la norma 1756-01; Para los
casos Pushover se verifico el nivel de desempeño correspondiente, asociado con
la deriva que establece la ATC-40.
Dicho factor viene dado por:
F = (0.8 * R)
R = Factor de reducción de respuesta sísmica.
CAPITULO III
79
Tabla XXXX Niveles de desempeño, según las derivas máximas e inelásticas.
Limite de desempeño
Deriva limite
Ocupación Control Seguridad Estabilidad
Inmediata De daños
de vida Estructural
Máxima total
0.01 0.01 – 0.02
0.02 0.33 * Vi / Pi
Máxima deriva
Elástica
0.005 0.005 -0.015
sin limite sin limite
CALCULO DE DUCTILIDADES:
Aplicado el método Pushover, y obtenidas las curvas de demanda Vs
Capacidad, es posible encontrar una serie de parámetros de suma importancia,
para poder establecer las conclusiones acerca del desempeño de la edificación ante
las solicitaciones impuestas por el posible sismo; a través del calculo de las
ductilidades es posible, verificar la resistencia de los elementos, y establecer si
incursionan o no en el rango inelástico.
Este análisis, se basa en el cálculo de las ductilidades disponibles y las
ductilidades requeridas por el sistema de disipación de energía. Para el calculo de
la ductilidad disponible, se procede a buscar la deformación cedente y la
deformación ultima, dentro de la curva de capacidad del modulo evaluado, y
luego relacionando estas dos deformaciones se obtiene la ductilidad disponible,
análogamente se procede para encontrar la ductilidad requerida, la cual se basa en
la deformación obtenida por el punto de desempeño, dada en el análisis espectral.
CAPITULO III
80
Ductilidad disponible = Δultimo / Δcedente
Ductilidad requerida = Δpnto.desempeño / Δcedente
Donde:
Δultimo = Deformación ultima de la capacidad de la estructura.
Δcedente = Deformación del punto cedente.
Δpnto.desempeño = Deformación del punto de desempeño
CAPITULO IV
84
CAPITULO IV
ANALISIS Y RESULTADOS.
Análisis e interpretación de los resultados:
Inspección Visual:
En líneas generales, no se visualizan mayores deterioros en la superficie de la
estructura, todos los elementos estructurales (vigas, columnas, muros y losa
celular) Se encuentra en buen estado a la vista para el tiempo que tiene la
estructura en funcionamiento.
Se observa los pasillos en buen estado en la edificación, tal como se muestra en
la fotografía:
Fotografía 1 Pasillo Públicos.
CAPITULO IV
85
Existen Columnas y Vigas en buen estado y se nota las vigas a carteladas en la
fotografía.
Fotografía 2 Vigas y Columnas
En la siguiente fotografía se aprecia la formación de grietas en la losa,
producto de asentamiento que ha sufrido con el tiempo.
Fotografía 3 Se aprecian grietas en la losa debido a problemas de asentamiento.
CAPITULO IV
86
En la siguiente fotografía se aprecia la formación de grietas en la losa, producto de
asentamiento que ha sufrido con el tiempo.
Fotografía 4 Manchas de humedad en Pared.
Análisis Lineal:
A través del Software SAP2000 versión 15.0.0, Se conoce la respuesta de la
estructura para un comportamiento lineal de la misma, siguiendo el planteamiento
que estipula la norma COVENIN 1756-01.
Las columnas fueron chequeadas a través del análisis lineal estático. Además
de verificar los radios de capacidad, se comparó el acero arrojado por el Sap2000
con el acero establecido en los planos según el nivel de diseño 3. Columnas no
chequea, es decir, el acero calculado es mayor que el acero proporcionado.
CAPITULO IV
87
Control de Derivas.
A continuación se presenta las tablas donde se realiza el chequeo de las
derivas, La estructura se caracteriza por estar conformada por pórticos tanto en
dirección X como en dirección Y, con siete niveles bien diferenciados, los cuales
se conectan a través de elementos tipo Shell y un diafragma rígido que une todos
los elementos que se encuentran en un mismo plano de planta como lo de fine la
norma.
Tabla 8 Derivas
PORTICO B
NIVEL CASO DE CARGA TIPO DESPLAZAMIENTO
DERIVA EN X CHEQUEO CON DERIVA (0,012)
6-1 SX TRASLACION 0.08192 NO
6 SX TRASLACION 0.059439 NO
5 SX TRASLACION 0.053902 NO
4 SX TRASLACION 0.045238 NO
3 SX TRASLACION 0.034449 NO
2 SX TRASLACION 0.022042 NO
1 SX TRASLACION 0.008514 SI
Fuente: Propia
Se puede observar que, en su mayoría los desplazamientos que tienen los niveles
en la dirección X, no cumplen con las derivas estipuladas en la norma 1756-01.
CAPITULO IV
88
Tabla 9 Derivas
PORTICO 4
NIVEL CASO DE CARGA TIPO DESPLAZAMIENTO
DERIVA EN Y CHEQUEO CON DERIVA (0,012)
6-1 SY TRASLACION 0.007588 SI
6 SY TRASLACION 0.00548 SI
5 SY TRASLACION 0.005035 SI
4 SY TRASLACION 0.004275 SI
3 SY TRASLACION 0.003264 SI
2 SY TRASLACION 0.002062 SI
1 SY TRASLACION 0.0008865 SI
Fuente: Propia
Podemos darnos cuenta que para todos los niveles en la dirección Y, cumplen las
derivas con la estipulada en la norma 1756-01
En general se observa que la estructura presenta una rigidez en el sentido Y,
mayor que en el sentido X.
CAPITULO IV
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Análisis no lineal (Curva Demanda – Capacidad):
La curva de capacidad correspondiente a la dirección X, indica que el
punto donde los desplazamientos dejan de ser proporcionales a las deformaciones,
corresponde a un corte basal de 176118.64 kgf, para una deformación cedente de
6,72 cm, La deformación ultima en el rango inelástico, posee un desplazamiento
ultimo igual 13,168 cm para un cortante de 244915.25 kgf. Con lo cual se tiene
una ductilidad disponible de 1.95, como se aprecia en el grafico de la Curva de
Capacidad que a continuación se nuestra:
Grafica 16 Curva de Capacidad, en dirección X.
CAPITULO IV
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Grafica 17 Curva de Demanda vs Capacidad, en dirección X.
Tabla 10 Punto de Desempeño
Para el punto de desempeño (intersección de la curva demanda con la curva de
capacidad), se obtiene un periodo efectivo Teff = 1.887, con un amortiguamiento
efectivo Beff = 0.069, las coordenada espectrales ADRS de desplazamiento y
aceleración vienen dadas por Sa = 0.050 y Sd = 4.547 respectivamente. El
desplazamiento para este punto de desempeño resulta de 4.45 cm. y un corte basal
de 148714.89 kg-f. Para la cual se requiere de una ductilidad de 0.6577
Analizando la ductilidad disponible con la ductilidad requerida, se observa que la
requerida está muy por debajo al valor de la disponible. Por lo que la reserva de
ductilidad luego de alcanzado el punto de desempeño tiene un valor de 1.2923.
Desplazamiento(cm) Corte Basal (Kg-f)
4,45 148714.89
CAPITULO IV
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Igualmente, la curva de capacidad correspondiente a la dirección Y,
muestra que el punto donde los desplazamientos dejan de ser proporcionales a las
deformaciones, corresponde a un corte basal de 183254.23 kgf, para una
deformación cedente de 0.170 cm, La deformación ultima en el rango inelástico,
posee un desplazamiento ultimo igual 0.4475 cm para un cortante de 336542.4
kgf. Con lo cual se tiene una ductilidad disponible de 2.6324, como se aprecia en
el gráfico de la Curva de Capacidad que a continuación se nuestra:
Grafica 18 Curva de Capacidad, en dirección Y.
CAPITULO IV
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Grafica 19 Curva de Demanda vs Capacidad, en dirección Y.
Tabla 11 Punto de desempeño en dirección Y
Para el punto de desempeño (intersección de la curva demanda con la curva de
capacidad), se obtiene un periodo efectivo Teff = 1.408, con un amortiguamiento
efectivo Beff = 0.052, las coordenada espectrales ADRS de desplazamiento y
aceleración vienen dadas por Sa = 0.074 y Sd = 3.654 respectivamente. El
desplazamiento para este punto de desempeño resulta de 3.6 cm. y un corte basal
de 225795.91 kg-f. Para la cual se requiere de una ductilidad de 21.1764
Analizando la ductilidad disponible con la ductilidad requerida, se observa que
la requerida es mucho mayor que la disponible. Por lo que la edificación al entrar
en el rango inelástico no tiene capacidad de ser dúctil.
Desplazamiento(cm) Corte Basal (Kg-f)
3.64 225795.91
CAPITULO IV
93
Es preciso mencionar que en la generación de la curva demanda capacidad,
para el caso de cargas Grav (cargas gravitacionales), los elementos ya tienen un
comportamiento inelástico debido a la formación de las rotulas plásticas en alguno
de los elementos, tal como se aprecia en la Figura que a continuación se muestra:
Figura 3 Rotulas plásticas, para el caso gravitacional.
A continuación se presenta las rotulas plásticas obtenidas justo en el punto
de desempeño, las mismas se originan entre los pasos 3 del análisis Pushover,
donde se obtienen rotulas tipo: B, IO, LS en vigas y B para las columnas.
CAPITULO IV
94
Figura 4 Rotula plásticas (PushX).
Figura 5 Rotula plásticas (PushY).
Verificación del Desempeño en el Desplazamiento Máximo esperado
CAPITULO IV
95
Los valores obtenidos de las derivas, para la estructura modelada a través del
análisis no lineal, se muestran en la siguiente tabla, donde se ubican en el rango
correspondiente a los límites de deformación:
Tabla 12 Niveles de desempeño, según las derivas máximas e inelásticas.
Deriva Tipo de Deriva
Push X Push Y
0.0018 0.0015 Máx. Total
CAPITULO V.
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CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Las dimensiones de las secciones transversales de los elementos
estructurales (Vigas y Columnas) así como las alturas de entrepiso, espesor
de losas, luces entre elementos, orientación de los diferentes ejes, se
corresponden con las especificadas en los planos correspondientes.
La evaluación a través de la Norma 1756-01, “Edificaciones Sismo
resistentes”, demostró que la edificación sede de la alcaldía de Guanare, no
se adecuan a las exigencias demandadas por las combinaciones de cargas
permanentes, vivas (cargas verticales) y sísmicas.
La estructura se puede afirmar que no posee la resistencia suficiente para
soportar las máximas solicitaciones a las que en un momento determinado
se le puede exigir.
Los desplazamientos laterales (Derivas) en sus dos direcciones, se pudo
verificar que en la dirección X sobrepasan los límites máximos
establecidos por la norma 1756-01, por lo que existe una gran probabilidad
de exceder las deformaciones de los elementos estructurales y originar
daños considerable a los elementos no estructurales ante las acciones
sísmicas, en la dirección Y cumple con los límites máximos establecidos
por la norma 1756-01.
Las columnas poseen en su gran mayoría, deficiencias en la cantidad de
acero longitudinal.
La aplicación del método Curva – Capacidad, (Pushover), demostró ser
fácil de aplicar, sin embargo, este procedimiento debe ser usado con
CAPITULO V.
94
mucho criterio, ya que representa sólo una aproximación de la respuesta
inelástica de la estructura, y debe ser utilizado para verificar el
comportamiento global de la estructura.
A partir del punto de desempeño se puede determinar la ductilidad global
y el nivel de daño de la estructura.
El análisis no lineal, conlleva a las siguientes conclusiones:
1._ El comportamiento de la edificación ante las cargas
gravitacionales (GRAV) no es satisfactorio ya que existe
formaciones de rotulas plásticas. Lo que indica que para este caso de
cargas ya existe cedencia de algunos elementos estructurales, esto se
obtuvo del modelo matemático
2._ Las formación de las primeras rotulas ocurre en las vigas y
posteriormente comienzan a formarse en las columnas por lo que el
mecanismo de falla es por traslación en vigas.
3._ Se observa que el comportamiento inelástico de la estructura
evidencia un colapso inminente de la misma antes de llegar a su
punto de desempeño, lo cual significa que la estructura presenta una
alta vulnerabilidad sísmica.
4._ La ductilidad global de la estructura no satisface los
Requerimientos Inelásticos.
Por otra parte esta situación era de esperarse bajo las consideraciones
normativas tomadas para la presente evaluación, ya que las mismas exigen a la
estructura un desempeño con grandes ductilidades, consideración que para la
época de diseño de la estructura no tenían el enfoque con que actualmente se le
da, pues recordemos la teoría con que se trabajaba para el momento del diseño era
la clásica, diferente a la considerada en la actualidad la cual es la teoría de rotura.
CAPITULO V.
95
RECOMENDACIONES.
Debido a las incertidumbres que se tienen en cuanto al factor de reducción de
respuesta sísmico (R), se propone utilizar mediante un proceso iterativo,
modificaciones en dicho factor hasta que la ductilidad global de la estructura
coincida de forma aproximada con el factor de reducción de respuesta sísmico
utilizado en la evaluación.
Se recomienda rigidizar los elementos que no cumplieron con la deriva,
construyendo muros ubicados de manera estratégica para no alterar su centro de
rigidez y su centro de masa. Estos muros deben ser calculados en función de las
solicitaciones impuestas al estar adosados a las columnas, absorbiendo parte de las
solicitaciones de las columnas y aportando suficiente rigidez para disminuir las
deflexiones laterales que presentan estos elementos, o también se pueden colocar
cruces de San Andrés en la dirección donde la deriva no cumple .
Realizar un recrecido en aquellas columnas ubicadas de manera estratégica,
para soportar las solicitaciones impuestas por los estados de carga usados en la
evaluación estructural. Este tipo de reforzamiento requiere realizar un proceso
iterativo, donde las variables involucradas sean las propiedades físicas y
geométricas de las columnas así como también la ubicación de estos elementos en
los diferentes ejes resistentes del edificio; hasta obtener resultados satisfactorios
de las capacidades de estos elementos.
La anterior recomendación realizada en cuanto a un recrecido de las
columnas, es de suma importancia, ya que la principal deficiencia que se presenta
es por resistencia, al mismo tiempo es recomendable realizar una redistribución de
las cargas vivas, ya que se ubican archivos y almacenamientos de papeles apilados
de la cual tiene fuerte influencia sobre este estado de carga.
CAPITULO V.
96
En general es recomendable impartir información a los usuarios de este tipo
de edificaciones esenciales, sobre el comportamiento que deben tener ante la
ocurrencia de un sismo, realizando simulacros y repartiendo instructivos que
orienten a las personas sobre que hacer en el momento que se produzca este
fenómeno natural.
ANEXOS
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BIBLIOGRAFÍA.
Norma Venezolana Covenin 1756-2001 “Edificaciones Sismorresistentes” Fondo
para la Normalización y certificación de calidad (FONDONORMA), Fundación
Venezolana de Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS). Caracas.
Comartin, C., Niewiarowski, R. y Rojahn C. 1996. ATC-40. Seismic Evaluation
and Retrofit of Concrete Buildings. Seismic Safety Commission, state of
California.
Eduardo A. Arnal., Arnaldo Gutiérrez. 2002, Edificaciones Sismorresistentes de
Concreto Armado.
Norman B. Green. 1980. Edificaciones, Diseño y Construcción Sismorresistente.
Oscar Bazán, 1990. Manual de Diseño Sísmico de Edificios.
Oscar A. López., Enrique Castilla 1994. Contribuciones recientes a la ingeniería
Estructural y sismorresistente.
Roberto Aguilar, 2000. Análisis sísmico por Desempeño.
Díaz y Rodríguez (2013), TEG “Evaluación cualitativa de la vulnerabilidad
sísmica en edificaciones escolares situadas en la ciudad de Cabudare estado Lara
y divulgación de información sobre recomendaciones en zonas sísmica”.
González y Mogollón (2011),TEG “Evaluación de la Vulnerabilidad sísmica del
colegio Independencia ubicado en Barquisimeto según las normas de diseño
estructural y simorresistente COVENIN 1756-2001 COVENIN 1618-98”.
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Albarrán y Guevara (2011), TEG“Evaluación de la Vulnerabilidad Sísmica del
Colegio 19 de Abril ubicado en Cabudare Municipio Palavecino Edo-Lara”.
Pérez y Romero (2011) TEG “Análisis no lineal de la respuesta sísmica de la
estructuras regulares de 14,18 y 20 pisos con arriostramientos tipo V invertida
diseñada de acuerdo a las normas COVENIN 1756:2001 y 1618:1998”.
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