Criterios Técnicos para la construcción de Edificaciones Sismorresistentes

30/02/2012

Crietrios Técnivos para la Construcción de Edificaciones

Sismorresistentes WESB - Pág. 1

SEMINARIO DE PROMOCIÓN DE LA NORMATIVIDAD PARA EL DISEÑO Y

CONSTRUCCIÓN DE EDIFICACIONES SEGURAS

Criterios Técnicos para la Construcción de Edificaciones Sismorresistentes

Wilson E. Silva Berríos

Apurímac - Abancay marzo 30, 2012

COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE LOCALES EDUCATIVOS

Y ALTERNATIVAS DE REFORZAMIENTO

Contenido de la Presentación

Introducción

Edificios Escolares Peruanos

Fenómeno de Columnas Cortas

Desempeño Sismorresitente

Rehabilitación y Reforzamiento

Conclusiones

ZONA 1

“En los últimos 130 años, en Perú han ocurrido sólo terremotos moderados, que han mostrado lo vulnerables que son las edificaciones educativas peruanas”

Introducción

Huaraz

1970

Lima

1974

México DF (SCT)

1985

Santiago

Chile 2010

Pisco

2007

a máx.:

0.24g

a máx.:

0.37g

Curico

Chile 2010

a máx.:

0.47g

a máx.:

0.15g

a máx.:

0.20g

a máx.:

0.17g

Lima 1970

a maxa max

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0 10 20 30 40

t(s)

Acele

ració

n (

g)

Lima 1974

a maxa max

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0 10 20 30 40 50 60 70 80

t(s)

Ac

ele

ra

ció

n (

g)

Pisco 2007 (ICA)

a maxa max

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0 20 40 60 80 100 120 140 160

t(s)

Ac

ele

ra

ció

n (

g)

Aceleraciones

Sismos deDiseño

Aceleración(g)

ComportamientoEstructural

Frecuentes 0.20Perfectamenteelástico

Ocasionales 0.25Prácticamenteelástico

Raros 0.40Daño importante,pero reparable

Muy Raros 0.50Cerca al colapso,irreparable

Severidad sísmica y Desempeño estructural

V2000 + Sismicidad Peruana

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DAÑO

COMPLETO

(Colapso)

SIN DAÑO

(Operacional)

DAÑO LEVE

(Funcional)

DAÑO MODERADO

(Resguardo de la Vida)

DAÑO SEVERO

(Cerca al Colapso)

Dt

V

D D D D D

Niveles de Desempeño

“La experiencia nacional en la protección de colegios se limita al desarrollo de proyectos de intervención en edificaciones dañadas por terremotos”.

Introducción

Con la información proporcionada por INFES, se identificaron cuatro tipos de edificios como los más representativos a nivel nacional

780 Actual

780 pre NDSR - 1997

Gran Unidad Escolar

Adobe

Los edificios escolares peruanos

Edificio Gran Unidad Escolar

Se construyeron en la década de los 50. Tienen dos o tres niveles con aulas de aprox. 10m de largo


Edificio 780 pre NDSR - 1997

Se construyeron edificios de este tipo hasta antes de 1997 Arquitectónicamente este edificio típico, es similar al edificio 780 actual


Planta típica del sistema estructural del edificio 780 pre NDSR - 1997

V-01 V-01 V-01 V-01 V-01 V-01

V-01 V-01 V-01 V-01 V-01 V-01

X-X : PÓRTICOS FLEXIBLES Y-Y : ALBAÑILERIA CONFINADA


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Corte transversal (Edifício 780 pre NDSR-1997)


El Colegio Antisísmico Modelo INFES 780 Nuevo (> 1997)


Configuración Estructural - Colegios Modernos Modelo INFES 780 Nuevo

8.00

C2

Vig

a 0

.30x0.7

0

Alb

añile

ría C

onfinada

Viga

0.25x0.45

Típico

3.90C1

C2

C1

0,3

0,9

0,9


Distribución por material predominante en el sistema estructural y por regiones sísmicas

Quincha o caña con barro 1%

Piedra con barro, cal, cemento

4%

CºAº y Albañilería

(Unidades de arcilla o bloques de concreto)

37%

Adobe o tapia 48%

Eternit fibra de Concreto Esteras, Cartón o plásticos

1%

Madera 8%

Otros 1%

Fuente: Ministerio de Educación Informe Ejecutivo 1998-2003 Locales escolares públicos a nivel nacional: 41 425


ZONA 3 Adobe : 25.4 %

CºAº -Alb : 22.6 % Madera : 5.7 % ZONA 2

Adobe : 22.6% CºAº-Alb : 14.1 %

Madera : 8.8 %

ZONA 1 Adobe : 0.0 %

CºAº-Alb : 0.3 %

Madera : 0.4 %

Distribución por material predominante en el sistema estructural y por regiones sísmicas


La tabla muestra un cuadro comparativo entre el número de centros educativos construidos antes y después de 1997

Región Número de centros

educativos construidos antes de 1997

Número de centros educativos construidos

después de 1997

COSTA 10262 340

SIERRA 22,954 411

SELVA 7101 357

TOTAL 40,317 1,108


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Sismos ocurridos en Sur del Perú: 12 Nov. 1996 (Nasca - Ica) 23 Jun. 2001 (Atico - Arequipa) 15 Ag. 2007 (Piso - Ica) Afectaron muchos locales de Centros Educativos de diversa antigüedad En la mayoría de los casos el problema fue el fenómeno de “Columna Corta”

ANTECEDENTES

Columna Corta a pesar

de la junta de separación

con la tabiquería

Nasca, 1996

Junta realizada con bolsas de papel

Junta de espesor insuficiente

Nasca 1996. Local Escolar de 2 pisos

Nasca 1996

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Efecto de columna corta poco acentuado debido a tabiques

débiles

Nasca 1996. No se presentaron fallas de columna corta por la tabiquería a ambos lados y en toda la altura de

las columnas

Colegio con todas las columnas del 1er nivel, falladas

Columna Corta “Tabique corto”

Colegio colapsado por fallas de columna corta

Colegio A. Barrios – Moquegua 2001

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Colegio A. Barrios – Moquegua 2001

¿ Cómo evitarlas las

“Columnas Cortas” ?

“Placas” para reducir los desplazamientos

laterales en el edificio

Desempeño observado en los últimos 60 años

Daño en Edificaciones de Concreto Armado y Albañilería

Fallas en columnas

Esquema de Columna Corta Columna Corta del C.E: Casimiro Cuadros

Desempeño Sismorresistente



Fallas en columnas

Columna Corta del C.E. Antonia Moreno de Cáceres – Ica ¿ EQUILIBRIO ?


Fallas en columnas

Columna Corta del C.E. Andrés Avelino Cáceres – Arequipa

Vista exterior Vista interior




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Falla tipo Cizallamiento en Muro Transversal

C.E. Escuela de Aplicación - Choccñopampa Esquema de acciones internas




Fallas en muro de Albañilería

Colegio Nasca - 1996




Falla en muros de Relleno de Pórticos

Esquema de acciones internas Universidad Jorge Basadre Grohmann - Tacna

Nudo afectado

Aplastamiento de la albañilería




Falla en Elementos No Estructurales

Esquema de acciones internas Colegio Fortunato Zora Carvajal - Tacna




Falla en Muro de Relleno

Colegio Jorge Basadre Grohmann -Arequipa




Esquema de acciones internas

Falla en

Muros de

Relleno

C.E. Antonia Moreno de Cáceres – Ica




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PROBLEMAS …

SE EXCEDE DESPLAZAMIENTO

ADMISIBLE EN X-X

SaX-X

0.007h

Z

X

SaY-Y

0.005h

Z

X

ESTRUCTURACIÓN ADECUADA EN Y-Y

Y

SISTEMA

APORTICADO NO

ES ACEPTADO

A7

0.98

A1 46.4

4.64 0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5

D (cm)

F ( Ton)

Centros Educativos

Como Reforzar ?

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ESTRUCTURA ORIGINAL

SISMO

SISMO

ESTRUCTURA REFORZADA

Protección por control de

deformaciones VARIAS

ALTERNATIVAS

DE

REFORZAMIENTO

Un caso ilustrativo desarrollado …

Luego se presentan otras posibilidades de reforzamieto …

Para decidir el Proyecto de Reforzamiento se analizaron algunas alternativas viables:

a) Cerrar dos paños en cada eje longitudinal, con ladrillo o con concreto (L=3.875m, t=.25m)

b) Enfundar Columnas y conformar Placas de aprox. 1.50mt de longitud

Reforzamiento con Muros de Albañilería

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La Masa total de un Pabellón de 3 aulas/piso es ~ 365 Ton (=P)

El Cortante Sísmico V es 35% de P (35%x365 = 128 Ton), por lo que c/muro tomaría un cortante de 128/4=32 Ton

El Esfuerzo Cortante en c/muro es del orden de 4 kg/cm², excesivo para la albañilería, según NTE E-070

Modelo de Relleno con Albañilería

Reforz. con Muros o Placas de C.A.

En caso de colocar Placas C.A. el VBasal disminuye a 28% P: (28%x365 = 102), y por tanto cada placa tomaría 25 Ton de Corte El Esfuerzo Cortante es del orden de 4.5 kg/cm², lo que es adecuado para el C.A. (según NTE E060)

El Modelo para el Análisis Sísmico …

• Placas unidas a las vigas y columnas restantes,

ó • Considerando diagonales que representen el efecto del muro incorporado dentro del pórtico

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El Mto que se obtiene en la base es ≈ 95 Ton-m con modelo tipo placa; mientras que con el modelo con diagonales se obtienen axiales en la diagonal del 30 Ton y axiales en las columnas de borde del orden de 30 y 10 Ton

Si se componen fuerzas y se toma momentos, se encuentran valores muy similares a los obtenidos con el modelo tipo placa

El problema de esta solución de reforzamiento es de orden Funcional y Arquitectónico, pues las aulas pierden el 50% de la iluminación y ventilación

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Dado el problema arquitectónico, se analizó

colocar Placas más pequeñas, que no cierren

todo el paño y que además envuelvan las

columnas existentes (las con daños

importantes en varios casos)

Reforzamiento 1: Enfundar Columnas

Reforzamiento 2: Enfundar Columnas Reforzamiento 1: Enfundar Columnas

Reforzamiento 2: Eje-Ventanas Bajas Reforzamiento 2: Eje-Ventanas Altas

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Se hizo el análisis sísmico y se verificó que con placas de 1.50m de largo se controlan bien los desplazamientos laterales y que las vigas existentes cumplen con los nuevos esfuerzos con el refuerzo existente

Las placas tenían 45cm de ancho y sobresalen 10cm hacia fuera y 10cm hacia dentro

El ancho de la viga existente, bordea con una funda de 10cm a la columna existente

Detalle Columna Reforzada - Planta Columna que se Enfunda - Planta

Columnas Reforzadas

(Enfundadas) – Elevación, Cortes A y B

Columnas Reforzadas

(Enfundadas) – Elevación, Cortes C y D

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Las placas colocadas toman casi el 100% del cortante y requieren de una Cimentación importante, pues el Momento en la base es grande en comparación con la carga vertical actuante

Como las columnas existentes tenían zapatas aisladas, y ahora se requieren zapatas mucho más grandes: Se consideró realizar una excavación alrededor de la zapata existente hasta alcanzar la nueva área en planta, requerida

Ampliación de Zapatas - Planta Ampliación de Zapatas (Combinadas) - Planta

Ampliación de Zapatas Aisladas- Elevación

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Evidentemente algunos TABIQUES o PARAPETOS del 1er piso debieron demolerse por el hecho de ampliarse estas zapatas, por lo que se indicaron columnetas y soleras nuevas

Ampliación de Zapatas Combinadas - Elevación

Anclaje de Columneta en Cimiento

Adicionalmente a los trabajos de REFORZAMIENTO, se ha especificado trabajos de REPARACION que consisten en: Resane de tarrajeos, Columnetas nuevas de parapetos, Limpieza de juntas ente parapetos y columnas, Desmontaje y Montaje de ventanas y puertas, Rotura de pisos, Picado de ladrillos del aligerado, Pintura, etc

El COSTO de REPARACION y de REFORZAMIENTO ha sido aprox. de 15,000 a 18,000 Soles por Aula Esto representa aprox. US $78 por área neta de aula y aprox. US $65 por área neta techada

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OBJETIVOS DE REFORZAMIENTO

INCREMENTAR RIGIDEZ

INCREMETAR RESISTENCIA

CONTROLAR PROBLEMA DE COLUMNAS y/o MUROS CORTOS

Mejor alternativa

Intervención concentrada a pocos elementos

La estructura reforzada cumpla con las Normas Vigentes

Es posible reforzar locales escolares a costos razonables

Qué se busca ?

SOLUCIÓN

ECONOMICA

FACILIDAD EN OBRA

Reforzamiento Mínimo

Reforzamiento Mínimo

PLACAS UNIDAS A VIGAS EXISTENTES

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MUROS (PLACAS) ACOPLADOS MUROS (PLACAS) ACOPLADOS

3 PISOS , 9 AULAS PLANTA DE ESTRUCTURA REFORZADA

ELEVACIÓN DE ESTRUCTURA REFORZADA

Inclusión de pórtico sísmico complementario e intervención de columnas (TR – CAL – 3)

Corte transversal y elevación principal de un colegio peruano reforzado

Reforzamiento de edificaciones educativas peruanas

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C.E. Divino Corazón de Jesús – Paucarpata, Arequipa

Esquema de la estructura

original

Pórtico Sísmico

Complementario

Esquema de la Estructura Reforzada con: “Pórtico Sísmico Complementario” adosado (frontal); Placas de C°A°

en muros (laterales) y Muros de Albañilería confinada (posterior)

Cualquiera sea la elección …

… lo mínimo que se debe hacer …

ANÁLISIS Y DISEÑO

DE LA ESTRUCTURA

REFORZADA

CAPACIDAD DEL SUELO CAPACIDAD DE ELEMENTOS EXISTENTES

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DETALLADO DE LOS

ELEMENTOS DE

REFORZAMIENTO

VIGAS DE ACOPLAMIENTO

PLACA NUEVA

0.30

2.00

0.70 CIMENTACIÓN

Pero no se debe olvidar … Por ejemplo … Bloque I

Junta .075 (Min)

Junta (0.15 m)

Junta .075 (Min)

Junta 0.15m

Bloque C-I Reforzado

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261 ton

176

1166

524

Aceleraciones en Elementos No Estructurales

a = 0.05g a = 0.23g

Período Fundamental X-X

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

1 2

Perí

od

o (

seg

)

Est. Reforzada

Período Fundamental Y-Y

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

1 2

Perí

od

o (

seg

)

Est. Reforzada

Pabellón C-I

Sismo XX

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20

Desplazamiento (cm)

Alt

ura

(m

)

Pabellón C-I

Sismo YY

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25

Desplazamiento (cm)

Alt

ura

(m

)

Estructura sin reforzar

Estructura Reforzada

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Desplazamiento de Azotea X-X

0.00

2.50

5.00

7.50

10.00

12.50

15.00

17.50

20.00

1 2

Desp

lazam

ien

to (

cm

)

Est. Reforzada

Desplazamiento de Azotea Y-Y

0.00

2.50

5.00

7.50

10.00

12.50

15.00

17.50

20.00

1 2

Desp

lazam

ien

to (

cm

)

Est. Reforzada

1.01% => 0.41% 0.84% => 0.70%

Edificio Antiguo

Curvas fuerzas desplazamiento para los edificios seleccionados

VBASE

DAZOTEA

DFE = 2.7 cm DP = 12.6cm

V1 = 51.4 ton

D1 = 1.68 cm

Desplazamiento en la azotea (cm)

Cort

ante

en la b

ase (

Tn)

VFE = 73ton

DFE = 2.7cm

VC = 112.3 ton

DC = 15.3cm


V1 Vy Vm Vm/V1 Vm/Vy

780 moderno

140.8 197.0 287.9 2.0 1.5

780 antiguo 51.4 73.0 112.3 2.2 1.5

Valores de fuerza cortante característicos para los edificios 780 antiguo y 780 moderno

Valores de Sobrerresistencia

Valores de desplazamiento característicos para los edificios 780 antiguo y 780 moderno

d1 dy dm dm/d1 dm/dy

780 moderno

0.67 1.1 16.2 24.2 14.7

780 antiguo

1.7 2.7 15.3 9.1 5.7

Valores de ductitlidad


Respuesta Estructural


VBASE

DAZOTEA

DFE = 1,1 cm DP = 15.1m


Cort

ante

en la b

ase (

Tn)

Edificio Moderno F

un

cio

na

l

Op

era

cio

na

l

Re

sg

ua

rdo

de

la

vid

a

Ce

rca a

l

Co

lap

so

Co

lap

so

Sismo ocasional

Sismo raro

Sismo muy raro

Edificio Antiguo VBASE

DAZOTEA

DFE = 2.7 cm DP = 12.6cm

Cort

ante

en la b

ase (

Tn)

Fu

nc

ion

al

Op

era

cio

na

l

Re

sg

ua

rdo

de

la

vid

a

Ce

rca

al

Co

lap

so

Co

lap

so

Sismo ocasional

Respuesta Estructural



Operacional Funcional Resguardo de la Vida

Sismo Ocasional

(50% / 50 años)

Sismo Raro

(10% / 50 años)

Sismo Muy Raro

(5% / 50 años)

Edificio Moderno


Desempeño Sismorresistente Esperado

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Operacional Funcional Resguardo de la Vida

Sismo Ocasional

(50% / 50 años)

Sismo Raro

(10% / 50 años) ???

Sismo Muy Raro

(5% / 50 años)

Edificio Antiguo

Frente a la problemática. ¿Que hacer?


Desempeño Sismorresistente Esperado Conclusiones y Recomendaciones

• Es necesario desarrollar un plan para reducir la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones educativas.

• En el Perú existe experiencia para reducir la vulnerabilidad de las edificaciones escolares con intervenciones de mediano o alto costo.

• La técnica de bajo costo encontrada consiste en rellenar algunos paños del edificio con muros de albañilería.

… GRACIAS

• El uso de las técnicas de bajo costo para reforzar edificaciones escolares permitirá reducir los gastos de futuras intervenciones post sismo en las edificaciones escolares.

Documents

Criterios Técnicos para la construcción de Edificaciones Sismorresistentes