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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS
MÉRIDA-VENEZUELA
ESTIMACIÓN DEL COMPORTAMIENTO
DINÁMICO DEL EDIFICIO DEL CUERPO DE
BOMBEROS DE LA CIUDAD DE TRUJILLO
EDO. TRUJILLO
Br. Patricia C. Barreto Smith.
Br. Richard M. Medina Becerra.
Septiembre, 2008.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS
MÉRIDA-VENEZUELA
ESTIMACIÓN DEL COMPORTAMIENTO
DINÁMICO DEL EDIFICIO DEL CUERPO DE
BOMBEROS DE LA CIUDAD DE TRUJILLO
EDO. TRUJILLO
Trabajo presentado como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Civil
Br. Patricia C. Barreto Smith.
Br. Richard M. Medina Becerra.
Tutor:Prof. Orlando Ramírez.
Septiembre, 2008.
ii
iii
ESTIMACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DINÁMICO DEL
EDIFICIO DEL CUERPO DE BOMBEROS DE LA CIUDAD
DE TRUJILLO EDO. TRUJILLO
Por:
Br. Patricia C. Barreto Smith.
Br. Richard M. Medina Becerra.
Trabajo de Grado presentado como requisito parcial para obtención del grado
de Ingeniero Civil de la Facultad de Ingeniería
Universidad de Los Andes.
Septiembre, 2008.
Aprobada:
__________________ _________________ Prof. Orlando Ramírez Prof. Pedro Rivero Tutor Jurado
_______________________ Prof. Juan Carlos Barboza Jurado
DEDICATORIA
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����������A Dios, por siempre guiarnos por el buen camino y a nuestras familias por el
apoyo que siempre nos han brindado.
iv
�
AGRADECIMIENTOS
�
�
Nuestro más profundo agradecimiento a nuestro tutor; Orlando Ramírez, por sus
valiosos consejos, asesoramiento y paciencia, al Instituto Autónomo Bomberil del
Estado Trujillo por permitirnos desarrollar tan importante trabajo y la colaboración
prestada, y a todas aquellas personas que contribuyeron con nosotros de una u otra
manera.
v
�
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS
ESTIMACION DEL COMPORTAMIENTO DINAMICO DEL EDIFICIO DEL CUERPO DE BOMBEROS DE LA CIUDAD DE TRUJILLO EDO.
TRUJILLO.
Br (s):
Patricia C. Barreto Smith.
Richard M. Medina Becerra.
Tutor:
Prof. Orlando Ramírez
RESUMEN
En el presente trabajo se trata de estudiar, mediante una evaluación estructural el desempeño sísmico del edificio sede del Instituto Autónomo Bomberil del Estado Trujillo. Las metodologías y técnicas utilizadas para dicha evaluación fueron mediante la realización de análisis estático lineal, espectral y modal utilizando el programa SAP 2000, software comercial para el análisis, diseño y evaluación de estructuras mediante el método de elementos finitos. Este programa nos permite hacer un modelo lo mas representativo posible a la realidad. Para la realización de los análisis estructurales se modeló la estructura, y se cargó con acciones permanentes, variables y sísmicas. Para la revisión estructural se utilizaron las envolventes de solicitaciones de las combinaciones de carga estipuladas en las Normas Venezolanas. Se realizaron análisis estructurales en base a cuyos resultados se determinó el desempeño bajo cargas verticales y sísmicas de la estructura. Para el análisis estático lineal se consideraron solo las cargas verticales y para el espectral las cargas verticales más las sísmicas representadas por un espectro de diseño que depende de las características del edificio, del suelo y de la ubicación en la zona sísmica. Para el análisis modal se consideraron 20 modos de vibración de la estructura para lograr un porcentaje de participación de las masas mayor al 90 %. De los resultados de los análisis realizados se escogieron las relaciones demanda/capacidad de las columnas y las derivas de entrepiso como los representativos para determinar el desempeño de la estructura. Los valores obtenidos de esos parámetros, en muchos casos, exceden los normativos, por lo que se concluye que la edificación en estudio es altamente vulnerable a sufrir daños en caso de la ocurrencia de un evento sísmico importante en la región.
vi
INDICE DE FIGURAS
�
Figura 2.1. Detalle de las ampliaciones realizadas al edificio………..……… 29
Figura 2.2. Irregularidad Vertical (Piso blando)...………………………….... 31
Figura 2.3. Irregularidad en planta. Efecto de esquina entrante......…………. 32
Figura 2.4. Plano de planta del primer nivel……………..…………………... 32
Figura 2.5. Junta de Dilatación…...………………………………………….. 33
Figura 2.6. Gimnasio ubicado en el tercer piso……………………………… 39
Figura 2.7. Salones de clase, tercer piso……………………………………... 39
Figura 2.8. Grietas en la tabiquería del tercer piso…………………………... 40
Figura 2.9. Cambios de espesor en la losa del tercer piso…………………… 40
Figura 3.1. Mapa de Zonificación Sísmica (Norma COVENIN 1756-2001)... 44
Figura 3.2. Mapa de zonificación sísmica (MOP, 1967)………..…………… 45
Figura 3.3. Mapa sísmico (Fielder y Rivero, 1977)……..…………………… 46
Figura 4.1. Propiedades de los materiales introducidos al modelo en
SAP2000…………………………………………………………………….... 48
Figura 4.2. Sección transversal de las columnas……..……………………… 49
Figura 4.3. Sección transversal de vigas……..………………………………. 51
Figura 4.4. Modelo de Vigas y Nervios……..……………………………….. 51
Figura 4.5. Modelo de escalera………..……………………………………... 52
Figura 4.6. Vista de cercha en modelo….…………………………………… 53
Figura 4.7. Vista de cercha en el edificio……..……………………………... 53
Figura 4.8. Modelo del edificio principal del Cuerpo de Bomberos de la
Cuidad de Trujillo……………………………………………………………. 54
Figura 4.9. Modelo del Edificio de Ampliación del Cuerpo de Bomberos
de la ciudad de Trujillo……………………………………………………….. 54
Figura 4.10. Espectro de Respuesta…..……………………………………… 60
Figura 5.1. Identificación de las columnas del tercer nivel en el edificio
vii
�
Principal……………………………………………………………………… 66
Figura 5.2. Identificación de las columnas del tercer nivel en el edificio de
Ampliación……………………………………………………………………. 67
Figura 5.3. Discontinuidad presentada en el tercer nivel del edificio de
Ampliación……………………………………………………………………. 67
Figura 5.4. Representación del primer modo de vibración, T= 1.182 seg….... 73
Figura 5.5. Representación del Segundo modo vibración, T= 1.039 seg……. 74
Figura 5.6. Representación del sexto modo de vibración, T= 0.89677 seg…. 74
Figura 5.7. Representación del modo 13, T= 0.8099 seg……….…………... 75
Figura 5.8. Representación del primer modo del edificio de ampliación, T=
1.343 seg……………………………………………………………………… 77
Figura 5.9. Representación del segundo modo del edificio de ampliación,
T= 1.161 seg………………………………………………………………….. 77
Figura 5.10. Desplazamiento edificio principal. Columna I3…..……………. 78
Figura 5.11. Deriva edificio principal. Columna I3…………..……………… 78
Figura 5.12. Desplazamiento edificio principal. Columna H3…….………… 79
Figura 5.13. Deriva edificio principal. Columna H3….……………………... 79
Figura 5.14. Desplazamiento edificio principal. Columna F8......…………… 80
Figura 5.15. Deriva edificio principal. Columna F8……..…………………... 80
Figura 5.16. Desplazamiento edificio principal. Columna K8….…………… 80
Figura 5.17. Deriva edificio principal. Columna K8……….………………... 80
Figura 5.18. Desplazamiento edificio de ampliación. Pórtico Q….…………. 81
Figura 5.19. Deriva edificio de ampliación. Pórtico Q…..……..……………. 81
Figura 5.20. Desplazamiento edificio de ampliación. Pórtico R.……………. 82
Figura 5.21. Deriva edificio de ampliación. Pórtico R….…...………………. 82
Figura 5.22. Desplazamiento edificio de ampliación. Pórtico S…..…………. 83
Figura 5.23. Deriva edificio de ampliación. Pórtico S……...…….…………. 83
Figura 5.24. Desplazamiento edificio de ampliación. Pórtico 4…..…………. 83
Figura 5.25. Deriva edificio de ampliación. Pórtico 4…..…...………………. 83
Figura 5.26. Desplazamiento edificio de ampliación. Pórtico 9……..………. 84
viii
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ix
�
Figura 5.27. Deriva edificio de ampliación. Pórtico 9…..…...………………. 84
Figura 5.28. Diagrama de iteración para la columna I3……………………... 85
Figura 5.29. Diagrama de iteración para la columna H3…………………..… 85
Figura 5.30. Diagrama de iteración para la columna F8……………………... 86
Figura 5.31. Diagrama de iteración para la columna K8.……….…………… 86
INDICE DE TABLAS
�
Tabla 2.1. Factor de importancia (COVENIN 1756-2001; Tabla 6.1)……..….... 35
Tabla 2.2. Niveles de Diseño de la Norma COVENIN 1756-2001 (Tabla
6.2)…………………………………………………………………………........... 35
Tabla 2.3. Factor de Reducción de Respuesta (COVENIN 1756-2001,
Tabla 6.4)……………………………………………………………………......... 36
Tabla 2.4. Valores límites de desplazamientos relativos unitario
(COVENIN 1756-2001, Tabla 10.1)……………………………………………... 38
Tabla 3.1. Clasificación de los tipos de estructuras según su clase de
vulnerabilidad. EMS-92 (Grünthal, 1993)……………………………………….. 43
Tabla 3.2. Clasificación de los tipos de estructuras según su clase de
vulnerabilidad. EMS-98 (Grünthal, 1998)……………………………………….. 43
Tabla 4.1. Parámetros….………………………………………………………… 59
Tabla 5.1. Relación de Capacidad de las columnas considerando Cargas
Verticales del edificio principal. Columnas de concreto……………………......... 63
Tabla 5.2. Relación de Capacidad de las columnas considerando Cargas
Verticales del edificio principal. Perfiles UNICON……………………………… 64
Tabla 5.3. Relación de Capacidad de las columnas considerando Cargas
Verticales del edificio principal. Perfiles IPN………………………………......... 65
Tabla 5.4. Relación de Capacidad de las columnas considerando Cargas
Verticales del edificio de Ampliación. Columnas de concreto…………………... 65
Tabla 5.5. Relación de Capacidad de las columnas considerando Cargas
Verticales del edificio de Ampliación. Perfiles UNICON……………………….. 66
Tabla 5.6. Relación de capacidad de las columnas Cargas Verticales y
Espectro de Diseño del edificio principal. Columnas de concreto……………….. 69
Tabla 5.7. Relación de capacidad de las columnas considerando Cargas
Verticales y Espectro de Diseño del edificio principal. Perfiles UNICON……… 70
Tabla 5.8. Relación de capacidad de las columnas considerando Cargas
x
�
Verticales y Espectro de Diseño del edificio principal. Perfiles IPN………......... 71
Tabla 5.9. Relación de Capacidad de las Columnas considerando Cargas
Verticales y Espectro de Diseño del edificio de Ampliación. Columnas de
Concreto…………………………………………………………………………... 71
Tabla 5.10. Relación de Capacidad de las Columnas considerando Cargas
Verticales y Espectro de diseño del edificio de Ampliación. Perfiles
UNICON………………………………………………………………………….. 71
Tabla 5.11. Porcentaje de participación modal de los 20 primeros modos de
vibración en el edificio principal…………………………………………………. 72
Tabla 5.12. Participación de las masas según el modo de vibración de la
estructura del edificio principal…………………………………………………... 73
Tabla 5.13. Participación de las masas según el modo de vibración de la
estructura del edificio de ampliación……………………………………………... 76
Tabla 5.14. Porcentaje de participación modal de los 20 primeros modos de
vibración en el edificio de ampliación……………………………………………. 76
Tabla 5.15. Deriva y desplazamientos columna I3, edificio principal…….…….. 78
Tabla 5.16. Deriva y desplazamientos columna H3, edificio principal……..…… 79
Tabla 5.17. Deriva y desplazamientos columna F8, edificio principal.…………. 79
Tabla 5.18. Deriva y desplazamientos columna K8, edificio principal.……….… 80
Tabla 5.19. Deriva y desplazamientos pórtico Q, edificio de ampliación….……. 81
Tabla 5.20. Deriva y desplazamientos pórtico R, edificio de ampliación.………. 82
Tabla 5.21. Deriva y desplazamientos pórtico S, edificio de ampliación…..……. 82
Tabla 5.22. Deriva y desplazamientos pórtico 4, edificio de ampliación……..…. 83
Tabla 5.23. Deriva y desplazamientos pórtico 9, edificio de ampliación…..……. 84
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INDICE GENERAL �
APROBACIÓN……………………………………………………………….. iiiDEDICATORIA………………………………………………………………. ivAGRADECIMIENTOS……………………………………………………….. vRESUMEN DEL TRABAJO………………………………………………… viINDICE DE FIGURAS……………………………………………………….. viiINDICE DE TABLAS………………………………………………………... xINTRODUCCIÓN…………………………………………………………… 14Capítulo 1. EDIFICACIONES ESENCIALES
1.1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………. 181.2. CONCEPTO DE EDIFICACIONES ESENCIALES……………… 19
1.2.1. Definición…………………………………………………….... 191.2.2. Clasificación…………………………………………………… 201.2.3. Las edificaciones esenciales en las Normas sísmicas………...... 21
1.3. PRINCIPALES CARACTERISTICAS DE LAS EDIFICACIONES ESENCIALES………………………………………………………… 221.3.1. Densidad de ocupantes para diferentes horarios……………….. 221.3.2. Impacto por fallo de servicios………………………………….. 221.3.3. Costo estimado de reposición de daños………………………... 23
1.4. ASPECTOS NORMATIVOS………………………………………… 231.4.1. Filosofía de diseño……………………………………………... 231.4.2. Factor de importancia………………………………………….. 251.4.3. Control de los desplazamientos………………………………... 261.4.4. Protección de componentes no estructurales…………………... 27
Capítulo 2. CARACTERISTICAS DEL EDIFICIO DEL CUERPO DE BOMBEROS DE LA CIUDAD DE TRUJILLO ESTADO TRUJILLO
2.1. RECOPILACION DE DATOS……………………………………….. 302.2. DESCRIPCIÓN FÍSICA……………………………………………… 31
2.2.1. Geometría……………………………………………………….. 312.2.2. Descripción de la estructura…………………………………….. 32
2.3. CLASIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA SEGÚN LAS NORMAS COVENIN………………………………………………… 34
2.4. DESPLAZAMIENTOS LATERALES……………………………….. 372.5. IMPRESIONES SOBRE LAS VISITAS REALIZADAS AL CUERPO DE BOMBEROS DE LA CIUDAD DE TRUJILLO ESTADO TRUJILLO…………………………………………………………………. 38
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Capítulo 3. VULNERABILIDAD Y AMENAZA SÍSMICA 3.1. VULNERABILIDAD SÍSMICA…………………………………….. 41
3.1.1. Concepto………………………………………………………… 413.1.2. Clases de vulnerabilidad………………………………………... 41
3.2. AMENAZA SÍSMICA………………………………………………... 443.2.1. Concepto………………………………………………………… 443.2.2. La amenaza en el Estado Trujillo……………………………….. 44
Capítulo 4. MODELADO DE LA ESTRUCTURA 4.1. CONSTRUCCIÓN DEL MODELO………………………………….. 47
4.1.1. Modelado de las columnas……………………………………… 494.1.2. Modelado de nervios……………………………………………. 504.1.3. Modelado de las vigas…………………………………………... 504.1.4. Modelado de la losa de la escalera……………………………… 524.1.5. Modelado de la cercha…………………………………………... 52
4.2. ANÁLISIS DE CARGA…………………………………………….... 554.2.1. Losa de entrepiso (e=20 cm)……………………………………. 554.2.2. Losa de entrepiso (e=25 cm)……………………………………. 554.2.3. Losa de tabelón………………………………………………….. 564.2.4. Losa de techo……………………………………………………. 56
4.3. MÉTODOS DE ANÁLISIS…………………………………………... 574.3.1. Análisis Estático Lineal…………………………………………. 574.3.2. Análisis Espectral………...……………………………………... 574.3.3. Análisis Modal….……………………………………………….. 58
4.4. USO DEL ESPECTRO DE RESPUESTA…………………………… 59
Capítulo 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS 5.1. ANÁLISIS ESTÁTICO LINEAL…………………………………….. 625.2. ANÁLISIS ESPECTRAL…………………………………………….. 685.3. ANÁLISIS MODAL………………………………………………….. 725.4. DESPLAZAMIENTOS LATERALES……………………………….. 78
5.5. DIAGRAMAS DE ITERACIÓN……………………………………... 84
CONCLUSIONES…………………………………………………………..... 87RECOMENDACIONES……………………………………………………... 89BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………... 91
xiii
�
INTRODUCCIÓN
En terremotos recientes se ha puesto de manifiesto la especial importancia que
tienen las edificaciones esenciales para hacer frente a situaciones de emergencia y la
particular necesidad de que dichas instalaciones estén preparadas para actuar en caso
de un evento sísmico. La experiencia de sismos pasados ha demostrado que las
edificaciones esenciales pueden ser altamente vulnerables a dicho fenómeno, al no
poder responder adecuadamente ni garantizar su normal funcionamiento tras la
ocurrencia de un sismo importante.
Las edificaciones esenciales son instalaciones de especial importancia que debido
a la relevante función que desempeñan en la vida social de una comunidad, y sobre
todo en la atención de la emergencia asociada al evento sísmico, imponen la
necesidad de evaluar tanto su vulnerabilidad física como funcional, y crear un cuerpo
de prescripciones especificas que permitan adecuar las existentes y construir las
nuevas con requisitos compatibles a su nivel de importancia.
En la realidad un alto porcentaje de edificaciones esenciales carecen de
consideraciones sismorresistentes. Los códigos de diseño sísmico básicamente se han
limitado a elevar los niveles de fuerzas de diseño como estrategia para reducir el nivel
de riesgos de estas y otras instalaciones calificadas de importancia vital para atender
situaciones de emergencia debido a un evento sísmico. La experiencia muestra como
en los últimos años un significativo número de estas instalaciones han sufrido daño,
en mayor o menor grado, de manera que ha reducido su capacidad de prestar servicio
generando un escenario crítico para la atención del desastre.
Por otra parte, las características de ocupación de estas instalaciones, el
preponderante papel que ejercen durante la atención de una crisis sísmica, el carácter
vital y estratégico de la preservación de su funcionalidad, las características de
14
�
equipamiento y contenido, así como los elevados costos de reposición de daños hacen
que las edificaciones esenciales requieran consideraciones especiales en relación con
la mitigación del riesgo sísmico y que las estrategias hasta ahora adoptadas no han
sido suficientes para reducirlo.
El servicio prestado por el personal de bomberos constituye, sin duda alguna, la
base de cualquier programación de atención de emergencia, en caso de un terremoto.
En tal sentido, es necesario que sus instalaciones permanezcan en condiciones de
prestar el servicio que les es encomendado, razón por la cual son edificaciones
esenciales, cuyo funcionamiento en condiciones de emergencia sísmica es vital para
reducir las consecuencias propias de un desastre natural.
Las estadísticas muestran como sólo en América, durante las tres últimas décadas,
varias estaciones de bomberos, han sido afectadas por terremotos, con diferentes
niveles de daño que van desde daños menores, que han afectado su capacidad
funcional, hasta daños severos que incluso han provocado su colapso total. En el
terremoto de Managua, Nicaragua en 1972, el colapso de la segunda planta del
edificio de dos plantas del cuerpo de bomberos atrapó los vehículos, haciendo
imposible la extinción de incendios que proliferaron sin medida; en el terremoto de
Loma Prieta en 1989, la estación de bomberos Gilroy Firehouse, un edificio histórico
de dos niveles sufrió daños importantes; en el sismo del Quindío, Colombia en Enero
de 1999, la estación de bomberos de Armenia presento un colapso total, que dificultó
las operaciones de rescate de las víctimas del sismo.
El Estado Trujillo está ubicado en una zona de alto riesgo sísmico, la cual
históricamente ha sido afectada por eventos sísmicos importantes (1644, 1673, 1775,
entre otros). La ciudad de Trujillo es la capital del Estado de mismo nombre y su
área de influencia cubre varias poblaciones importantes del Estado. La sede del
Instituto Autónomo Bomberil del Estado Trujillo es una edificación construida en los
años 70, en cuyo diseño se aplicaron Normas Sísmicas que difieren de las actuales.
Las edificaciones diseñadas con otras Normas Sísmicas, y en particular aquellas
15
�
clasificadas como esenciales, deberían ser evaluadas para verificar si cumplen con las
exigencias establecidas, y de no ser así deberían ser reforzadas estructuralmente.
En este sentido, el presente estudio pretende entre otras cosas poner de manifiesto
la importancia de este tipo de edificaciones y la necesidad de crear un cuerpo de
prescripciones especificas, con la naturaleza de la función prestada, así como crear
una plataforma que permita la revisión de la infraestructura nueva y existente; Así
teniendo como objetivo especifico la realización de los análisis estructurales
necesarios para determinar el desempeño sísmico del edificio sede del Instituto
Autónomo Bomberil del Estado Trujillo.
La edificación en cuestión es una estructura formada por vigas y columnas de
concreto en dos (2) de sus pisos, mientras que en un tercero (3ro), la estructura es
completamente metálica, lo que produce cambios en sus diafragmas de piso, cuya
construcción data de la década de los 70. Dicha edificación presenta irregularidades
identificadas a simple vista, como planta baja libres en el área de estacionamiento de
las unidades de rescate y extinción de incendio, esquinas entrantes y algunas otras
que podrían hacer que su comportamiento dinámico no fuese el deseado. Además de
lo anteriormente mencionado, se han hecho algunas ampliaciones a la estructura
utilizando materiales con propiedades diferentes, así como también losa de tabelones,
que podrían haber modificado el desempeño original de la estructura.
Dado que la edificación esta clasificada como esencial ya que alberga uno de los
principales cuerpos encargados de las labores de rescate y atención de emergencias en
caso de un evento sísmico, creemos convenientes realizar una evaluación detallada de
su comportamiento ante acciones sísmicas.
El presente trabajo “Estimación del comportamiento Dinámico del Edificio del
Cuerpo de Bomberos de la Ciudad de Trujillo, Edo. Trujillo” tiene un sentido
básicamente conceptual. Describe en su primer capítulo un marco contextual que
centra su atención en las Edificaciones Esenciales. Se puntualiza la definición de las
edificaciones esenciales y se describen sus características fundamentales
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�
17
�
centrándonos en los cuerpos de bomberos en el Capítulo 2, destacando las principales
diferencias con otras edificaciones y su posición de acuerdo con la clasificación de
edificaciones según su uso, importancia y riesgo de fallo, tradicionalmente
reconocida en los códigos. También se describen el grado de susceptibilidad de la
estructura de sufrir daños totales o parciales y la probabilidad de que ocurra un sismo
conocido como Vulnerabilidad y Amenaza sísmica, descrito en el Capítulo 3; el
modelado de la estructura, columnas, vigas y otros elementos estructurales, así como
también su análisis de carga y método de análisis están desglosados en el Capítulo 4,
y finalmente el análisis de resultados, estático lineal, espectral y modal en el Capítulo
5.
CAPÍTULO 1
EDIFICACIONES ESENCIALES
1.1. INTRODUCCIÓN
Cuando se habla de edificaciones esenciales es importante destacar en que sentido
se considera a la misma de una importancia relativa que merezca un estudio especial
o particular. El término “esencial” es sinónimo de “necesario”, sin embargo, el
sentido que pretenden la mayoría de las referencias que hacen uso de este término, se
corresponde con la propuesta del Comité VISION 2000 (SEAOC, 1995) según el
cual, las edificaciones esenciales son aquellas consideradas criticas para las
operaciones de atención de la emergencia sísmica o bien, como las refiere el FEMA
(1999) aquellas vitales para la respuesta ante la emergencia y posterior recuperación
del desastre. Según las disposiciones tentativas para el desarrollo de códigos sísmicos
de edificios (ATC 3-06, 1978), son aquellas donde funcionan instalaciones necesarias
en la recuperación posterior al sismo, que deben permanecer en condiciones de
funcionamiento durante y después del mismo, visión que es compartida por el
SEAOC (1988) y el BSSC (1991). En general, todas las referencias coinciden en
señalar como ejemplos de edificaciones esenciales a los hospitales, las estaciones de
policías y de bomberos, los centros de control de emergencia, los centros de
comunicaciones e inclusive las escuelas, pues frecuentemente juegan un papel
fundamental como refugios de los desplazados por daños en sus viviendas (FEMA,
1999). Estas instalaciones y sobre todo las que deben gestionar la atención de la
emergencia, experimentan un incremento sustancial de la demanda de sus servicios
inmediatamente después de un sismo, sin embargo, a causa del propio evento,
probablemente se ha degradado su capacidad de prestarlo, planteando un escenario
critico para la atención de la emergencia sísmica que se traduce en un incremento
brusco del riesgo asociado, situación que tiende a disminuir con el tiempo una vez
superada la crisis sísmica.
18
�
Desde este punto de vista, la definición atiende más a la función de la instalación
que alberga que al aspecto estructural de la propia edificación. Este último enfoque es
el que tradicionalmente ha ocupado la mayor atención y quizás el responsable de la
limitada información disponible sobre el comportamiento de estas edificaciones
durante los terremotos, ya que su evaluación generalmente ha seguido el mismo
patrón que el de las edificaciones convencionales, lo cual en cierta manera puede
interpretarse como una subestimación de la importancia del papel que tienen las
edificaciones esenciales en el riesgo sísmico de una comunidad.
Cuando se revisan las reseñas e informes sobre daños causados por sismos
importantes se observa como la mayor parte de la atención se centra en los aspectos
técnicos y como las llamadas lecciones aprendidas se fijan en las consecuencias
directas de la crisis sísmica, prestando poca o ninguna atención a las consecuencias
indirectas del evento. Normalmente se limitan ha describir los efectos sobre las
edificaciones y otro tipo de infraestructura, las perdidas de vidas humanas, en fin, los
llamados daños directos. Sin embargo, la experiencia demuestra que los daños debido
a las pérdidas o mal funcionamiento de esta infraestructura, conocidos como daños
indirectos, pueden llegar a ser tanto o más importantes que los asociados a los daños
directos, sobre todo para las grandes ciudades, pues en ellas se enmarca la perdida de
oportunidades de trabajo o de negocio, la perdida de fuerza laboral y la interrupción
de servicios, entre otros.
1.2. CONCEPTO DE EDIFICACIONES ESENCIALES
1.2.1. Definición
En nuestro caso, nos limitaremos a considerar como edificaciones esenciales,
aquellas edificaciones que albergan instalaciones y/o dependencias cuyo
funcionamiento en condiciones de emergencia debidas a una crisis sísmica, es crítica
y vital para afrontar las consecuencias inherentes del desastre natural. Aquellas que
19
�
son necesarias para atender la emergencia y preservar la salud, seguridad y atención
de la población después de un sismo.
1.2.2. Clasificación
Utilizando como base la definición propuesta, es posible clasificar las
edificaciones esenciales de acuerdo a la función especifica que cumplen dichas
instalaciones en una comunidad. Si bien la lista puede hacerse interminable, su
identificación y jerarquización depende de la importancia y la función que desempeñe
en el momento de una crisis sísmica.
� Hospitales, clínicas, ambulatorios y centros de salud.
� Escuelas, colegios, universidades y otros institutos educacionales.
� Edificaciones Gubernamentales o Municipales de importancia.
� Estaciones de bomberos, de policía y cuarteles.
El servicio prestado por el personal de bomberos, constituye sin duda alguna, la
base de cualquier programa de atención de emergencia debido a una crisis sísmica.
Constituyen el brazo ejecutor de los planes de emergencia para la atención y
protección de la población afectada y la propiedad privada. En tal sentido, es
determinante que dichas instalaciones permanezcan en condiciones de prestar el
servicio que les sea encomendado, razón por la cual se consideran edificaciones
esenciales, cuyo funcionamiento en condiciones de emergencia o crisis sísmica es
vital para mitigar las consecuencias inherentes de un desastre.
� Centros de asistencia primaria en caso de emergencia como defensa civil,
protección civil y primeros auxilios, entre otros.
� Otras edificaciones esenciales.
En el presente trabajo nos centraremos en las estaciones de bomberos.
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1.2.3. Las edificaciones esenciales en las normas sísmicas
Los códigos de diseño sísmico enfocan la clasificación de las edificaciones según
su importancia, uso y riesgo de fallo. En algunos casos, la descripción es exhaustiva,
y minuciosa, mientras que en otros, la descripción es somera, genérica y si se quiere
ambigua. Algunos usos específicos se clasifican de manera diferente en los diversos
códigos, sin embargo, prácticamente todos coinciden en destacar a las instalaciones
de la salud como el prototipo de las edificaciones esenciales.
Siguiendo la definición empleada en algunos de los principales códigos sísmicos
existentes (IAEE. 1996) y las tendencias propuestas por el Comité VISION 2000
(SEAOC, 1995) es posible identificar las siguientes categorías generales:
� Edificaciones de extraordinaria importancia.
� Edificaciones esenciales, riesgosas o de importancia especial
Además de las instalaciones esenciales descritas en el apartado anterior
(hospitales, escuelas, estaciones de bomberos, policiales, centros de control de
emergencia, centros de comunicación, etc.), también se incluyen dentro de esta
categoría como instalaciones riesgosas, aquellas que contienen grandes cantidades de
material peligroso, que puede ser contenido dentro de los limites de las instalaciones
y cuyo impacto público es mínimo (SEAOC, 1995). También se incluyen las
edificaciones de uso público o privado, densamente ocupadas ocasionalmente o en
forma temporal, tales como graderías, cines, teatros, salas de concierto, edificios con
altas capacidades de ocupación, cárceles, etc.
� Edificaciones convencionales o de importancia ordinaria.
� Edificaciones de importancia secundaria.
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La Norma Venezolana COVENIN 1756-1:2001, clasifica esta estructura en el
Grupo A, ya que es una Edificación que alberga instalaciones esenciales, de
funcionamiento vital en condiciones de emergencia o cuya falla puede dar lugar a
cuantiosas pérdidas humanas o económicas.
1.3. PRINCIPALES CARACTERISTICAS DE LAS EDIFICACIONES
ESENCIALES
A continuación se presenta una comparación sobre algunas características de
edificaciones destinadas a diferentes usos con el objeto de ilustrar las significativas
diferencias que justifican un tratamiento diferencial en cuanto a las consideraciones
de riesgo asociado (Safina, 1998). En particular se destacan los servicios de
emergencia (bomberos).
1.3.1. Densidad de ocupantes para diferentes horarios
Nos presenta la densidad media de ocupantes, expresada en número de personas
por cada 100 metros cuadrados de planta útil, para edificaciones destinadas a
diferentes usos, en horarios diferentes; así poder apreciar el significativo incremento
de la densidad de ocupantes que sufren las edificaciones.
1.3.2. Impacto por fallo de servicios
Presenta el factor de impacto por fallo de servicios sobre la funcionalidad de la
edificación. Este factor se evalúa en un rango que va desde 0 (sin impacto) hasta 1
(impacto total) y cuantifica el grado de dependencia que tiene una instalación al
funcionamiento de un determinado servicio.
22
�
1.3.3. Costo estimado de reposición de daños
Presenta el costo estimado de reposición de daños debido a sismos, por metro
cuadrado de construcción, para edificaciones destinadas a diferentes usos. En este
costo estimado se expresa como un rango y se ha determinado en base a los costos
medios por metro cuadrado de construcción existentes.
1.4. ASPECTOS NORMATIVOS
Si bien existe consenso en la mayoría de los códigos de diseño sísmico en
reconocer que las edificaciones esenciales son instalaciones a las que debe prestarse
atención especial, su tratamiento no se hace de manera uniforme. En estos códigos, se
encuentran decisiones implícitas que pretenden garantizar un desempeño eficiente
durante un sismo. Entre estas, vale la pena mencionar aquellas relacionadas con la
filosofía de diseño, la asignación de los factores de importancia, las medidas de
control de los desplazamientos y finalmente, las medidas orientadas a la protección de
componentes no estructurales.
1.4.1. Filosofía de diseño
La mayoría de los códigos de diseño sísmico establecen como filosofía general de
diseño sismorresistente que la seguridad de las vidas humanas es la consideración
más importante en el diseño de un edificio. En este sentido, los requisitos y
recomendaciones de los códigos pretenden dar prescripciones de diseño que permitan
a la mayoría de edificios cumplir con los siguientes lineamientos:
� Resistir sin daño sismos pequeños.
� Resistir sismos moderados sin que haya daño estructural de importancia,
siendo admisible daños en elementos no estructurales.
23
�
� Resistir un sismo fuerte sin falla grave del sistema estructural del edificio, sus
miembros componentes o equipos, manteniendo la seguridad a la vida.
Además debe disponerse de criterios de diseño que le permitan a ciertas
instalaciones esenciales permanecer en operación durante y después del sismo para la
seguridad y bienestar del público en caso de una emergencia.
De esta manera, se pretende garantizar en la mayoría de estructuras un adecuado
margen de seguridad, y una razonable economía en la construcción a costa de tolerar
cierta cantidad de daño como consecuencia de un terremoto.
Aunque esta filosofía está completamente de acuerdo con el concepto de diseño
exhaustivo y ha sido aceptada prácticamente por toda la comunidad internacional, las
actuales metodologías de diseño contempladas en los códigos sísmicos no llegan a
alcanzar sus metas u objetivos. Los criterios y metodologías de diseño propuestos
están orientados fundamentalmente a prevenir la pérdida de vidas humanas como
consecuencia del colapso estructural de las edificaciones, basándose en un terremoto
de diseño asociado a un estado limite último, de seguridad o supervivencia. En esta
circunstancia, el edificio no debería colapsar o sufrir daño serio capaz de poner en
peligro vidas humanas, sin embargo, se puede tolerar cierto nivel de daños
estructurales y no estructurales.
La práctica de diseño de edificaciones que sigue la mayoría de los códigos
sísmicos, no está pensada para limitar el daño, mantener funciones y en última
instancia, facilitar la reparación, pues esto forma parte del llamado diseño exhaustivo,
donde no es suficiente especificar el terremoto de diseño asociado a un nivel de
seguridad o supervivencia, sino que se requiere especificar otros terremotos de
diseño, asociados a otros niveles de desempeño, que contemplen así los
requerimientos de la citada filosofía general de diseño sismorresistente.
24
�
En las edificaciones esenciales, es necesario incrementar los márgenes de
seguridad impuestos para las edificaciones convencionales, independientemente de
las implicaciones económicas asociadas. Dichas instalaciones deberían diseñarse de
manera tal que se garantizase su funcionamiento después de pequeños, moderados y
grandes terremotos, de alta, ocasional y baja frecuencia, respectivamente. Ello
implica que ante los diferentes niveles de movimiento esperados o terremotos de
diseño, su respuesta debería permanecer prácticamente en el llamado rango elástico y
por tanto, minimizados los daños sobre componentes estructurales y no estructurales,
así como proteger los servicios críticos y los equipamientos especiales, para evitar la
interrupción de la función de estas instalaciones y garantizar su funcionamiento en la
atención de la crisis sísmica. En este sentido, la tendencia actual está orientada al
llamado diseño por multi-objetivo según el cual, las edificaciones deben alcanzar
determinados niveles de desempeño esperado para diferentes niveles del movimiento
sísmico.
1.4.2. Factor de importancia
Como una medida para incrementar el margen de seguridad asociado al diseño de
edificaciones, la mayoría de códigos (IAEE, 1996) exigen la aplicación del llamado
Factor de Importancia, que depende de la importancia, uso, riesgo de fallo y categoría
de ocupación de la edificación. Su valor varía entre la unidad, para instalaciones que
pertenecen al grupo de edificaciones convencionales o de importancia ordinaria, hasta
valores de 1.6, es decir, incrementando la acción sísmica hasta un 60 %, para las
edificaciones esenciales (Grases, 1991). Este factor pretende incrementar o aumentar
el valor de la acción sísmica de diseño como estrategia para incrementar el margen de
seguridad asociado a estas edificaciones. Su selección es independiente de la
zonificación sísmica y de las eventuales consecuencias catastróficas de las posibles
fallas. La Norma Venezolana COVENIN 1756-1:2001, utiliza un Factor de
Importancia de 1,30 para este tipo de edificación esencial.
25
�
1.4.3. Control de los desplazamientos
El diseño tradicional de edificaciones sometido a sismos establece como estrategia
la estimación de la acción sísmica como una fuerza de diseño que se traduce en
desplazamientos compatibles con las propiedades mecánicas del sistema. Aunque este
procedimiento está repleto de hipótesis simplificadoras e incertidumbres, constituyen
el fundamento, el análisis y diseño sismorresistente reconocido en la actualidad y
permite estimar los desplazamientos inelásticos de la estructura.
Sin embargo, la naturaleza del problema hace que entre las variables de diseño de
interés, destaquen no solamente la resistencia de los elementos estructurales sino el
comportamiento global de la estructura, que queda al margen de las metodologías
tradicionalmente implementadas. En este sentido, los códigos de diseño imponen
paralelamente controles para los desplazamientos como una medida para prevenir y/o
acotar los daños en elementos no estructurales. De hecho, los grandes
desplazamientos laterales ponen en peligro la seguridad, debido al daño que pueden
incluir sobre los elementos no estructurales, sobre todo si estos están adosados o
vinculados a la estructura y son susceptibles de sufrir daños por deformaciones
excesivas de la misma.
Conviene destacar que las medidas de control de los desplazamientos impuestas
por la mayoría de códigos de diseño sísmico no diferencian según la clasificación de
la edificación; es decir, estos controles se establecen por igual, independientemente
del tipo de edificación, pues se parte del principio que para edificaciones esenciales,
el factor de importancia impuesto cubre el requerimiento de seguridad. Solo algunos
códigos, como por ejemplo el reciente código sísmico de Venezuela (FUNVISIS,
1998), diferencian el límite de la deriva de entrepiso normalizada, según se trate de
edificaciones convencionales, especiales o esenciales, lo cual aparentemente se
convierte en una doble pero necesaria exigencia para las edificaciones de mayor
importancia relativa. La Norma Venezolana COVENIN 1756-01, en su Capítulo 10,
26
�
controla los desplazamientos laterales totales en función del Factor de Reducción y
del desplazamiento lateral de cada nivel, su deriva o desplazamiento relativo como la
diferencia de los desplazamientos laterales totales entre dos niveles consecutivos, y la
relación entre la deriva y la altura de entrepiso como deriva normalizada, este valor
está limitado para una estructura clasificada como Grupo A y susceptible de sufrir
daños por deformaciones de la estructura por 0,012.
1.4.4. Protección de componentes no estructurales
Los componentes no estructurales de una edificación sometida a movimientos
sísmicos deben soportar los movimientos de la estructura y en algunos casos su
seguridad se encuentra más comprometida que la misma estructura (Schff y Tang,
1998). Sin embargo, la practica convencional de diseño sísmico concede poca
importancia a estos elementos, hasta el punto que diversos códigos no incluyen
normas especificas para su diseño. Entre estos componentes no estructurales destacan
los equipos mecánicos y eléctricos, los elementos arquitectónicos, el propio contenido
de la edificación y todos aquellos que no forman parte del sistema estructural.
El análisis de la respuesta dinámica de los componentes no estructurales es un
problema complejo que los códigos han pretendido resolver a través de fórmulas
sencillas. Estas expresiones para cuantificar la fuerza sobre el elemento dependen
fundamentalmente del peso del componente, su posición relativa en la estructura, el
nivel de exposición de la edificación, la posible amplificación dinámica asociada a la
interacción del componente con la estructura, la importancia del elemento y/o
probabilidad de fallo del mismo, la importancia de la edificación, en fin, de una serie
de variables que se han tratado de englobar en diversos coeficientes o factores para
las llamadas partes de la estructura (ATC-3-06, 1978). El tratamiento que los códigos
ofrecen al diseño de estos elementos presentan una diversidad de enfoques,
clasificaciones y metodologías, mas o menos complicadas, repletas de subjetividades
y arbitrariedades, que conducen a resultados ambiguos e inconsistentes cuando se
27
�
28
�
comparan (Soong, 1993). Sin embargo, todos coinciden en establecer una fuerza de
diseño para el componente no estructural, formulada como una fuerza lateral estática
equivalente aplicada en el centro de gravedad del componente analizado.
En la actualidad, la protección de los componentes no estructurales ha alcanzado
tal nivel de importancia que en propuestas como las ATC-40 (1996), la definición del
nivel de desempeño esperado de la edificación está íntimamente vinculada al nivel de
desempeño esperado de los componentes no estructurales que la integran (ATC-29-1,
1998).
�
CAPÍTULO 2
CARACTERISTICAS DEL EDIFICIO DEL CUERPO DE BOMBEROS DE LA CIUDAD DE TRUJILLO ESTADO TRUJILLO
El edificio del Cuerpo de Bomberos de la Ciudad de Trujillo, está ubicado en la
Av. García de Paredes, Municipio Matriz, Estado Trujillo. La construcción del
complejo fue concluida el 6 de julio de 1972, durante la vigencia de la Norma
provisional para construcciones antisísmicas (MOP 1967). Años después se
realizaron tres ampliaciones una en una zona destinada como terraza y luego otra fue
realizada en la azotea de la edificación, finalmente se construyo otro edificio de tres
pisos separado del existente por medio de una junta de dilatación.
Figura 2.1. Detalle de las ampliaciones realizadas en el edificio.
El sistema estructural proyectado es un edificio de 3 plantas, de pórticos de
hormigón armado, con una altura total de 9,50 m, los dos primeros pisos son de
29
hormigón con una altura de 3,50 m y 3 m respectivamente, mientras que el tercer piso
es de acero estructural con una altura de 3 m. Las losas de entrepiso son nervadas,
armadas en un sentido, con relleno de bloque piñata y con espesores de 20 cm y 25
cm.
2.1. RECOPILACION DE DATOS
La recopilación de la información asociada a las características de las instalaciones
que conforman el cuerpo de bomberos de la ciudad de Trujillo, es el resultado de una
larga gestión dirigida a obtener la mayor cantidad disponible de información.
Respecto a la edificación propiamente dicha, se obtuvieron algunos de los planos
arquitectónicos y estructurales de la misma. Se realizaron diversas inspecciones de las
instalaciones de los bomberos, a los fines de corroborar y complementar la
información obtenida, revisar el estado de las instalaciones, evaluar la situación de los
elementos no estructurales considerados relevantes desde el punto de vista sísmico.
Así mismo se realizo el levantamiento de las tres ampliaciones realizas; la del
edificio de tres pisos ubicada al lado del edificio existente, la de la terraza y la de la
azotea, por no encontrar ningún tipo de información arquitectónica ni estructural.
También se dibujaron nuevamente los planos de planta de la edificación debido a que
los existentes se encuentran en muy mal estado; en dichos planos se incluyeron todas
las ampliaciones realizadas y se establecieron los ejes de la edificación, estos se
digitalizaron mediante el uso del programa Autocad.
30
2.2. DESCRIPCIÓN FÍSICA
2.2.1. Geometría
El edificio posee una estructura irregular tanto en planta como en elevación, por lo
que podrían presentarse efectos indeseables tales como concentración de esfuerzos y
efectos torsionales, los cuales serán perjudiciales en el comportamiento de la
edificación ante un evento sísmico.
Las irregularidades que presenta la estructura tales como su asimetría en planta
debido a su forma en T, produce un efecto de esquina entrante donde se pudieran
concentrar grandes esfuerzos, los que pudieran provocar vibraciones torsionales en
las plantas, con un importante incremento de esfuerzos en las columnas de esa zona.
La estructura a estudiar también presenta irregularidades de planta baja libre,
concentración de masas en pisos superiores, grandes luces, discontinuidades de
diafragmas y elementos estructurales, que pueden ser causantes de concentración de
esfuerzos en las zonas más frágiles de la planta, y de efectos torsionales importantes.
Figura 2.2. Irregularidad vertical (Piso Blando).
31
Figura 2.3. Irregularidad en planta. Efecto de esquina entrante.
2.2.2. Descripción de la estructura
La estructura del edificio principal esta conformada por 14 pórticos en un sentido
(X) y 10 pórticos en sentido perpendicular (Y), posee vigas planas como vigas de
amarre y cada paño de losa se encuentra nervado en diferentes direcciones.
Figura 2.4. Plano de planta del primer nivel.
32
La losa de una de las ampliaciones esta formada por perfiles IPN 8, separados
cada 80 cm y tabelones de 6 x 20 x 80, formando una losa de tabelón de 12 cm de
espesor. Las columnas y vigas de apoyo de la losa son de acero de sección IPN 12. La
otra ampliación hecha en la azotea de la edificación esta conformada mediante un
sistema de cerchas de tubo no estructural, pulido, con columnas de perfiles UNICON
100x100 y techo de acerolit, cabe resaltar que las columnas se encuentran apoyadas
sobre la losa y no sobre los elementos estructurales.
El edificio de ampliación esta conformado por pórticos ortogonales, 3 pórticos en
sentido X y 2 pórticos en sentido Y, con losas nervadas en dirección Y. El tercer nivel
de este edificio está formado por una losa que continúa hasta el edificio principal,
mientras que en los niveles inferiores no, ya que estos edificios se encuentran
separados por una junta de dilatación.
Figura 2.5. Junta de Dilatación.
33
2.3. CLASIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA SEGÚN LAS NORMAS COVENIN
La Norma COVENIN 1756-2001 “Edificaciones Sismorresistentes”, establece
criterios de análisis y diseño de edificaciones ubicadas en zonas sísmicas, con el
propósito de proteger vidas, aminorar en lo posible los daños esperados y mantener
operativas las edificaciones esenciales después de sufrir efectos de vibración intensas
del terreno. En su capítulo 6, establece la clasificación de edificaciones según el uso,
nivel de diseño, tipo y regularidad estructural. La clasificación según su uso se basa
en diferenciar aquellas estructuras que son de funcionamiento vital en casos de
emergencia o cuya falla pueda ocasionar cuantiosas perdidas humanas. Se estipulan
cuatro (4) grupos para su clasificación presentados en orden de importancia los cuales
son: el grupo A, el grupo B1, el grupo B2 y el grupo C.
El Cuerpo de Bomberos de la ciudad de Trujillo, se ubica en el grupo A, debido a
que ésta es una edificación esencial, la cual debe mantener su estado operativo
durante y después de la ocurrencia de cualquier emergencia, ya que su personal son
los encargados de atender la emergencia y a su vez en sus instalaciones brindar
asistencia y refugio a muchos de los afectados.
La Norma estipula un factor de importancia (�), el cual se deriva del uso y de la
ubicación en la zona sísmica de la edificación. La intención de la aplicación de un
factor de importancia (�) mayor a la unidad es la de obtener valores de aceleración
del terreno asociados a una menor probabilidad de excedencia para una misma vida
útil, es decir, aumentar los niveles de aceleración del terreno y por ende los niveles de
la fuerzas sísmicas. La estructura clasificada como grupo A y teniendo como
ubicación geográfica la ciudad de Trujillo, tipificada como zona sísmica 5 (ZS-5),
conlleva a la consideración de un factor de importancia �= 1,30. Tal como se muestra
en la tabla 2.1.
34
Tabla 2.1. Factor de importancia (COVENIN 1756-2001; Tabla 6.1).
GRUPO � A 1,30 B1 1,15 B2 1,00
El concepto de los niveles de diseño fue incorporado en las Normas Venezolanas
COVENIN desde 1982, a fin de mitigar el efecto que producen los factores de
importancia sobre los costos en la construcción, debido a que los niveles de diseño se
refiere a los criterios utilizados en el dimensionado y detallado de los miembros y
conexiones que forman parte del sistema resistente al sismo. Los niveles de diseño se
clasifican de manera que a mayor amenaza sísmica mas exigente será el nivel. La
edificación de acuerdo a su uso y zona sísmica le corresponde el nivel de diseño 3
(ND3), el más alto nivel de exigencia respecto al diseño, cálculo y controles de
calidad de la obra. Ver tabla 2.2.
Tabla 2.2. Niveles de Diseño de la Norma COVENIN 1756-2001 (Tabla 6.2).
GRUPO ZONA SÍSMICA 1 Y 2 3 Y 4 5, 6 Y 7
A ; B1 ND2 ND3 ND3 ND3
B2 ND1(*)
ND2 ND3
ND2(*) ND3
ND2(**) ND3
(*) Valido para edificaciones de hasta 10 pisos o 30 m. de altura. (**) Valido para edificaciones de hasta 2 pisos u 8 m. de altura.
35
La Norma COVENIN 1756-2001, en su capitulo 6, también establece una
“Clasificación según el Tipo de Estructura”, el cual especifica cuatro (4) tipos de
sistemas resistentes a sismos, en función de los elementos estructurales encargados de
resistir las cargas del tipo vertical y las cargas producidas por las acciones sísmicas.
La Norma aclara que cuando existen dudas sobre el comportamiento global de la
estructura, el ingeniero proyectista deberá decidir un tipo justificando su decisión. El
edificio del Cuerpo de Bomberos, en su condición inicial sin ampliaciones, estaría
clasificado como tipo I por ser un sistema a base de pórticos de concreto, donde los
pórticos resisten la totalidad de las cargas tanto verticales como la de las acciones
sísmicas y cuyos ejes de columnas se mantienen continuos hasta la fundación. Las
ampliaciones realizadas sobre la edificación están constituidas por acero estructural,
con pórticos cuyos ejes de columnas llegan a la losa donde están apoyados, no
teniendo un sistema definido, sin embargo, la estructura será calificada como tipo I.
En la tabla 6.4. de la Norma se presentan valores de Reducción de Respuesta (R) para
distintas tipologías de estructuras dependiendo de su Nivel de Diseño. Para una
estructura tipo I, el valor correspondiente es R=6, pero considerando que la estructura
fue diseñada con una Norma Sísmica que difiere de la vigente, donde no se
consideraba la excursión de la estructura en el rango inelástico y su ductilidad, se
tomara un menor valor de R el cual será R=4.
Tabla 2.3. Factor de Reducción de Respuesta (COVENIN 1756-2001, Tabla 6.4).
NIVEL DE
DISEÑO
ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO TIPO DE ESTRUCTURA ( Sección 6.6.1)
I II III IIIa IV ND3 6.0 5.0 4.5 5.0 2.0 ND2 4.0 3.5 3.0 3.5 1.5 ND1 2.0 1.75 1.5 2.0 1.25
36
Las edificaciones deben clasificarse en regulares o irregulares, para de esta forma
seleccionar el método de análisis más conveniente, a mayor irregularidad el método
de análisis debe ser más riguroso y detallado, debido a que su comportamiento será
menos predecible. La Norma COVENIN 1756-2001, también establece en su capítulo
6, una “Clasificación según la Regularidad de la Estructura” separándolas en
Irregularidades Verticales e Irregularidades en Planta.
El edificio del Cuerpo de Bomberos presenta ambas irregularidades, entre las
irregularidades verticales se tiene entrepiso blando; la que se presenta en el
estacionamiento debido a la falta de tabiquería, lo que produce una sensible
disminución de resistencia y rigidez en la planta baja, también se observa
discontinuidad en el plano resistente a cargas laterales debido a que algunas columnas
no llegan al nivel de fundación como lo especifica la Norma vigente, también podría
incluirse entre las irregularidades el aumento de masa con la altura, ya que en el
tercer piso de la edificación funciona un gimnasio de manera permanente. En cuanto
a las irregularidades en planta, la edificación presenta, esquinas entrantes originadas
por su forma de T, excentricidades y por lo tanto riesgo torsional elevado.
2.4. DESPLAZAMIENTOS LATERALES
La Norma COVENIN 1756-2001, en su capítulo 10 especifica los valores límites
de los desplazamientos relativos (derivas) unitarios que pueden presentarse en una
estructura, con el fin de garantizar no solo que la edificación resista los efectos de las
acciones sísmicas sin exceder las capacidades de deformación inelástica de sus
miembros, sino también limitar los daños en los elementos no estructurales, como
consecuencia de desplazamientos laterales excesivos.
Las estructuras se encuentran clasificadas de acuerdo al nivel de daño que puedan
sufrir sus elementos por grandes deformaciones, en dos grupos en el primero se
encuentran aquellas que presenten tabiques divisorios de comportamiento frágil
37
unidos a la estructura y en el segundo grupo las que contengan elementos de
cerramiento muy flexibles o aquellos que se encuentren separados de la estructura.
Estos valores límites se presentan en la tabla 2.4.
Tabla 2.4. Valores límites de desplazamientos relativos unitarios (COVENIN 1756-2001, Tabla 10.1).
TIPO Y DISPOSICION DE LOS ELEMENTOS NO EDIFICACIONES ESTRUCTURALES GRUPO A GRUPO B GRUPO C
SUSCEPTIBLES DE SUFRIR DAÑOS POR DEFORMACIONES DE LA ESTRUCTURA
0.012 0.015 0.018
NO SUSCEPTIBLES DE SUFRIR DAÑOS POR DEFORMACIONES DE LA ESTRUCTURA
0.016 0.02 0.024
2.5. IMPRESIONES SOBRE LAS VISITAS REALIZADAS AL CUERPO DE BOMBEROS DE LA CIUDAD DE TRUJILLO ESTADO TRUJILLO
En las visitas realizadas al edificio sede del Instituto Autónomo Bomberil del
Estado Trujillo, se pudo observar la mala configuración estructural que posee dicho
edificio; este presenta discontinuidad respecto a los ejes de las columnas, también se
pudo observar que la junta de dilatación en el tercer piso no existe, la losa es continua
desde el edificio de ampliación hasta el principal, el funcionamiento del gimnasio y
los salones de clase en el tercer nivel, figuras 2.6. y 2.7., hacen que en los niveles
inferiores se sientan vibraciones importantes que alarman a las personas que se
encuentran en dichas instalaciones, así como también el desprendimiento del friso de
las losas de techo nervadas.
38
Figura 2.6. Gimnasio ubicado en el tercer piso.
Figura 2.7. Salones de clase, tercer piso.
39
Se pudo observar además grietas en la tabiquería, sobre todo en el tercer nivel de
la edificación Figura 2.8. También se observo el cambio en el espesor de la losa del
tercer piso Figura 2.9.
Figura 2.8. Grietas en la tabiquería del tercer piso.
Figura 2.9. Cambios de espesor en la losa del tercer piso.
40
CAPÍTULO 3
VULNERABILIDAD Y AMENAZA SÍSMICA
3.1. VULNERABILIDAD SÍSMICA
3.1.1. Concepto
Se entiende por vulnerabilidad sísmica al grado de susceptibilidad de una o de un
grupo de edificaciones a sufrir daños totales o parciales, por la ocurrencia de
movimientos sísmicos de una intensidad o magnitud dadas, en un periodo de tiempo y
en un sitio determinado.
La vulnerabilidad sísmica es una propiedad intrínseca de la estructura, una
característica de su propio comportamiento ante la acción de un sismo descrito a
través de una ley causa-efecto, donde la causa es el sismo y el efecto es el daño
(Sandi, 1986). La definición de la naturaleza y alcance de un estudio de la
vulnerabilidad sísmica debe estar condicionado por el tipo de daño que se pretende
evaluar y el nivel de amenaza existente. La afectación o daño depende de la acción
sísmica y de la capacidad sismorresistente de la estructura, de manera que la
evaluación de la vulnerabilidad sísmica está necesariamente vinculada a la manera
como se define la acción y el daño sísmico.
3.1.2. Clases de vulnerabilidad
Una práctica muy corriente consiste en clasificar las estructuras en grupos de
vulnerabilidad similar o clases de vulnerabilidad. Se basan en datos empíricos de
daños causados por terremotos sobre las construcciones y utilizan la capacidad
técnica de profesionales de la construcción o expertos para relacionar las
características de la estructura con el comportamiento observado en estructuras
41�
similares que se han visto sometidas a acciones sísmicas en terremotos destructivos
anteriores. Existen diversos esquemas propuestos por autores entre los que destacan
la clasificación propuesta por el ATC-13 (1985) y la escala EMS (Grünthal, 1993,
1998).
La propuesta el ATC (ATC-13, 1985) para la evaluación de las pérdidas por
sismos, clasifica en diversos tipos o clases de vulnerabilidad las edificaciones
comúnmente empleadas en California, definidos sobre la base de la opinión de
expertos y en función de los materiales empleados en la construcción, el sistema
estructural o resistente a sismos, la altura de la edificación y el nivel de diseño
sísmico que está directamente relacionado con la ductilidad de la estructura.
La propuesta del EMS-92 (Grünthal, 1993) clasifica los tipos de estructuras en seis
clases de vulnerabilidad que van desde la A (la mayor vulnerabilidad) hasta la F (la
menor vulnerabilidad) descritas en la tabla 3.1., en función de los materiales
empleados en la construcción y el nivel de diseño sísmico. Esta clasificación
representa una evolución de la primitiva y simple escala de intensidad MKS que
clasifica los edificios en tres grandes tipologías A, B y C.
En su ultima versión, la EMS-98 (Grünthal, 1998) mantiene la definición de las
seis clases de vulnerabilidad y modifica la definición da las tipologías estructurales
incorporando las estructuras metálicas y discriminando el sistema resistente de las
estructuras de hormigón armado entre pórticos y muros. (Tabla 3.2).
42�
Tabla 3.1. Clasificación de los tipos de estructuras segúnsu clase de vulnerabilidad. EMS-92 (Grünthal, 1993).
Tipo de estructura Clase de vulnerabilidad A B C D E F
Piedra cruda, sin tallar +Adobe (ladrillo de tierra) + -
MAMPOSTERIA Piedra talla - +sillería x + -
Ladrillo no reforzado/bloque hormigón - + -Ladrillo no reforzado c/forjado de HA x +
Ladrillo reforzado / Mampost. Confinada - + x -
HORMIGON Sin diseño AntiSísmico (DAS) - x + xARMADO Con mínimo nivel de (DAS) - x +
(HA) Con moderado nivel de (DAS) - x +Con alto nivel de (DAS) x +
MADERA Estructura de madera - x + x x (+) mas probable (x) probable (-)poco probable
Tabla 3.2. Clasificación de los tipos de estructuras segúnsu clase de vulnerabilidad. EMS-98 (Grünthal, 1998).
Tipo de estructura Clase de vulnerabilidad A B C D E F
Piedra cruda, sin tallar +Adobe (ladrillo de tierra) + x
MAMPOSTERIA Piedra talla - +sillería x + -
no reforzado/bloque hormigón - + - no reforzado c/forjado de HA x + -
Reforzado / Confinada - + xPórtico sin diseño AntiSísmico (DAS) - x + x
HORMIGON Pórtico con moderado nivel de (DAS) - x + xARMADO Pórtico con alto nivel de (DAS) - x + x
(HA) Muros sin diseño AntiSísmico DAS - + xMuros con moderado nivel de DAS - + x
Muros con alto nivel de DAS - + xMETÁLICA Estructura metálica - x + xMADERA Estructura de madera - x + x
(+) mas probable (x) probable (-)poco probable
43�
3.2. AMENAZA SÍSMICA
3.2.1. Concepto
Amenaza sísmica es la probabilidad de que durante un período de tiempo y lugar
particulares, ocurra un sismo que produzca aceleraciones del suelo local suficientes
para ocasionar daños. La amenaza sísmica constituye uno de los componentes más
importantes del contexto donde vamos a ubicar la edificación, cuando diseñamos en
zona sísmica.
3.2.2. La amenaza en el Estado Trujillo
Trujillo se encuentra rodeada de dos grandes fallas que han ocasionado terremotos
de grandes magnitudes (1644, 1673, 1775, entre otros), como son la Falla de Boconó
y la Falla de Valera. El mapa de zonificación sísmica de la Norma COVENIN 1756-
2001 “Edificaciones Sismorresistentes” mostrado en la Figura 3.1., divide al país en
siete zonas, caracterizadas por amplitudes máximas de aceleración del terreno a nivel
de la roca, lo que permite clasificar al Estado Trujillo en zona sísmica 5, con peligro
sísmico elevado, y un coeficiente de aceleración horizontal del suelo (Ao) de 0,30
seg.
Figura 3.1. Mapa de Zonificación Sísmica (Norma COVENIN 1756-2001).
44�
Es por ello que las edificaciones existentes en dicho Estado, se encuentran bajo
amenaza sísmica siendo vulnerables a la hora de que llegue el sismo, según las
Normas vigentes; cabe destacar, que al momento de la construcción del Cuerpo de
bomberos de Trujillo, las Normas usadas diferían de las actuales, siendo el mapa de
zonificación sísmica el mostrado en la Fig. 3.2. Este, más tarde, (1977) seria
modificado por Fielder y Rivero, Figura 3.3.
Figura 3.2. Mapa de zonificación sísmica (MOP, 1967).
45�
Figura 3.3. Mapa sísmico (Fielder y Rivero, 1977).
46�
CAPÍTULO 4
MODELADO DE LA ESTRUCTURA
4.1. CONSTRUCCIÓN DEL MODELO
Para la Estimación del Comportamiento Dinámico del edificio del Cuerpo de
Bomberos de la ciudad de Trujillo, Estado Trujillo, se realizo un modelo
computacional, el cual fue elaborado mediante el programa de análisis SAP2000, que
se basa en la teoría de elementos finitos, la cual básicamente consiste en dividir el
modelo en cuestión en partes o elementos pequeños los cuales poseen las siguientes
características:
� Geometría: sistema de referencia.
� Material: ley constitutiva.
� Condiciones de frontera esenciales: apoyos.
� Condiciones de fronteras naturales: cargas.
Además el programa permite visualizar el efecto de cada una de las combinaciones
de carga sobre la edificación, análisis modales, espectrales y de historia - tiempo
mediante registros sísmicos.
El modelado ha sido implementado como un ensamblaje tridimensional de
elementos unidimensionales del tipo frame, representativos de las columnas vigas y
nervios que conforman la edificación. La losa de la escalera se ha incorporado como
elemento bidimensional del tipo cascaron (shell). En el modelo tridimensional se
incluyeron 20 modos de vibración, de esa forma se garantiza una masa modal
superior al 90% en cada dirección. Se adoptan de tres grados de libertad por planta
47
(dos desplazamientos horizontales y una rotación en torno al eje vertical,
representativo de los efectos torsionales).
Los materiales utilizados fueron acero estructural ASTM A500 grado C de Fy =
3515 kg/ cm2 para los perfiles UNICON, Acero Estructural ASTM A36 de Fy= 2530
kg/cm2 para los perfiles IPN, acero normal con Fy=2102 kg/ cm2 para los tubos
pulidos y un concreto armado con una resistencia f’c =210 kg/ cm2, un peso unitario
de 2500 kg/ m3. Para el acero de refuerzo se utilizó un esfuerzo de fluencia de Fy=
4200 kg/ cm2. Se consideró que los materiales son isotrópicos y de sección constante,
condiciones estas que no son representativas debido a las características propias de
los materiales y de los factores climáticos y constructivos de la edificación.
El edificio de ampliación se modeló de manera separada del modelo del edificio
principal, tomando en cuenta los mismos materiales.
Figura 4.1. Propiedades de los materiales introducidos al modelo en SAP2000.
48
4.1.1. Modelado de las columnas
Las columnas de concreto armado poseen una altura de 3,50 m para el primer
nivel y de 3 m para los demás, son rectangulares con secciones de 20x20, 21x21,
15x20 y 35x35; en el modelado se incluyo solo el acero longitudinal debido a que fue
el obtenido en los planos de la edificación. En el caso de las columnas de la torre y las
columnas del edificio denominado ampliación se asumieron los aceros de refuerzo
debido a que no se encontraron detalles de las mismas en los planos. En estos casos se
utilizó el acero mínimo especificado en la Norma 1753-2006 vigente en nuestro país,
correspondiente al 1% de la sección transversal del elemento.
Las columnas de acero poseen una altura de 3 m, las del segundo nivel están
hechas con perfiles IPN, mientras que las del tercer nivel están hechas con perfiles
UNICON de sección cuadrada ECO. Para el modelado de la estructura las columnas
se agruparon en grupos: columnas de concreto, columnas de perfiles IPN y columnas
de perfiles UNICON, para así facilitar la identificación de cada miembro.
Figura 4.2. Sección transversal de las columnas.
49
4.1.2. Modelado de nervios
La edificación posee distintos espesores de losa por paño, unas poseen un espesor
de 20 cm y otras de 25cm, con lo cual los nervios de concreto armado poseen
dimensiones de 0,10 x 0,15 y 0,10 x 0,20 respectivamente. En el modelado se tiene en
cuenta la dirección de nervado de cada paño debido a que el mismo está armado en
sentidos diferentes en diferentes sectores. Se incluyeron los aceros de refuerzo
longitudinales, obtenidos en los planos de la edificación, estos fueron suministrados
en los apoyos de los mismos, con lo cual los nervios fueron modelados tramo a tramo.
En los planos de la edificación no se encontraban los detalles de todos los nervios
de las losas. Para aquellos nervios de los que no se disponía información de su
armado, que fueron 1L4, 1L6 y 1L7, se asumió su acero de refuerzo, tomando como
referencia los de los demás nervios, específicamente los que eran similares.
La losa del edificio de ampliación fue medida en campo siendo de 20 cm de
espesor, quedando los nervios de 0,10 x 0,15 cm y tomando como acero de refuerzo
el mínimo especificado por las Normas vigentes. En el nervio 1L1 se notó que no se
sumistro acero en la parte inferior del volado que mide 1,60 m y funciona como
pasillo de acceso auxiliar al dormitorio para tropa. Debido a que las columnas del
tercer nivel no se encuentran ubicadas en los ejes de referencia de los elementos
estructurales, se improvisaron nervios para apoyar las mismas.
4.1.3. Modelado de las vigas
Las vigas de concreto armado presentan distintas secciones, su modelado se
realizo tramo a tramo, suministrando el acero longitudinal en cada apoyo obtenido de
los planos de la edificación.
50
En los planos de la edificación no se encontraban los detalles de todas las vigas,
de las faltantes que fueron las siguientes: 1V10, 1V11, 1V12, 1V16, 1V19’,
1V19’’,1V20, se calculo el acero mínimo y se tomo como referencia el acero
sumistratado a las demás vigas. De igual manera, para las vigas de la torre y de la
edificación de la ampliación, de las que no se tienen datos, se calculo el acero mínimo
y se tomaron referencias de las vigas existentes para colocar el acero en el modelo.
Figura 4.3. Sección transversal de vigas.
Figura 4.4. Modelo de Vigas y Nervios.
51
4.1.4. Modelado de la losa de la escalera
La losa de la escalera tiene de ancho 1,30 m y de espesor 13 cm, su descanso se
encuentra a 1,75 m de altura y mide 1,35 m de ancho, valores obtenidos a partir de las
especificaciones de los planos de la edificación. Su modelado se realizo utilizando el
elemento shell, en el cual no se toman en cuenta los aceros susmistrados.
Figura 4.5. Modelo de escalera.
4.1.5. Modelado de la cercha
Las cerchas están constituidas por elementos de tubo no estructural, pulido, de
dimensiones 2” x 1”, de diferentes longitudes, diseñadas para soportar las correas
usadas para sostener la losa de techo. Estas cerchas están apoyadas sobre columnas de
tubo estructural (UNICON).
52
Figura 4.6. Vista de cercha en modelo.
Figura 4.7. Vista de cercha en el edificio.
53
Figura 4.8. Modelo del edificio principal del Cuerpo de Bomberos de la Cuidad de
Trujillo.
Figura 4.9. Modelo del Edificio de Ampliación del Cuerpo de Bomberos de la ciudad
de Trujillo.
54
4.2. ANÁLISIS DE CARGA
En el análisis de carga no se incluye el peso de los nervios, estos son considerados
por el programa, en el cual se introdujeron las características de los mismos como las
dimensiones y el tipo de material.
4.2.1. Losa de entrepiso (e=20 cm)
Carga Permanente
� Loseta 0.05 m x 2500 Kg/m2 = 125 Kg/m2
� Bloques 8 bloques/ m2 x 8.75 Kg/m2 = 70 Kg/m2
� Pavimento= 120 Kg/m2
� Friso = 0.015 m x 2000 Kg/m2 = 30 Kg/m2
Total Carga permanente = 345 Kg/m2
Total Carga permanente por nervio = 172.5 Kg/ml
4.2.2. Losa de entrepiso (e=25 cm)
Carga Permanente
� Loseta 0.05 m x 2500 Kg/m2 = 125 Kg/m2
� Bloques 8 bloques/ m2 x 11.5 Kg/m2 = 90 Kg/m2
� Pavimento= 120 Kg/m2
� Friso = 0.015 m x 2000 Kg/m2 = 30 Kg/m2
Total Carga permanente = 365 Kg/m2
Total Carga permanente por nervio = 192.5 Kg/ml
55
4.2.3. Losa de tabelón
Carga Permanente
� Bloques de (6x20x80) 5.6 kg x 13 unids = 72.8 Kg/m2
� Loseta 0.05 m x 2500 Kg/m2 = 125 Kg/m2
� Pavimento= 120 Kg/m2
� Friso = 0.015 m x 2000 Kg/m2 = 30 Kg/m2
Total Carga permanente = 347.8 Kg/m2
Total Carga permanente por nervio = 278.24 Kg/ml
CARGA VARIABLE PARA TODAS LAS LOSAS
� Sobrecarga Edificaciones Institucionales= 300 Kg/m2
Total Carga variable = 300 Kg/m2
Total Carga variable por nervio = 150 Kg/ml
4.2.4. Losa de techo
Carga Permanente
� Lamina de acerolit ( aproximado) = 10 Kg/m2
Total Carga permanente = 10 Kg/m2
Total Carga permanente por correa = 9.5 Kg/ml
56
Carga Variable
� Sobrecarga = 40 Kg/m2
Total Carga variable = 40 Kg/m2
Total Carga variable por correa = 47.5 Kg/ml
4.3. MÉTODOS DE ANÁLISIS
4.3.1. Análisis Estático Lineal
Es el método de análisis mas sencillo, solo se permite la aplicación de cargas de
carácter estático, en otras palabras que no sean variables en el tiempo. Dentro de las
acciones estáticas se incluyen aquellas que impliquen peso propio de la estructura y
las acciones de carga variable debidas al uso propio de la edificación, que aunque
pudieran no ser constantes, la mayoría del tiempo están presentes. Su aplicación
permite el estudio de esfuerzos, deformaciones, fuerzas axiales y de corte de cada uno
de los elementos que conforman la estructura.
En el edificio del Cuerpo de Bomberos se considero un caso de carga permanente
y otro de carga variable; para el primer caso se realizaron los análisis de carga
correspondientes sin incluir el peso propio de los elementos debido a que estos son
considerados en el programa de modelado, en el cual se introducen las dimensiones y
material de cada elemento.
4.3.2. Análisis Espectral
Mediante un análisis espectral se puede evaluar el comportamiento dinámico de
una estructura. La Norma COVENIN 1756-2001, especifica en su capítulo 5, formas
57
espectrales tipificadas dependiendo de las características del suelo de fundación,
debido a que éste se encarga de transmitir las acciones dinámicas hacia la estructura.
Haciendo uso de los espectros se puede estimar el comportamiento elástico de la
estructura, dicho espectro puede ser modificado para estimar el comportamiento
inelástico, haciendo uso de un factor de reducción de respuesta R, especificado en el
capítulo 6 de la misma la Norma, el cual depende del uso, forma y tipo de estructura.
Con el uso del Factor de Reducción R, se considera la ductilidad de la estructura,
disminuyendo los niveles de aceleración que se encuentran expresados en función de
la gravedad, para así obligar a la estructura a disipar energía mediante sus
deformaciones y esfuerzos internos de los miembros.
Para el edificio en estudio se considera un R=4, para minimizar la acción elástica
del espectro, generado por una estructura del grupo A, en una zona sísmica 5, con un
suelo del tipo S2, elementos extraídos de las Normas Venezolanas.
En este análisis, interactúa la estructura con el suelo mediante el contacto,
transmitiendo las fuerzas aportadas por el terreno a la base de la estructura a medida
que trascurre el tiempo, dicha fuerza representa los valores de aceleración en distintos
niveles, estos niveles de aceleración son obtenidos mediante la utilización de
formulas especificadas en la misma Norma anteriormente mencionada.
4.3.3. Análisis Modal
Se usa para la determinación de las propiedades dinámicas de la estructura,
frecuencias, períodos de vibración, formas modales y factores de participación de
cada modo de vibración. Cada modo está caracterizado por su propio patrón de
deformaciones, frecuencia de vibración, frecuencia modal, así como su propio
amortiguamiento. Cuando el edificio vibra de un modo, con su propio periodo,
58
alcanza valores máximos modales de corte en la base, fuerzas por nivel,
desplazamientos de piso, momentos, etc. (COVENIN 1756-2001).
4.4. USO DEL ESPECTRO DE RESPUESTA
El espectro de respuesta conceptualmente hablando, es el grafico que nos
representa la respuesta máxima (ya sea desplazamiento, velocidad, aceleración, corte
basal o momento en la base), de un sistema de un grado de libertad, a una excitación
dada versus algún parámetro del sistema, generalmente el período o la frecuencia sin
amortiguamiento.
Las ordenadas Ad, quedan definidas en función de su periodo T, tomando en
cuenta diferentes parámetros tales como: Factor de Importancia, Factor de corrección
del coeficiente de la aceleración horizontal, Factor de magnificación, Factor de
reducción de respuesta entre otros.
Tabla 4.1. Parámetros.
Para el presente trabajo, se realizó la clasificación de la estructura según la Norma
COVENIN 1756-1-01, para hallar de esta manera los diferentes periodos y obtener
59
las aceleraciones correspondientes, esto mediante una tabla programada en Excel, la
cual arrojo como resultado las coordenadas Ad para cada valor de período T. Estas
coordenadas se cargaron como datos en el programa SAP 2000 para determinar el
comportamiento de la estructura ante un posible sismo.
Figura 4.10. Espectro de Respuesta.
De acuerdo a lo establecido en la Norma COVENIN 1756-1, las estructuras se
analizaron bajo la acción de dos componentes sísmicas horizontales actuando según
dos direcciones ortogonales, las que deben corresponder a las direcciones asociadas a
los planos resistentes significativos de cada edificio.
Las estructuras se analizaron para la acción simultánea de las dos componentes
sísmicas horizontales de acuerdo con el criterio de combinación estipulado por la
Norma, en el cual se utilizó el valor absoluto de la componente en una dirección más
0.30 veces el valor absoluto de la componente en dirección ortogonal, y viceversa.
60
CAPÍTULO 5
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los análisis realizados a las dos estructuras se enfocaron hacia la determinación y
revisión de la relación demanda/capacidad de las columnas de la edificación bajo
cargas verticales y sísmicas y la verificación de las derivas normalizadas de entrepiso
con los límites estipulados en las Normas Sísmicas. La razón de este enfoque es
porque la falla de una columna de la edificación podría ser perjudicial para su
integridad estructural ya que podría comprometer la estabilidad de la estructura, y
derivas excesivas podrían causar daños importantes a elementos estructurales y no
estructurales.
La estructura del edificio principal consta de 49 columnas en planta, y el edificio
de ampliación de 6 columnas. La verificación de las capacidades de las columnas de
ambas estructuras se realizó a todas las columnas bajo acciones estáticas y dinámicas;
se realizo para cada edificio y por cada nivel de entrepiso de las edificaciones.
En el estudio de las columnas se analizo la relación demanda/capacidad de cada
una de las ellas evaluando su ubicación dentro del diagrama de iteración, utilizando
dos casos de análisis; en el primero se consideró la estructura solo con cargas
verticales y el segundo con cargas verticales y sísmicas, representadas por el espectro
de diseño de la Norma 1756-2001.
Las derivas de entrepiso se verificaron en cuatro columnas del edificio principal,
ubicadas en las esquinas entrantes del edificio, mientras que al edificio de ampliación,
fueron chequeadas las 6 columnas mediante el análisis de los pórticos que conforman
dicha estructura, siendo sus valores comparados por los permitidos en la Normativa
vigente.
61
5.1. ANÁLISIS ESTÁTICO LINEAL
El análisis se realizo considerando solo las cargas verticales (cargas permanentes y
variables) con sus respectivas combinaciones, las que aparecen estipuladas en la
Norma COVENIN 1753-2006. Las combinaciones empleadas para este caso fueron
las siguientes:
� U= 1.4 CP
� U= 1.2 CP + 1.6 CV
� U= 1.2 CP + 0.5 CV
Mediante este análisis se puede estimar el comportamiento de los elementos
estructurales cuando estos se encuentran sometidos a la acción de las cargas
estimadas en la Norma.
Se realizo la evaluación de las columnas considerando su relación de
demanda/capacidad, la cual es proporcionada por el programa SAP 2000, que toma
en cuenta las combinaciones de cargas correspondientes creando una envolvente de
los casos de carga de la Norma, de las cuales fueron tomados los valores máximos. El
análisis se realizo tanto para el edificio principal como para el de ampliación. Los
resultados obtenidos muestran que para el edificio principal más del 30% de las
columnas del primer nivel podrían presentar fallas, al presentar una relación
demanda/capacidad mayor a uno (1). Lo mismo ocurrió en el segundo nivel donde
más del 69% de las columnas de concreto y un 100 % de las columnas de acero
presentaron una relación de capacidad mayor a uno (1) y en el tercer nivel donde
más del 31% de las columnas excedieron el valor límite. Estos resultados se muestran
en la tabla 5.1., 5.2. y 5.3.
62
Tabla 5.1. Relación de Capacidad de las columnas considerando Cargas Verticales del edificio principal. Columnas de concreto.
COLUMNAS
RELACION PISO 1
RELACION PISO 2
RELACION PISO 3
RELACION PISO 4
RELACION PISO 5
A5 0.121
CO
LUM
NA
S D
E A
CER
O IP
N
CO
LUM
NA
S D
E A
CER
O U
NIC
ON
A6 0.091 B4 0.427 B7 0.317 B8 0.303 C1 1.136 C4 1.127 C7 0.749 C8 O/S D1 0.953 D3 3.293 D7 1.615 D8 O/S E3 1.753 2.537 E7 O/S 1.200 E8 1.189 1.170 F8 0.880 1.789 F9 O/S 77.754 F10 0.584 3.787 G3 1.246 2.947 G7 O/S 0.820 H1 0.152 0.127 0.100 0.073 0.055 H2 0.188 0.122 0.099 0.071 0.054 H3 1.004 2.211
COLUMNAS DE ACERO UNICONH7 1.203 0.708 H8 0.883 4.221 H9 0.657 0.111 H10 0.550 6.287 I1 0.153 0.123 0.098 0.071 0.054 I2 0.165 0.122 0.101 0.073 0.055 I3 0.999 2.180
CO
LUM
NA
S D
E A
CER
O U
NIC
ON
I7 0.782 0.647 I8 0.622 4.072 I9 0.806 0.111 I10 0.604 6.527 J3 1.193 2.238 J7 6.385 1.135 K8 0.603 1.822 K9 8.234 50.842 K10 0.562 3.130 L3 1.042 1.674 L7 O/S 1.151 L8 0.341 0.636 M3 1.180 1.969 M6 0.671 NO EXISTE M8 2.320 1.995 N3 0.363 1.137 N6 0.883 1.865 N8 0.365 1.147
63
Tabla 5.2. Relación de Capacidad de las columnas considerando Cargas Verticales del edificio principal. Perfiles UNICON.
COLUMNAS ( Labels) RELACION PISO 3
1147 0.191
1152 0.198
378 0.045
1064 2.477
1057 2.078
861 0.255
850 0.833
752 0.520
313 0.469
750 0.440
369 0.140
434 1.169
1.288 0.572
963 0.627
933 0.424
470 8,5*10-4
472 0.670
901 0.561
871 1.566
1 0.397
74 1.982
790 0.646
673 1.787
1482 1.555
1484 2.287
462 0.611
431 1.566
1381 8,5*10-4
1420 5.107
399 0.383
180 2.225
373 0.530
178 0.603
1417 0.577
1377 0.721
64
Tabla 5.3. Relación de Capacidad de las columnas considerando Cargas Verticales del edificio principal. Perfiles IPN.
COLUMNAS RELACION PISO 2
B4 2.946
B7 4.223
B8 N/C
C N/C
C4 N/C
C7 N/C
C8 N/C
D N/C
D3 N/C
D7 N/C
D8 N/C
De igual forma se analizo el edificio de ampliación donde pudo observarse que en
mas del 30 % de las columnas del primer nivel la relación de capacidad fue mayor a
uno (1), por tal motivo podrían presentar fallas bajo cargas verticales, en el segundo
nivel el 100% de las columnas presentan demandas mayores a sus capacidades; un
mejor comportamiento presento el tercer nivel, pues todas las columnas tuvieron una
relación demanda/capacidad menor a uno (1), véase tablas 5.4. y 5.5.
Tabla 5.4. Relación de Capacidad de las columnas considerando Cargas Verticales del edificio de Ampliación. Columnas de concreto.
COLUMNASRELACION
PISO 1
RELACION
PISO 2
S9 0,686 1,433
S4 0,686 1,432
R9 1,168 1,699
R4 1,155 1,706
Q9 0,754 1,504
Q4 0,754 1,504
65
Tabla 5.5. Relación de Capacidad de las columnas considerando Cargas Verticales del edificio de Ampliación. Perfiles UNICON.
COLUMNASRELACION
PISO 3
25 0,363
26 0,316
63 0,342
64 0,302
85 0,362
86 0,316
Los edificios en estudio presentan ejes de columna continuos solo hasta el segundo
piso a partir de allí las columnas se encuentran desplazadas, por tal motivo su
identificación no puede ser la misma que las columnas inferiores, por lo que fueron
identificadas por el numero de miembro asignado por el programa utilizado SAP
2000, figuras 5.1 y 5.2.
Figura 5.1. Identificación de las columnas del tercer nivel en el edificio principal
66
Figura 5.2. Identificación de las columnas del tercer nivel en el edificio de ampliación.
En la figura 5.3. se puede observar la discontinuidad presentada en las columnas
del tercer nivel, debido a que este fue una ampliación construida con elementos de
acero estructural UNICON. Esta discontinuidad se presenta en ambos edificios.
Figura 5.3. Discontinuidad presentada en el tercer nivel del edificio de ampliación.
67
5.2. ANÁLISIS ESPECTRAL
Un análisis espectral permite estimar el comportamiento dinámico de una
estructura, cuando esta es sometida a solicitaciones sísmicas, que son transmitidas a
la edificación por medio del suelo, considerando las características dinámicas del
mismo. La Norma COVENIN 1756-2001, establece criterios de diseño para permitir
que la estructura tenga la capacidad de absorber y disipar energía, se deforme y sufra
daños, de manera que no quede comprometida la estabilidad de la estructura.
El análisis se realizo considerando cargas verticales y sismo con sus respectivas
combinaciones, que aparecen estipuladas en la Norma COVENIN 1753-2006
“Proyecto y Construcción de Obras de Concreto Estructural”. Las combinaciones
empleadas fueron las siguientes:
� U= 1.4 CP
� U= 1.2 CP + 1.6 CV
� U= 1.2 CP + 0.5 CV
� U= 1.2 CP + 0.5 CV ± S
� U= 0.9 CP ± S
El estudio realizado a los elementos estructurales mediante el análisis espectral dio
como resultado un incremento en las amplitudes de las demandas en los miembros,
presentando todas las columnas de concreto de la edificación relaciones mayores que
las permitidas. Ver figuras 5.4., 5.5., 5.6. y 5.7.
Este incremento tuvo mayor relevancia en las columnas de concreto tanto para el
edificio principal como para el de ampliación. En el edificio de ampliación el mayor
incremento de las fuerzas internas de los elementos se presento en las columnas
internas de la edificación. Ver figuras 5.8. y 5.9.
68
Tabla 5.6. Relación de capacidad de las columnas Cargas Verticales y Espectro de Diseño del edificio principal. Columnas de concreto.
COLUMNAS RELACION
PISO 1 RELACION
PISO 2 RELACION
PISO 3 RELACION
PISO 4 RELACION
PISO 5 A5 1.972
CO
LUM
NA
S D
E A
CER
O IP
N
CO
LUM
NA
S D
E A
CER
O U
NIC
ON
A6 2.039 B4 4.470 B7 2.632 B8 2.258 C1 3.655 C4 6.591 C7 4.134 C8 2.987 D1 2.658 D3 6.963 D7 6.819 D8 2.627 E3 4.757 4.730 E7 O/S 4.975 E8 3.842 3.475 F8 2.601 3.549 F9 3.219 19.470 F10 4.599 5.691 G3 4.448 4.438 G7 O/S 4.637 H1 1.354 1.281 1.098 0.769 0.405 H2 1.279 1.478 1.061 0.747 0.390 H3 9.128 4.179
COLUMNAS DE ACERO UNICONH7 8.021 4.182 H8 3.835 6.518 H9 4.510 12.317 H10 5.127 5.756 I1 1.274 1.319 1.127 0.788 0.411 I2 1.438 1.521 1.096 0.770 0.399 I3 15.373 4.214
CO
LUM
NA
S D
E A
CER
O U
NIC
ON
I7 4.496 3.738 I8 3.847 6.151 I9 4.685 11.101 I10 5.294 6.293 J3 4.265 3.977 J7 15.160 3.839 K8 3.587 4.338 K9 3.688 22.732 K10 4.781 4.061 L3 4.781 4.464 L7 O/S 5.332 L8 2.783 3.268 M3 8.054 6.233 M6 4.184 NO EXISTE M8 7.515 5.975 N3 2.678 4.052 N6 4.357 4.787 N8 2.735 3.905
69
Tabla 5.7. Relación de capacidad de las columnas considerando Cargas Verticales y Espectro de Diseño del edificio principal. Perfiles UNICON.
COLUMNAS (Labels) RELACION PISO 3
1147 0.322
1152 0.357
378 0.140
1064 2.449
1057 2.148
861 0.364
850 1.132
752 0.783
313 0.646
750 1.079
369 1.145
434 1.759
1.288 0.932
963 1.221
933 1.367
470 0.392
472 1.227
901 1.163
871 1.702
1 1.315
74 1.526
790 1.220
673 1.963
1482 1.988
1484 1.648
462 1.275
431 1.766
1381 0.303
1420 5.076
399 1.310
180 1.337
373 2.082
178 2.117
1417 2.238
1377 2.225
70
Tabla 5.8. Relación de capacidad de las columnas considerando Cargas Verticales y Espectro de Diseño del edificio principal. Perfiles IPN.
COLUMNAS RELACION PISO 2
B4 3.082
B7 4.155
B8 4.389
C N/C
C4 N/C
C7 N/C
C8 N/C
D N/C
D3 N/C
D7 N/C
D8 N/C
Tabla 5.9. Relación de Capacidad de las Columnas considerando Cargas Verticales y Espectro de Diseño del edificio de Ampliación. Columnas de concreto.
COLUMNASRELACION
PISO 1 RELACION
PISO 2 S9 7,417 3,765 S4 7,412 3,761 R9 16,505 4,330 R4 16,302 4,335 Q9 8,731 3,996 Q4 8,723 3,992
Tabla 5.10. Relación de Capacidad de las Columnas considerando Cargas Verticales y Espectro de diseño del edificio de Ampliación. Perfiles UNICON.
COLUMNAS RELACION P3
25 0,532
26 0,553
63 0,539
64 0,561
85 0,534
86 0,556
71
5.3. ANÁLISIS MODAL
La estructura en estudio presenta irregularidades tanto en planta como en
elevación, por lo cual su periodo predominante no puede ser estimado como una
estructura regular, los periodos presentados por este tipo de estructura serán mayores
e inciertos.
Se utilizaron un total de 20 modos de vibración, tratando de lograr valores de
participación modal de cargas superiores al 90% de la masa, para desplazamiento en
dirección X, desplazamiento en dirección Y y rotación alrededor del eje Z (torsión).
Con el número de modos utilizado, no se logro llegar a este valor; para ello se
requeriría la contribución de muchos mas modos, lo que haría impractico y lento el
análisis. En la tabla 5.11. se presenta el porcentaje de participación modal para los
veinte modos de vibración utilizados en el análisis modal.
Tabla 5.11. Porcentaje de participación modal de los 20 primeros modos de vibración en el edificio principal.
Caso Dirección Dinámico (%)
Ux 90.6
Modal Uy 77.1
Rz 78.5
De acuerdo con el análisis modal del edificio principal, el primer modo de vibración
presenta el periodo más alto igual a 1.182 seg, tabla 5.12. (Modo traslacional
longitudinal). Ver figura 5.4. Luego el segundo modo de vibración con un periodo de
1.039 seg, (Modo traslacional transversal y torsional). Ver figura 5.5., presentando la
mayor participación de masa en la dirección Z (torsión), con un 38.1%.
72
Tabla 5.12. Participación de las masas según el modo de vibración de la estructura del edificio principal.
MODOS PERIODO (SEG)
UX (ADIM)
UY (ADIM) RZ (ADIM) SUM UX
(ADIM) SUM UY (ADIM)
SUM RZ (ADIM)
MODO 1 1.181623 0.099 0.001058 0.062 0.099 0.001058 0.062
MODO 2 1.039088 0.016 0.076 0.320 0.115 0.077 0.381
MODO 3 1.022593 0.0006423 0.007025 0.017 0.116 0.084 0.398
MODO 4 0.972777 0.037 0.06 0.178 0.153 0.145 0.576
MODO 5 0.953469 3.994E-05 3.251E-05 7.522E-05 0.153 0.145 0.576
MODO 6 0.89677 0.235 0.356 0.024 0.387 0.5 0.6
MODO 7 0.8948 0.001397 0.003069 0.0005023 0.389 0.503 0.601
MODO 8 0.892334 0.0002447 0.0006044 8.164E-05 0.389 0.504 0.601
MODO 9 0.876578 0.0000226 0.001068 0.0002507 0.389 0.505 0.601
MODO 10 0.873845 0.0001498 0.148 0.039 0.389 0.653 0.64
MODO 11 0.832848 0.0001619 0.016 0.009548 0.389 0.669 0.649
MODO 12 0.820719 0.001076 0.0001301 0.0002312 0.39 0.669 0.649
MODO 13 0.809922 0.413 0.055 0.114 0.803 0.724 0.763
MODO 14 0.769094 0.014 0.0002579 0.0008241 0.817 0.725 0.764
MODO 15 0.761654 0.072 5.907E-05 0.006643 0.889 0.725 0.771
MODO 16 0.752569 0.002757 0.005275 0.003013 0.892 0.73 0.774
MODO 17 0.732157 0.014 0.038 0.011 0.906 0.768 0.785
MODO 18 0.66788 0.000116 0.002279 0.0008894 0.906 0.771 0.785
MODO 19 0.657217 1.012E-05 4.889E-05 1.082E-07 0.906 0.771 0.785
MODO 20 0.654745 1.988E-06 1.456E-06 3.005E-05 0.906 0.771 0.785
Figura 5.4. Representación del primer modo de vibración, T= 1.182 seg.
73
Figura 5.5. Representación del Segundo modo vibración, T= 1.039 seg.
El sexto modo de vibración, con un periodo de 0.89677 seg, presenta la mayor
participación de la masa en dirección Y, en el cual 50 % de esta participa en el
movimiento de la edificación. Se observa un acoplamiento en este modo al también
presentar el segundo valor de traslación en X después del máximo que se da en el
modo 13 con un 38.7 % de la masa. Figura 5.6.
Figura 5.6. Representación del sexto modo de vibración, T= 0.89677 seg.
74
Se observa un acoplamiento entre los modos 6 y 7 los cuales poseen periodos
muy cercanos, para el modo 6 el periodo es de 0.89677 seg y para el modo 7 es de
0.8948 seg, presentando este ultimo muy poca participación de masa.
La mayor participación de la masa en dirección X es presentada en el modo 13 con
un 80.3 % y un periodo de vibración de 0.809922 seg, este modo presenta también un
porcentaje de masa considerable actuando en torsión con un 76.3 % de la masa por lo
que resulta un modo con participación importante en ambas direcciones. Ver figura
5.7.
Figura 5.7. Representación del modo 13, T= 0.8099 seg.
75
Para el edificio de ampliación, el modo fundamental de la estructura tiene un
periodo de 1.343 seg (Modo traslacional longitudinal), ver figura 5.8. y es el que
posee mayor participación de masa en sentido X, ver tabla 5.13., con un 94.5 %. En
la tabla 5.14. se presenta el porcentaje de participación modal para los veinte modos
de vibración utilizados en el análisis modal del edificio de ampliación.
Tabla 5.13. Participación de las masas según el modo de vibración de la estructura del edificio de ampliación.
MODOS PERIODO
( SEG) UX(ADIM) UY(ADIM) RZ (ADIM) SUM UX ( ADIM)
SUM UY ( ADIM)
SUM RZ ( ADIM)
MODO 1 1.343241 0.945 2.515E-09 0.269 0.945 2.515E-09 0.269 MODO 2 1.161477 1.083E-08 0.968 0.447 0.945 0.968 0.716
MODO 3 0.974092 3.428E-06 0.0009282 0.244 0.945 0.969 0.961
MODO 4 0.505044 0.018 8.929E-08 0.004089 0.963 0.969 0.965
MODO 5 0.393212 0.034 0.00206 0.019 0.997 0.971 0.984
MODO 6 0.392021 0.002906 0.024 0.006102 1.000 0.995 0.990 MODO 7 0.344356 0.000174 0.0004744 0.004707 1.000 0.995 0.994 MODO 8 0.340044 3.827E-05 0.004515 0.0004313 1.000 1.000 0.995 MODO 9 0.295776 5.491E-06 0.000107 0.005112 1.000 1.000 1.000
MODO 10 0.171017 9.8E-11 4.512E-10 3.322E-10 1.000 1.000 1.000 MODO 11 0.161254 1.527E-07 5.61E-14 4.384E-08 1.000 1.000 1.000 MODO 12 0.153891 4.203E-07 5.864E-12 8.148E-08 1.000 1.000 1.000 MODO 13 0.152787 2.621E-08 1.37E-09 1.178E-08 1.000 1.000 1.000 MODO 14 0.149413 1.257E-06 2.237E-12 3.986E-07 1.000 1.000 1.000 MODO 15 0.148344 1.654E-09 3.546E-10 1.104E-09 1.000 1.000 1.000 MODO 16 0.142367 2.063E-05 3.28E-12 5.875E-06 1.000 1.000 1.000 MODO 17 0.129944 6.453E-06 2.486E-12 1.845E-06 1.000 1.000 1.000 MODO 18 0.127405 2.271E-09 8.562E-10 4.739E-11 1.000 1.000 1.000 MODO 19 0.062608 7.664E-12 5.506E-10 3.187E-09 1.000 1.000 1.000 MODO 20 0.060908 2.032E-14 9.832E-09 9.077E-10 1.000 1.000 1.000
Tabla 5.14. Porcentaje de participación modal de los 20 primeros modos de vibración en el edificio de ampliación.
Caso Dirección Dinámico (%)
Ux 100
Modal Uy 100
Rz 100
76
Figura 5.8. Representación del primer modo del edificio de ampliación, T= 1.343 seg.
El segundo modo de vibración tiene un periodo de 1.161 seg (Modo trasnacional
transversal y torsional). Ver tabla 5.13. Este modo presenta la mayor participación de
masa en dirección Y, con un porcentaje de participación de la masa de la edificación
de 96.8 % y a su vez la mayor participación de rotación en Z con 71.6 % de
participación de la masa. Figura 5.9.
Figura 5.9. Representación del segundo modo del edificio de ampliación, T= 1.161
seg.
77
5.4. DESPLAZAMIENTOS LATERALES
Los desplazamientos laterales de la estructura fueron estudiados siguiendo los
requerimientos indicados en la Norma COVENIN 1756-2001, con un tipo de
estructura clasificada como grupo A y con tabiquería susceptible a sufrir daño. En las
cuatro (4) columnas estudiadas se obtuvieron valores de deriva por encima o con
valores muy cercanos a los límites establecidos en la Norma. Las máximas derivas se
presentaron en el tercer nivel de la edificación donde esta es más flexible que en los
demás niveles debido a su configuración estructural. Los diferentes desplazamientos
y derivas fueron tabulados y graficados para cada columna como se muestra en las
tablas 5.15., 5.16., 5.17. y 5.18. Figuras 5.10. a 5.17.
Tabla 5.15. Deriva y desplazamientos columna I3, edificio principal.
COLUMNA I3 ( SISMO EN X)
Nivel H �i �inel � �/ (hi-hi-1) Limite 3 9.5 0.0684 0.2189 0.1245 0.041
0.012 2 6.5 0.0295 0.0944 0.0454 0.015 1 3.5 0.0153 0.0490 0.0490 0.014
( SISMO EN Y) Nivel H �i �inel � � /(hi-hi-1) Limite
3 9.5 0.0665 0.2128 0.1088 0.036 0.012 2 6.5 0.0325 0.1040 0.0656 0.022
1 3.5 0.0120 0.0384 0.0384 0.011
DESPLAZAMIENTO COLUMNA I3
0
1
2
3
4
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
SISMO EN X
SISMO EN Y
DERIVA COLUMNA I3
0
1
2
3
4
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14
SISMO EN X
SISMO EN Y
Figura 5.10. Desplazamiento edificio
principal. Columna I3. Figura 5.11. Deriva edificio principal.
Columna I3.
78
Tabla 5.16. Deriva y desplazamientos columna H3, edificio principal.
COLUMNA H3 ( SISMO EN X)
nivel H �i �inel � � /(hi-hi-1) Limite 3 9.5 0.0685 0.2192 0.1248 0.042
0.012 2 6.5 0.0295 0.0944 0.0454 0.015 1 3.5 0.0153 0.0490 0.0490 0.014
( SISMO EN Y) nivel H �i �inel � � /(hi-hi-1) Limite
3 9.5 0.0659 0.2109 0.1075 0.036 0.012 2 6.5 0.0323 0.1034 0.0672 0.022
1 3.5 0.0113 0.0362 0.0362 0.010
DESPLAZAMIENTO COLUMNA H3
0
1
2
3
4
0.0000 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500
SISMO EN X
SISMO EN Y
DERIVA COLUMNA H3
0
1
2
3
4
0 0.05 0.1 0.15
SISMO EN X
SISMO EN Y
Figura 5.12. Desplazamiento edificio principal. Columna H3.
Figura 5.13. Deriva edificio principal.
Columna H3.
Tabla 5.17. Deriva y desplazamientos columna F8, edificio principal.
COLUMNA F8 ( SISMO EN X)
nivel H �i �inel � � /(hi-hi-1) Limite 3 9.5 0.0913 0.2922 0.1958 0.065
0.012 2 6.5 0.0301 0.0963 0.0448 0.015 1 3.5 0.0161 0.0515 0.0515 0.015
( SISMO EN Y) nivel H �i �inel � �/ (hi-hi-1) Limite
3 9.5 0.0693 0.2218 0.1184 0.039 0.012 2 6.5 0.0323 0.1034 0.0688 0.023
1 3.5 0.0108 0.0346 0.0346 0.010
79
DESPLAZAMIENTO COLUMNA F8
0
1
2
3
4
0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000
SISMO EN X
SISMO EN Y
DERIVA COLUMNA F8
0
1
2
3
4
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
SISMO EN X
SISMO EN Y
Figura 5.14. Desplazamiento edificio principal. Columna F8.
Figura 5.15. Deriva edificio principal.
Columna F8.
Tabla 5.18. Deriva y desplazamientos columna K8, edificio principal.
COLUMNA K8 ( SISMO EN X)
nivel H �i �inel � � /(hi-hi-1) Limite 3 9.5 0.1 0.3200 0.2237 0.075
0.012 2 6.5 0.0301 0.0963 0.0448 0.015 1 3.5 0.0161 0.0515 0.0515 0.015
( SISMO EN Y) nivel H �i �inel � � /(hi-hi-1) Limite
3 9.5 0.0697 0.2230 0.1146 0.038 0.012 2 6.5 0.0339 0.1085 0.0640 0.021
1 3.5 0.0139 0.0445 0.0445 0.013
DESPLAZAMIENTO COLUMNA K8
0
1
2
3
4
0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000
SISMO EN X
SISMO EN Y
Figura 5.16. Desplazamiento edificio
principal. Columna K8.
DERIVA COLUMNA K8
0
1
2
3
4
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
SISMO EN X
SISMO EN Y
Figura 5.17. Deriva edificio principal.
Columna K8.
80
De igual manera se verificaron las columnas del edificio de ampliación, esta vez
considerando los pórticos que forman esta estructura. En los cinco (5) pórticos
estudiados se obtuvieron valores de deriva normalizada mayores que los límites
establecidos en la Norma. Estos valores son muy parecidos en la totalidad de los
pórticos estudiados. Los diferentes desplazamientos y derivas fueron tabulados y
graficados para cada pórtico como se muestra en las tablas 5.19., 5.20., 5.21., 5.22. y
5.23. Figuras 5.18. a 5.27.
Tabla 5.19. Deriva y desplazamientos pórtico Q, edificio de ampliación.
PORTICO Q ( SISMO EN X)
nivel H �e �inel � � (hi-hi-1) Limite 3 9.5 0.076 0.2432 0.0483 0.016
0.012 2 6.5 0.0609 0.1949 0.0736 0.025 1 3.5 0.0379 0.1213 0.1213 0.035
( SISMO EN Y) nivel H �e �inel � � (hi-hi-1) Limite
3 9.5 0.0602 0.1926 0.0211 0.007 0.012 2 6.5 0.0536 0.1715 0.0576 0.019
1 3.5 0.0356 0.1139 0.1139 0.033
Figura 5.18. Desplazamiento edificio de ampliación. Pórtico Q.
Figura 5.19. Deriva edificio de ampliación. Pórtico Q.
81
Tabla 5.20. Deriva y desplazamientos pórtico R, edificio de ampliación.
PORTICO R ( SISMO EN X)
nivel H �e �inel � � (hi-hi-1) Limite 3 9.5 0.076 0.2432 0.0483 0.0161
0.012 2 6.5 0.0609 0.1949 0.0736 0.0245 1 3.5 0.0379 0.1213 0.1213 0.0347
( SISMO EN Y) nivel H �e �inel � � (hi-hi-1) Limite
3 9.5 0.0584 0.1869 0.0205 0.0068 0.012 2 6.5 0.052 0.1664 0.0502 0.0167
1 3.5 0.0363 0.1162 0.1162 0.0332
Figura 5.20. Desplazamiento edificio de ampliación. Pórtico R.
Tabla 5.21. Deriva edificio de ampliación. Pórtico R.
Tabla 5.21. Deriva y desplazamientos pórtico S, edificio de ampliación.
PORTICO S ( SISMO EN X)
nivel H �e �inel � � (hi-hi-1) Limite 3 9.5 0.076 0.2432 0.0483 0.0161
0.012 2 6.5 0.0609 0.1949 0.0736 0.0245 1 3.5 0.0379 0.1213 0.1213 0.0347
( SISMO EN Y) nivel H �e �inel � � (hi-hi-1) Limite
3 9.5 0.0566 0.1811 0.0198 0.0066 0.012 2 6.5 0.0504 0.1613 0.0490 0.0163
1 3.5 0.0351 0.1123 0.1123 0.0321
82
Tabla 5.22. Desplazamiento edificio de ampliación. Pórtico S.
Tabla 5.23. Deriva edificio de ampliación. Pórtico S.
Tabla 5.22. Deriva y desplazamientos pórtico 4, edificio de ampliación.
PORTICO 4 ( SISMO EN X)
nivel H �e �inel � � (hi-hi-1) Limite 3 9.5 0.0736 0.2355 0.0406 0.0135
0.012 2 6.5 0.0609 0.1949 0.0736 0.0245 1 3.5 0.0379 0.1213 0.1213 0.0347
( SISMO EN Y) nivel H �e �inel � � (hi-hi-1) Limite
3 9.5 0.0602 0.1926 0.0211 0.0070 0.012 2 6.5 0.0536 0.1715 0.0512 0.0171
1 3.5 0.0376 0.1203 0.1203 0.0344
Tabla 5.24. Desplazamiento edificio de ampliación. Pórtico 4.
Tabla 5.25. Deriva edificio de ampliación. Pórtico 4.
83
Tabla 5.23. Deriva y desplazamientos pórtico 9, edificio de ampliación.
PORTICO 9 ( SISMO EN X)
nivel H �e �inel � � (hi-hi-1) Limite 3 9.5 0.0736 0.2355 0.0406 0.0135
0.012 2 6.5 0.0609 0.1949 0.0736 0.0245 1 3.5 0.0379 0.1213 0.1213 0.0347
( SISMO EN Y) nivel H �e �inel � � (hi-hi-1) Limite
3 9.5 0.0603 0.1930 0.0214 0.0071 0.012 2 6.5 0.0536 0.1715 0.0512 0.0171
1 3.5 0.0376 0.1203 0.1203 0.0344
Tabla 5.26. Desplazamiento edificio de ampliación. Pórtico 9.
Tabla 5.27. Deriva edificio de ampliación. Pórtico 9.
5.5. DIAGRAMAS DE ITERACIÓN
Las columnas ubicadas en las esquinas entrantes del edificio principal, también se
verificaron por medio de sus diagramas de iteración, los que muestran la capacidad de
las mismas en cada una de sus direcciones principales. En las figuras 2.28. a la 2.31.
se presentan los diagramas de las cuatro (4) columnas del edificio principal donde se
observa que las máximas solicitaciones a las que se encuentran sometidos los
84
elementos se encuentran fuera del área que encierra la curva, lo que significa que la
solicitación es mayor a la capacidad de estas.
Figura 5.28. Diagrama de Iteración para la columna I3.
Figura 5.29. Diagrama de Iteración para la columna H3.
85
Figura 5.30. Diagrama de Iteración para la columna F8.
Figura 5.31. Diagrama de Iteración para la columna K8.
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CONCLUSIONES
En este trabajo “Estimación del Comportamiento Dinámico del Edificio del
Cuerpo de Bomberos de la Ciudad de Trujillo Edo. Trujillo” se destaca la
relevante función de las edificaciones esenciales en la atención y gestión de la
emergencia debido a la ocurrencia de un evento sísmico o de otra naturaleza, además
de resaltar la necesidad de crear un cuerpo de disposiciones especificas que permita
adecuar las edificaciones existentes de acuerdo a su nivel de importancia
especificados en la Norma Sísmica vigente en nuestro país.
Durante el desarrollo del trabajo se realizaron diversos análisis; Análisis estático
lineal, donde se consideraron solo cargas verticales y análisis espectral donde se
consideró cargas verticales más sismo, ambos análisis presentaron resultados que
muestran que la estructura es altamente vulnerable al momento de un evento sísmico,
dichos análisis revelan la poca capacidad de carga de la estructura, en función de sus
dimensiones, materiales utilizados y regularidad estructural.
El análisis de la capacidad de carga de las columnas, las cuales fueron evaluadas
por el programa SAP 2000, mediante la opción de diseño de elementos de concreto y
elementos de acero, siguiendo las especificaciones de las Normas ACI 318-2002 y
AISC LRFD 93, similares a las actualmente vigentes en nuestro país, mostró
relaciones demanda/capacidad mayores que uno (1), en gran parte de las mismas,
tanto en el edificio principal como en el edificio de ampliación. Dichas columnas
presentaron fallas en ambos análisis, aumentando el daño en el análisis espectral.
Las derivas de entrepiso estudiadas en los niveles de la edificación principal y la
ampliación, dieron como resultados valores que sobrepasan los límites permitidos por
la Norma, lo que significa que la estructura es altamente vulnerable a sufrir daños en
sus elementos estructurales y no estructurales; este efecto puede notarse en el tercer
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nivel de los edificios donde su tabiqueria presenta grandes grietas, hecho que pudo
corroborarse en las visitas realizadas, también debido a las altas derivas, sus
elementos estructurales se ven afectados debido a que podrían perder su capacidad de
deformación inelástica.
Este balance negativo es producto en gran parte por la irregularidad presentada en
planta y en elevación, y por la discontinuidad de sus columnas. En el modelo
realizado, no se tomaron en cuenta varios aspectos de la edificación que podrían
aumentar las demandas sísmicas en sus elementos, como lo son la influencia de la
tabiquería que de tomarse en cuenta mostraría la irregularidad de piso blando o débil
debido a la presencia de la planta baja libre en la zona empleada como
estacionamiento; ni el uso de la estructura ya que esta concentra grandes masas en la
parte superior con el funcionamiento de un gimnasio y salones de clases.
En los planos estructurales existentes de la edificación, también se pudo notar que
los estribos de vigas y columnas tienen la misma separación en toda su longitud, sin
tomar en cuenta la zona de confinamiento establecida en la Norma COVENIN actual,
con lo cual la estructura se encuentra sometida a grandes fuerzas cortantes que deben
ser resistidas por el concreto que no tiene la suficiente capacidad para ello.
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RECOMENDACIONES
La estructura es altamente vulnerable, por lo que se deben evitar concentraciones
de masas en los niveles superiores, como lo es el gimnasio y los salones de clases,
depósitos u otro uso que pudiera aumentar la masa, debido a que a mayor masa mayor
será la fuerza sísmica.
Debido a la irregularidad en elevación presentada en la zona de estacionamiento
(piso blando o piso débil), es recomendable reubicar el área de ubicación de los
vehículos de emergencia, debido a que en dicha zona pudieran concentrarse grandes
esfuerzos en sus columnas, las cuales según el análisis realizado no están en la
capacidad de resistirlos adecuadamente.
Se recomienda la realización de un estudio más completo de la estructura, que
tome en cuenta los tipos de irregularidades presentadas, tal como lo contempla la
Norma COVENIN, considerando la contribución de la tabiquería ya que de esta
manera, se presentarían variaciones en la rigidez de la estructura y se obtendrían
resultados más reales. De igual manera se recomienda realizar pruebas en sitio y de
laboratorio que permitan establecer las características reales de los materiales
utilizados en la construcción del edificio y el armado de sus elementos, información
esta que no está completa en los planos estructurales disponibles. Estos estudios
permitirán reevaluar las acciones sísmicas presentes en la edificación.
La presencia del tercer nivel, construido en acero estructural, cuyos ejes de
columnas son discontinuos respecto a los niveles inferiores de la edificación, hace
que este nivel sea más vulnerable al momento de un evento sísmico, por lo que se
recomienda su demolición, de manera de tratar de eliminar algunas irregularidades
presentes en la estructura, entre ellas las diferencias elevadas de masas, resistencias y
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rigideces entre los diferentes niveles, disminuyendo así los niveles de fuerzas
sísmicas en esa zona, y por ende los desplazamientos laterales y las derivas de
entrepiso.
Es recomendable realizar un estudio de reforzamiento estructural adecuado para la
edificación, que logre darle mayor resistencia a los elementos estructurales,
aumentando su rigidez, disminuyendo sus periodos de manera de hacerla menos
vulnerable ante un evento sísmico.
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