LA VULNERABILIDAD, LA VULNERABILIDAD, EVALUACION Y LA EVALUACION Y LA

REHABILITACION DE REHABILITACION DE ESTRUCTURASESTRUCTURAS

ING. GERMAN LUIS VALDIVIA ING. GERMAN LUIS VALDIVIA VASQUEZVASQUEZ

RIESGO

PELIGRO

VULNERABILIDAD

NATURALES

SOCIONATURALES

TECNOLOGICOS

De un edificio

De una ciudad

Otros (región, País, el Mundo.)

Estructural

No Estructural

Organizativo-funcional

Grado de exposición

Fragilidad

Resiliencia

Arquitectónicos

Equipo y Mobiliario

Líneas vitales

El Componente Estructural esta integrado por todos los elementos que le dan la resistencia y la rigidez al edificio (cimientos, columnas, vigas, losas, muros, pisos etc).

Elementos de Juicio Basicos Elementos de Juicio Basicos (información de campo)(información de campo)

Auscultación GeotecnicasAuscultación GeotecnicasAuscultación de los materialesAuscultación de los materialesLevantamiento de dimensiones de Levantamiento de dimensiones de

elementos estructurales (y no elementos estructurales (y no estructurales)-planosestructurales)-planos

Levantamiento de daños-planos Levantamiento de daños-planos Vibración ForzadaVibración ForzadaMicrotrepidaciones Microtrepidaciones

Auscultación GeotecnicaAuscultación Geotecnica

Los trabajos de exploración de campo Los trabajos de exploración de campo tienen por finalidad evaluar sobre que tipo tienen por finalidad evaluar sobre que tipo de terreno se encuentra cimentado las de terreno se encuentra cimentado las edificaciones existentes a fin de determinar edificaciones existentes a fin de determinar las propiedades del terreno en la las propiedades del terreno en la profundidad activa de cimentación.profundidad activa de cimentación.

Los trabajos de campo pueden consistir en Los trabajos de campo pueden consistir en exploración del subsuelo mediante exploración del subsuelo mediante calicatas, sondajes de penetración estándar calicatas, sondajes de penetración estándar (SPT) y auscultación de la cimentación de la (SPT) y auscultación de la cimentación de la edificación.edificación.

Excavación de Calicatas

Para conocer el perfil del terreno del área de estudio

Ensayos de Penetración Estándar “SPT”

Este ensayo es utilizado para evaluar la compacidad o consistencia del material que se encuentra por debajo de la cimentación y estimar la resistencia admisible del terreno.

Auscultación de la Cimentación

Se evalua las dimensiones y profundidad de cimentación

Auscultación de los Auscultación de los materialesmateriales

Con la finalidad de evaluar las Con la finalidad de evaluar las propiedades mecánicas de los propiedades mecánicas de los materiales utilizados en la materiales utilizados en la construcción de la edificaciónconstrucción de la edificación ( Concreto, Acero, etc)( Concreto, Acero, etc)

EXTRACCION DE TESTIGOS DE CONCRETO

Utilizando el equipo de perforación se procede a la extracción de testigos de concreto endurecido. Las extracciones se realizan de los elementos estructurales (columnas y vigas) y en forma perpendicular a la superficie del elemento.

Las extracciones se realizan en los elementos estructurales teniendo cuidado, como es usual, que la ubicación de los puntos de extracción no coincida con el acero de refuerzo existente en los elementos estructurales.

Para tal efecto se determina la ubicación del acero de refuerzo usando el equipo de magnetometría.

f´cf´c Resistencia especificada a la compresión del concretoResistencia especificada a la compresión del concreto A menos que se especifique lo contrario f´c debe A menos que se especifique lo contrario f´c debe

basarse en ensayos a los 28 días, si el ensayo no es a basarse en ensayos a los 28 días, si el ensayo no es a los 28 días, la edad de ensayo para obtener f´c debe los 28 días, la edad de ensayo para obtener f´c debe indicarse en los planos o especificaciones de diseño.indicarse en los planos o especificaciones de diseño.

Un ensayo de resistencia debe ser el promedio de las Un ensayo de resistencia debe ser el promedio de las resistencias de dos cilindros hechos de la misma resistencias de dos cilindros hechos de la misma muestra de concreto y ensayados a los 28 días o a la muestra de concreto y ensayados a los 28 días o a la edad de ensayo establecida para la determinación de edad de ensayo establecida para la determinación de f´c.f´c.

DONDE ENCUENTRO ESTE DATO DE f´c QUE CUMPLA DONDE ENCUENTRO ESTE DATO DE f´c QUE CUMPLA CON TODAS ESTAS CARACTERISTICAS CUANDO SE CON TODAS ESTAS CARACTERISTICAS CUANDO SE REALIZA UNA EVALUACION……..SI NO HAY REGISTROSREALIZA UNA EVALUACION……..SI NO HAY REGISTROS

Testigos de Concreto EndurecidoTestigos de Concreto Endurecido Este procedimiento puede emplearse cuando se trata de Este procedimiento puede emplearse cuando se trata de

estructuras antiguas, o no se cuenta con registros de estructuras antiguas, o no se cuenta con registros de resistencia.resistencia.

El concreto deberá tener por lo menos 14 días de colocado.El concreto deberá tener por lo menos 14 días de colocado. Deben tomarse tres especimenes por cada resultado de Deben tomarse tres especimenes por cada resultado de

resistencia que este por debajo de la resistencia a la resistencia que este por debajo de la resistencia a la compresión especificada del concreto (f´c).compresión especificada del concreto (f´c).

El ACI recomienda que si el concreto de la estructura va a El ACI recomienda que si el concreto de la estructura va a estar seco durante las condiciones de servicio, los corazones estar seco durante las condiciones de servicio, los corazones deberán secarse al aire (Temperatura entre 15 y 30° C, deberán secarse al aire (Temperatura entre 15 y 30° C, humedad relativa menor del 60%), durante 7 días antes de la humedad relativa menor del 60%), durante 7 días antes de la prueba y deberán probarse secos. Si el concreto de la prueba y deberán probarse secos. Si el concreto de la estructura va a estar superficialmente húmedo en las estructura va a estar superficialmente húmedo en las condiciones de servicio, los corazones deben sumergirse en condiciones de servicio, los corazones deben sumergirse en agua por lo menos durante 48 horas y probarse húmedos.agua por lo menos durante 48 horas y probarse húmedos.

La norma ASTM establece, a diferencia del criterio del ACI, La norma ASTM establece, a diferencia del criterio del ACI, que las probetas sean curadas en húmedo, por 40 hrs. antes que las probetas sean curadas en húmedo, por 40 hrs. antes de la rotura.de la rotura.

De acuerdo al reglamento del ACI, el concreto de la zona De acuerdo al reglamento del ACI, el concreto de la zona representada por las pruebas de corazones, se considera representada por las pruebas de corazones, se considera estructuralmente adecuada si el promedio de los tres estructuralmente adecuada si el promedio de los tres corazones es por lo menos igual al 85 % de la resistencia corazones es por lo menos igual al 85 % de la resistencia especificada (f´c) y ningún corazón tiene una resistencia especificada (f´c) y ningún corazón tiene una resistencia menor del 75% de la resistencia especificada (f´c)menor del 75% de la resistencia especificada (f´c)

fyfy Esfuerzo especificado de fluencia del refuerzo.Esfuerzo especificado de fluencia del refuerzo. El código del ACI establece que para aceros de El código del ACI establece que para aceros de

esfuerzo de fluencia mayor que 4,200 kg/cm2, se esfuerzo de fluencia mayor que 4,200 kg/cm2, se considerara como esfuerzo de fluencia, el esfuerzo considerara como esfuerzo de fluencia, el esfuerzo correspondiente a una deformación de 0.35 %. Este correspondiente a una deformación de 0.35 %. Este esfuerzo no deberá ser superior a los 5,600 kg/cm2 esfuerzo no deberá ser superior a los 5,600 kg/cm2 (ACI 3.5.32,9.4).(ACI 3.5.32,9.4).

El máximo fy que se puede utilizar para el diseño del El máximo fy que se puede utilizar para el diseño del refuerzo del refuerzo por corte y torsión es de 420 refuerzo del refuerzo por corte y torsión es de 420 Mpa, excepto que puede usarse un fy de 550 Mpa Mpa, excepto que puede usarse un fy de 550 Mpa para refuerzo al corte que cumpla con los requisitos para refuerzo al corte que cumpla con los requisitos de ASTM A 497.de ASTM A 497.

El máximo fy especificado es de 420 Mpa para El máximo fy especificado es de 420 Mpa para cáscaras, placas plegadas y estructuras que se rigen cáscaras, placas plegadas y estructuras que se rigen por las disposiciones sísmicas especiales del capitulo por las disposiciones sísmicas especiales del capitulo 21 (ACI)21 (ACI)

Valores del fy en base a una Valores del fy en base a una muestra de 284 pruebas de muestra de 284 pruebas de

Tracción realizadas en la UNITracción realizadas en la UNI

Media 4,628.99 kg/cm2Media 4,628.99 kg/cm2Mínimo 3,275.00 kg/cm2Mínimo 3,275.00 kg/cm2Máximo 6,620.00 kg/cm2Máximo 6,620.00 kg/cm2

AsAs

El valor de “As” se determinara luego El valor de “As” se determinara luego de hacer la auscultación del de hacer la auscultación del elemento y hacer uso de el Detector elemento y hacer uso de el Detector de Acero.de Acero.

ANALISIS y DISEÑO DE ELEMENTOS DE ANALISIS y DISEÑO DE ELEMENTOS DE SECCION RECTANGULAR CON REFUERZO EN SECCION RECTANGULAR CON REFUERZO EN

TRACCION SOMETIDOS A FLEXIONTRACCION SOMETIDOS A FLEXION

El Análisis (gestión correctiva)El Análisis (gestión correctiva)Implica fundamentalmente la determinación del Implica fundamentalmente la determinación del

momento resistente de una sección completamente momento resistente de una sección completamente definidadefinida

El Diseño (gestión prospectiva)El Diseño (gestión prospectiva)Es el proceso contrario: dimensionar una sección Es el proceso contrario: dimensionar una sección

capaz de resistir el momento a aplicarse capaz de resistir el momento a aplicarse

TIPOS DE FALLASTIPOS DE FALLAS

FALLA POR TENSION (FALLA DUCTIL)FALLA POR TENSION (FALLA DUCTIL)FALLA POR COMPRESION (FALLA FALLA POR COMPRESION (FALLA FRAGIL)FRAGIL)FALLA BALANCEADA (FALLA FRAGIL)FALLA BALANCEADA (FALLA FRAGIL)

TIPOS DE FALLASTIPOS DE FALLAS

FALLA POR FALLA POR TENSION (FALLA TENSION (FALLA DUCTIL)DUCTIL)

FALLA POR FALLA POR COMPRESION COMPRESION (FALLA FRAGIL)(FALLA FRAGIL)

FALLA FALLA BALANCEADA BALANCEADA (FALLA FRAGIL)(FALLA FRAGIL)

ANALISIS DE ELEMENTOS DE SECCION ANALISIS DE ELEMENTOS DE SECCION RECTANGULAR CON REFUERZO EN RECTANGULAR CON REFUERZO EN TRACCION SOMETIDOS A FLEXIONTRACCION SOMETIDOS A FLEXION

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA LIMA-PERUFacultad de Ingeniería Civil

deflexión

carga

Análisis de una sección rectangular con comportamiento dúctil

PARA QUE ME SIRVE PARA QUE ME SIRVE EL ANALISIS EL ANALISIS

PARA REALIZAR UNA PARA REALIZAR UNA EVALUACION ESTRUCTURAL EVALUACION ESTRUCTURAL

SOBRE EDIFICACIONES SOBRE EDIFICACIONES EXISTENTESEXISTENTES

DATOS QUE SE NECESITA PARA DATOS QUE SE NECESITA PARA UN UN Análisis de una sección

rectangular con comportamiento dúctil

Datos de la sección : b , dDatos de la sección : b , dDatos de acero : As, fyDatos de acero : As, fyDatos del Concreto : f’cDatos del Concreto : f’c

Realmente son datos en una Realmente son datos en una evaluación estructural ?evaluación estructural ?

Datos de la sección : b , dDatos de la sección : b , dDatos de acero : As, fyDatos de acero : As, fyDatos del Concreto : f’c (*)Datos del Concreto : f’c (*)

Levantamiento de Levantamiento de dimensionesdimensiones

Levantamiento de dimensiones Levantamiento de dimensiones estructurales reales de los estructurales reales de los elementoselementos

Por ejemplo para una viga de Por ejemplo para una viga de concreto armado necesitamos :concreto armado necesitamos :

b , d b , d

El valor de “b” será medido a la hora El valor de “b” será medido a la hora de hacer el levantamiento de de hacer el levantamiento de edificación sin considerar el tarrajeo.edificación sin considerar el tarrajeo.

El valor de “d” se determinara luego El valor de “d” se determinara luego de hacer la auscultación del elemento de hacer la auscultación del elemento y hacer uso de el Detector de Acero.y hacer uso de el Detector de Acero.

Evaluación de Elementos Estructurales

Verificación de elementos Viga.Verificación de elementos Columna.

Verificación de esfuerzos en los muros de albañilería.Verificación de esfuerzos en las Placas.

Verificación de la cimentación

LEVANTAMIENTO DE DAÑOSLEVANTAMIENTO DE DAÑOS

PATRON DE AGRIETAMIENTO A JULIO DEL 2005

e = 0.90mm.

e = 0.30mm.

e = 0.50mm. e = 0.10mm.

e = 0.30mm.

e = 0.75mm.

e = 0.60mm.

e = 0.50mm. e = 0.50mm.

Vibración ForzadaVibración Forzada

El ensayo dinámico de vibración El ensayo dinámico de vibración forzada tiene como objetivos forzada tiene como objetivos determinar la frecuencia natural de determinar la frecuencia natural de vibración y el amortiguamiento de vibración y el amortiguamiento de un sistema estructural dado.un sistema estructural dado.

MEDICIONES DEMICROTREMOR(VIBRACION AMBIENTAL)

Modelamiento estructuralModelamiento estructural

RigidezRigidez

Una relación entre la carga para Una relación entre la carga para producir una deformación unitariaproducir una deformación unitaria

Rigidez axial (K) = P/Rigidez axial (K) = P/ΔΔ , , ΔΔ=PL/EA , K=EA/L=PL/EA , K=EA/L

Rigidez lateral de columna bi-Rigidez lateral de columna bi-empotrada (Kc)=12EI/Hempotrada (Kc)=12EI/H3 3

Rigidez de un muro Rigidez de un muro Km=E t/4(h/L)Km=E t/4(h/L)33+3(h/L)+3(h/L)

Curvas Histereticas Modulo CS - 36 m2

CISMID/FIC/UNI 12/4/2002

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

Desplazamiento (mm)

Ca

rga

(tf

)

Monitor (mm)

CH-3 (mm)

CH-4 (mm)

CH-5 (mm)

CH-6 (mm)

Cambio de la rigidezCambio de la rigidez

Fuerza sismicaFuerza sismica

Fuerza cortante en la base (analisis Fuerza cortante en la base (analisis estatico)estatico)

V=(ZUCS/R) P ; C=2.5 (Tp/T) ; V=(ZUCS/R) P ; C=2.5 (Tp/T) ; CC≤2.5≤2.5

Fi=Pi.hi.(V-Fa)/Fi=Pi.hi.(V-Fa)/∑Pj.hj∑Pj.hj

Fa=0.07.T.V ≤ 0.15 VFa=0.07.T.V ≤ 0.15 V

ALGUNOS ALCANCES DE LOS METODOS CUALITATIVOS

Análisis Sísmico de la Edificación

MODELO MATEMATICO DEL EDIFICIO

Parámetros para el Análisis Sísmico

Factor de zona (zona 3) Z = 0.4

Factor de uso e importancia (categoría C) U = 1.0

Factor de suelo (S1) S = 1.0

Período para definir espectro de seudo aceleración Tp = 0.4 s

Reducción de la respuesta Eje X (Concreto Armado : Dual)Eje Y (Albañilería : Muros)

R = 7R = 3

Para la edificación tenemos los siguientes espectros en ambas direcciones:

Espectro Inelástico de PseudoaceleracionesDual (R=7 , Irregular)

según la Norma NTE E-030 2003

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Período T (s)

Ps

eu

do

ac

ele

rac

ion

es

Sa

(m

/s2 )

Fig. - Espectro de pseudoaceleraciones – Dirección X – R=7 (Dual), Irregular

RESULTADOS DEL ANALISIS SISMICO

•CORTANTES

•DESPLAZAMIENTOS Y DISTORSIONES

CARACTERISTICAS DINAMICAS DE LA ESTRUCTURA

Modo 1: T=0.135 s. Modo 2: T=0.12 s.

Identificación de periodosIdentificación de periodos

Desplazamiento X

0

1

2

3

4

5

6

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

Desplzamiento (cm)

Pis

o

Drift X

0

1

2

3

4

5

6

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00

Desplzamiento (cm)

Piso

Fig. - Desplazamientos y Distorsiones en la dirección X

Umbrales de deformaciónUmbrales de deformación

Mecanismo de colapsoMecanismo de colapso

Sismo en la direccion X Sismo en la dirección Y

GRACIASGRACIAS