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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
TRABAJO DE TITULACIÓN
PREVIO A OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO CIVIL
ESTRUCTURAS
TEMA:
ANALISIS DE LA ESTRUCTURA DEFICIENTE DEL CENTRO
MEDICO “VIRGEN DEL CISNE” Y ESTUDIO DE
REFORZAMIENTO CON ELEMENTOS METALICOS.
AUTOR
HUGO ALEXANDER CEDEÑO MEJIA
TUTOR
ING. FLAVIO LOPEZ CALERO
2017
GUAYAQUIL – ECUADOR
ii
DEDICATORIA
Quiero dedicar este trabajo especial de titulación en especial a Dios y a todas las
personas que me apoyaron incondicionalmente en esta etapa de mi vida en
especial a mis padres, hermanos y demás familiares. Es un orgullo para mí
dedicarles este éxito a todas esas personas que creyeron en mí.
iii
AGRADECIMIENTO
Principalmente agradezco a Dios por darme las fuerzas, capacidades y voluntad
para concluir mis estudios de Ingeniería Civil.
A mis padres, por haberme apoyado y alentado en todo momento desde mis
primeros años de vida, por darme la oportunidad de mostrarme con sus ejemplos
el deseo de superación. Y prepararme como profesional.
A mi apreciado Tutor Ing. Flavio López Calero por haberme dado la oportunidad de
desarrollar este tema.
Tutor revisor Ing. Jhon Galarza Rodrigo por la orientación y ayuda brindada para la
revisión y edición final de mi tesis.
Al Ing. Jimmy Cedeño por la ayuda brindada en la ejecución del proyecto, a mis
hermanos Richard, Jefferson y Ninivet que fueron de gran apoyo.
Siempre estaré muy agradecido con todos.
iv
TRIBUNAL DE GRADUACIÓN
--------------------------------------------------- -------------------------------------------------- Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M. Sc. Ing. Flavio López Calero, M. Sc Decano Tutor
--------------------------------------------------------- Ing. Jhon Galarza Rodrigo, M. Sc.
Tutor Revisor
v
DECLARACIÓN EXPRESA
Art. XI.- del reglamento de graduación de la Facultad de Ciencias Matemáticas
y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
La responsabilidad por los hechos, ideas y doctrinas expuestos en el proyecto le
corresponde exclusivamente al autor, y al patrimonio intelectual del proyecto de
titulación corresponderá a la Universidad de Guayaquil.
---------------------------------------------------
Hugo Alexander Cedeño Mejía
1207248889
vi
vii
ÍNDICE GENERAL
CAPITULO I ................................................................................................................................... 1
1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 1
1.1 Planteamiento del problema ..................................................................................... 3
1.2 Formulación del problema ........................................................................................ 4
1.3 Antecedentes ................................................................................................................ 4
1.4 Justificación ................................................................................................................. 5
1.5 Metodología a implementar ....................................................................................... 7
1.6 Limitación del problema ............................................................................................ 7
1.7 Objeto de estudio ........................................................................................................ 8
1.8 Campo de estudio de la investigación ................................................................... 8
1.9 Objetivos de la investigación ................................................................................... 9
1.9.1 Objetivo general. .................................................................................................. 9
1.9.2 Objetivo específicos. .......................................................................................... 9
CAPÍTULO II ................................................................................................................................ 10
2 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................. 10
2.1 Antecedentes de la investigación ......................................................................... 10
2.2 Fundamentación filosófica ...................................................................................... 11
2.3 Fundamentación legal .............................................................................................. 11
2.4 Vulnerabilidad Sísmica ............................................................................................ 12
2.4.1 Vulnerabilidad estructural ............................................................................... 12
2.4.2 Vulnerabilidad no estructural ......................................................................... 13
2.4.3 Vulnerabilidad funcional .................................................................................. 13
2.4.4 Patologías estructurales .................................................................................. 13
2.5 Peligro sísmico .......................................................................................................... 14
2.5.1 Zonificación sísmica en el Ecuador. ............................................................. 15
2.5.2 Geología local. .................................................................................................... 17
2.5.2.1 Perfiles de suelo para el diseño sísmico. ............................................................ 17
2.5.2.2 Coeficientes de perfil de suelo. .............................................................................. 18
2.5.2.3 Espectro elástico de diseño. .................................................................................. 18
2.6 La ingeniería estructural .......................................................................................... 19
2.7 Análisis estructural ................................................................................................... 20
2.7.1 Análisis estático lineal. .................................................................................... 21
2.7.2 Análisis dinámico lineal. .................................................................................. 21
2.8 Comportamiento estructural................................................................................... 22
viii
2.9 Metodología del Análisis y Diseño Sismo resistente ...................................... 22
2.9.1 Categoría de edificio y coeficiente de Importancia I. ................................ 22
2.9.2 Filosofía de Diseño Sismo Resistente. ......................................................... 23
2.9.2.1 Derivas de pisos y límites permisibles. ................................................................ 23
2.9.2.2 Cortante Basal. .......................................................................................................... 24
2.9.2.3 Periodo fundamental de la estructura. ................................................................. 25
2.9.2.4 Factor de reducción de resistencia sísmica R. ................................................... 26
2.10 Rehabilitación de estructuras ................................................................................ 26
2.10.1 Rehabilitación sísmica de edificios. ............................................................. 26
2.10.2 Restauración y refuerzo de elementos estructurales. .............................. 27
2.10.2.1 Restauración.......................................................................................................... 27
2.10.2.2 Reparación. ............................................................................................................ 27
2.10.2.3 Reforzamiento. ...................................................................................................... 28
2.10.2.4 Rehabilitación. ....................................................................................................... 28
2.11 Reforzamiento estructural. ...................................................................................... 28
2.11.1 Sistemas de reforzamiento estructural. ....................................................... 29
2.11.1.1 Refuerzo con arriostramientos metálicos. ...................................................... 29
2.11.1.2 Refuerzo con Pantallas de hormigón armado. ............................................... 30
2.11.1.3 Refuerzo con encamisado de hormigón armado. .......................................... 31
2.11.1.4 Refuerzo con encamisados de acero. .............................................................. 33
2.11.1.5 Refuerzo con angulares y presillas metálicas. ............................................... 34
2.11.1.6 Refuerzo con FRP (fiber - reinforced polymer)............................................... 35
2.11.2 Selección del método de reforzamiento. ..................................................... 37
2.11.2.1 Reforzamiento simplificado. ............................................................................... 37
2.11.2.2 Reforzamiento sistemático. ................................................................................ 37
CAPÍTULO III ............................................................................................................................... 38
3 MARCO METODOLÓGICO ............................................................................................... 38
3.1 Tipos de investigación ............................................................................................. 38
3.1.1 Investigación exploratoria. .............................................................................. 38
3.1.2 Investigación descriptiva. ................................................................................ 38
3.1.3 Investigación correlacional. ............................................................................ 39
3.2 Técnicas de recolección de información. ............................................................ 39
3.3 Descripción del proyecto......................................................................................... 39
3.3.1 Elementos estructurales de la edificación. ................................................. 41
3.4 Fases de la metodología .......................................................................................... 41
3.4.1 Características de los materiales. ................................................................. 42
3.4.2 Análisis de las cargas. ..................................................................................... 42
3.4.2.1 Determinación de la carga muerta. ....................................................................... 42
ix
3.4.2.2 Determinación de la carga viva. ............................................................................. 43
3.4.2.3 Determinación de la carga sísmica. ...................................................................... 44
3.4.2.4 Obtención del periodo fundamental. .................................................................... 47
3.4.2.5 Combinaciones de carga. ........................................................................................ 47
3.4.3 Modelación estructural..................................................................................... 48
3.4.4 Análisis de los resultados. .............................................................................. 49
3.4.4.1 Periodos de vibración. ............................................................................................. 49
3.4.4.2 Revisión de derivas de pisos. ................................................................................ 50
3.4.4.3 Ajuste del cortante basal. ........................................................................................ 51
3.4.4.4 Deformaciones máximas permisibles. ................................................................. 53
3.4.4.5 Análisis de relación demanda/capacidad de la estructura metálica. ............. 54
3.4.4.6 Análisis de resistencia de las columnas existentes. ......................................... 56
3.4.5 Conclusiones del análisis. .............................................................................. 58
3.4.6 Recomendaciones del análisis....................................................................... 59
CAPITULO IV .............................................................................................................................. 60
4 PROPUESTA Y RESULTADOS ....................................................................................... 60
4.1 Propuesta .................................................................................................................... 60
4.1.1 Antecedentes. ..................................................................................................... 60
4.1.2 Propuesta de reforzamiento............................................................................ 60
4.1.2.1 Selección del reforzamiento estructural. ............................................................. 61
4.1.3 Reforzamiento mediante el uso de angulares y presillas metálicas. .... 62
4.1.3.1 Pre dimensionamientos de los elementos. ......................................................... 64
4.1.4 Elementos a reforzar. ........................................................................................ 65
4.2 Resultados .................................................................................................................. 66
4.2.1 Análisis de la edificación con el reforzamiento. ........................................ 66
4.2.1.1 Periodos de vibración de la estructura reforzada. ............................................. 66
4.2.1.2 Revisión de derivas de pisos de la estructura reforzada. ................................ 67
4.2.1.3 Ajuste del cortante basal de la estructura reforzada......................................... 68
4.2.1.4 Deformaciones máximas permisibles de la estructura reforzada. ................. 69
4.2.1.5 Análisis de relación demanda/capacidad de la estructura metálica
reforzada. ...................................................................................................................................... 71
4.2.1.6 Análisis de la resistencia de las columnas reforzadas. .................................... 71
Conclusiones: ............................................................................................................................ 75
Recomendaciones .................................................................................................................... 76
Bibliografía ................................................................................................................................. 77
Anexos ......................................................................................................................................... 79
x
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: reforzamiento del centro médico con elementos metálicos ......................... 2 Figura 2: Ubicación del proyecto ...................................................................................... 9 Figura 3: Patologías estructurales .................................................................................. 14 Figura 4: Mapa de aceleración sísmica del suelo (PGA) de Guayaquil. ..................... 15 Figura 5: Ecuador, zonas sísmicas para propósitos de diseño y valor del factor de zona Z .................................................................................................................................. 16 Figura 6: Espectro sísmico elástico de aceleraciones que representa el sismo de diseño. ................................................................................................................................ 19 Figura 7: Comportamiento de una edificación ante un evento sísmico ..................... 22 Figura 8: Reforzamiento estructural con perfiles metálicos. ....................................... 29 Figura 9: Reforzamiento con arriostramiento metálico. ............................................... 30 Figura 10: Reforzamiento con pantalla de hormigon armado. .................................... 31 Figura 11: Armado de Encamisado de Hormigón ......................................................... 32 Figura 12: Tipos de Armados de Estribos para Encamisados .................................... 32 Figura 13: Encamisado de Acero. ................................................................................... 33 Figura 14: Reforzamiento con angulares y presillas metálicas. .................................. 34 Figura 15: Refuerzo con el Sistema FRP ........................................................................ 36 Figura 16: Planta baja de la edificación .......................................................................... 40 Figura 17: Columnas y vigas existentes en la edificación ........................................... 41 Figura 18: Espectro elástico e inelástico de la ciudad de Guayaquil. ........................ 46 Figura 19: Viga secundaria y columna actuales de la estructura ............................... 48 Figura 20: Estructura a analizar ....................................................................................... 49 Figura 21: Deformaciones máximas en las vigas secundarias del segundo nivel. .. 54 Figura 22: Demanda/capacidad de los elementos metálicos del 2 nivel .................... 55 Figura 23: Demanda/capacidad de las columnas .......................................................... 56 Figura 24: Demanda/capacidad de las columnas del segundo nivel. ......................... 57 Figura 25: Demanda/capacidad de las columnas del primer nivel.............................. 58 Figura 26: Reforzamiento sin marco perimetral. ........................................................... 61 Figura 27: Reforzamiento con marco perimetral, conexión directa. ........................... 62 Figura 28: Dimensiones propuesta del angular y las presillas metálicas. ................. 64 Figura 29: Dimensiones propuesto del conformado. ................................................... 64 Figura 30: Elementos a reforzar con elementos metálicos. ......................................... 65 Figura 31: columnas y vigas reforzadas con elementos metálicos. ........................... 66 Figura 32: Deformaciones máximas en las vigas principales y secundarias del segundo nivel..................................................................................................................... 70 Figura 33: Demanda/capacidad de la estructura reforzada del 2 nivel ....................... 71 Figura 34: Demanda/capacidad de las columnas reforzadas ...................................... 72 Figura 35: Diagrama de interacción de la columna sin reforzar. ................................. 73 Figura 36: Diagrama de interacción de la columna reforzada ..................................... 73 Figura 37: Ejecución del reforzamiento en vigas y columnas ..................................... 74
xi
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1:”Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada.” ................... 16 Tabla 2: Clasificación de los perfiles del suelo. ............................................................ 17 Tabla 3: Tipo de uso, diseño e importancia de la estructura. ...................................... 23 Tabla 4: Valores de ∆máx., expresados como fracción de piso .................................. 24 Tabla 5: Valores Ct y α para obtener el periodo fundamental ..................................... 25 Tabla 6: Cuantificación de la carga muerta del primer nivel........................................ 43 Tabla 7: Cuantificación de la carga muerta del segundo nivel .................................... 43 Tabla 8: Sobrecarga mínimas uniformemente distribuidas primer nivel ................... 44 Tabla 9: Sobrecarga mínimas uniformemente distribuidas segundo nivel ............... 44 Tabla 10: datos para elaborar el espectro elástico de diseño. .................................... 44 Tabla 11: Espectro de repuesta ....................................................................................... 45 Tabla 12: Datos para calcular el periodo fundamental ................................................. 47 Tabla 13: periodos de vibración. ..................................................................................... 50 Tabla 14: derivas de piso. ................................................................................................. 50 Tabla 15: peso de la estructura y cortante dinámico en la base ................................. 52 Tabla 16: periodos de vibración de la estructura reforzada. ....................................... 66 Tabla 17: derivas de piso de la estructura reforzada. ................................................... 67 Tabla 18: Cortante basal estático y dinámico de la estructura ................................... 68
xii
RESUMEN
La presente investigación consiste en analizar la estructura del dispensario
médico “Virgen del Cisne” ubicado en la ciudad de Guayaquil.
Este proyecto comprende de varias etapas que inicia con la recopilación de
información de la estructura de tipo documental y técnica. La estructura en estudio
a simple vista se puede notar que fue construida de forma anti-técnica ya que sus
columnas no cumplen con lo estipulado en (NEC – SE – HM, 2015), y esto lo hace
vulnerable ante un evento sísmico.
Debido a estas razones se propone analizar y determinar el grado de deficiencia
que posee la estructura además de proponer un reforzamiento con elementos
metálicos para que la estructura resista a las nuevas solicitaciones sometidas, que
sea sismo resistente y que cumpla con la (NEC - SE - DS, 2015).
El análisis estructural de la edificación se la realizó mediante el uso del software
ETABS, para verificar si la estructura cumple con: los periodos de vibración, derivas
de pisos, deflexiones máximas permitidas en las vigas de acero, la
demanda/capacidad de las columnas, etc. y de esta manera ver su deficiencia y
comportamiento ante un evento sísmico.
Una vez analizado la estructura y conociendo su estado se procede a proponer
varias tipos de reforzamientos con elementos metálicos que ayude a la rigidez
global de la estructura; así como a su comportamiento y desempeño estructural
ante un evento sísmico, el reforzamiento de la edificación a escoger tendrá que ser
la mejor alternativa en todos los ámbitos, ser eficiente, económico y rápido de
habilitar.
xiii
Habiendo escogido el tipo de refuerzo ideal se procede a analizar la estructura
nuevamente utilizando la herramienta computacional ETABS para verificar si el
reforzamiento propuesto cumple con las nuevas solicitaciones a la que estará
sometida la estructura, además de cumplir con lo impuesto por la (NEC - SE - DS,
2015) ya que de esta manera podemos decir que la estructura es sismo resistente
y así garantizar el buen funcionamiento de la estructura y su buen desempeño ante
un evento sísmico y poder salvaguardar las vidas de las personas que visitan el
dispensario médico “virgen del Cisne”.
xiv
1
CAPITULO I
1 INTRODUCCIÓN
Este estudio plantea analizar una estructura ya existente que está destinada a
un centro médico, y de esta manera saber el grado de deficiencia que posee la
estructura, además de proponer un reforzamiento adecuado que vaya de acuerdo
al uso de la edificación.
El análisis o evaluación estructural consiste en verificar el estado actual de la
estructura después de una acción sísmica o simplemente por el cumplimiento de
su vida útil, cualquiera que sea el evento del análisis de la estructura se van a
presentar deficiencias.
Existen varias razones para realizar un análisis estructural a continuación
citamos las siguientes:
Análisis por eventos naturales como sismos, incendios, tsunamis, etc.
Análisis por envejecimiento de la estructura (cumplimiento de su vida útil o
problemas de servicio o durabilidad)
Análisis por modificaciones, ampliaciones o cambio de uso de la estructura.
Habiendo evaluado y analizado la estructura de la edificación así como haber
determinado el índice de deficiencia que presenta la estructura se toma la decisión
de reforzar la estructura o su demolición, pero esto ya seria de último recurso ya
que representaría una gran repercusión económica.
En caso de que se opte por un reforzamiento de la edificación en base al estudio
de sus elementos, se debe aplicar las normas y códigos de construcción vigentes
2
para poder garantizar el comportamiento adecuado de la edificación ante las
nuevas solicitaciones de servicio y eventos sísmicos.
El objetivo principal de un reforzamiento de una edificación es mejorar la
capacidad portante, resistencia, rigidez, estabilidad y ductilidad del elemento
estructural.
Existen diferentes tipos de reforzamientos las más aplicadas en nuestro país
son: arriostramientos metálicos, encamisado en concreto reforzado, encamisado
metálico, angulares y presillas metálicas, etc.
El refuerzo de estructuras existentes es una solución viable, teniendo en cuenta
un estudio (análisis) previo al estado actual de la estructura, es cuestión de los
ingenieros presentar una solución de refuerzo a la edificación para que esta
responda a un marco de seguridad adecuado.
La finalidad de esta investigación es proponer una metodología de refuerzo
aplicadas a estructuras con elementos metálicos.
Figura 1: reforzamiento del centro médico con elementos metálicos Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
3
1.1 Planteamiento del problema
Los grandes problemas estructurales que existen en nuestro país, que son
ocasionados por falta de manteniendo, por un mal cálculo estructural o por
accidentes naturales han producido repuestas no deseadas por parte de la
estructura a la hora de desempeñar correctamente su función.
Los eventos naturales tales como sismos, tsunamis, huracanes y otros, son
los que más afectan a las estructuras de todo tipo tales como edificios puentes,
reservorios, etc., de allí nace la necesidad de analizar la estructura ya que
después de lo sucedido de cualquier evento natural acontecido se tiene gran
incertidumbre sobre la estructura de que si puede ser habitable o reparable.
Debido a que la actividad sísmica es alta en nuestro país es alta se han
venido realizado normas, guías o procedimientos para realizar análisis de fallas
o deficiencias estructurales y no estructurales, las normas son utilizadas para
ayudar a tomar la mejor decisión sobre reforzamiento y reparación de
estructuras y así brindar seguridad ante próximos eventos.
Debido a los problemas estructurales presentados de cualquier índole,
obtenidos en el país se procede a realizar la aplicación de estructuras metálicas
como una solución de reforzamiento aplicado a estructuras de hormigón
armado, estas propuestas estructurales se viene innovando hace pocos años
en el país, periodo en el cual ya se han realizado trabajos importantes,
permitiéndonos avanzar en la mitigación de nuevos métodos de reforzamiento
estructural.
4
1.2 Formulación del problema
Teniendo en cuenta la problemática expuesta anteriormente y frente a
nuestro proyecto nos planteamos las siguientes preguntas:
¿Cuál es el comportamiento estructural y grado de deficiencia que posee la
estructura al ser sometido a más solicitaciones?
¿Cuál será el tipo de reforzamiento estructural sismoresistente óptimo que
posee un mejor desempeño en edificios aporticados de hormigón armado?
1.3 Antecedentes
La alta inestabilidad sísmica a la que están expuestas nuestras edificaciones
por la ubicación geográfica en la que se encuentra nuestro país y por otro lado
la corrosión y el envejecimiento de las armaduras de acero son algunos de los
principales problemas que afectan la durabilidad de las estructuras de hormigón
armado y que se traduce en una pérdida de la seguridad estructural.
Las construcciones en Guayaquil en su gran mayoría fueron construidas de
una forma anti-técnica esto es uno de los grandes problemas que aqueja a la
construcción en general sumada a este problema a que no se tenía en cuenta
las normas que regulen las construcciones en general ocasionando inseguridad
e incertidumbre al no estar en condiciones de resistir un sismo de gran
magnitud.
El Terremoto ocurrido en el Ecuador en el mes de abril del año 2016,
ocasionó grandes daños materiales y pérdidas humanas en las zonas de
Manabí y Esmeraldas, provocando daños severos en las estructuras
5
construidas en las zonas afectadas por el sismo, esta es una de las razones por
el cual se procede a analizar y a reforzar las estructuras existentes, Otra razón
es por ampliación o remodelación de la estructura como es el caso del
dispensario médico “virgen del cisne”, o simplemente por envejecimiento de la
estructura.
Cada día son más frecuentes las situaciones en que resulta necesaria la
rehabilitación de una estructura tal es el caso de la implementación del metal
como reforzamiento estructural sobre estructuras de hormigón armado.
Para esto, como cuestión previa, se establecen algunas definiciones y
conceptos básicos del problema, y se analiza el alcance actual de las
intervenciones de reforzamientos de estructuras, en líneas generales.
1.4 Justificación
EI ingeniero civil debe de tener como objetivo principal que la construcción
de una estructura sea perfectamente funcional durante su vida útil y ante
cualquier evento natural como por lo ejemplo los sismos que son los que más
afectan a las estructuras.
En nuestro país la incertidumbre que se genera sobre el desempeño
estructural de una edificación se debe a la falta de aplicación de las normas
tanto en diseño como construcción, esto ocasiona que las mismas tengan
deficiencias y por ende generen desconfianza para ser usables o habitables.
Las edificaciones usadas como hospitales son fundamentales cuya primera
prioridad al momento de un evento sísmico es salvar vidas y proporcionar
6
asistencia a los heridos, de allí la importancia y esencial de determinar la
capacidad real de la estructura para prevenir e intervenir la vulnerabilidad de los
hospitales, con el fin de que estas puedan funcionar cabalmente después de un
evento natural en nuestro caso los sismos.
Por lo mencionado anteriormente me permiten idealizar que es necesario
propuestas de reforzamiento para rehabilitar estructuras, para lo cual se debe
analizar la mejor alternativa y así mejorar su capacidad para resistir cargas
verticales y en mayor importancia laterales.
El proyecto dispensario médico “virgen del cisne”, consiste en una estructura
ya existente compuesta por columnas de hormigón armado que soportan vigas
metálicas continuas simplemente apoyadas y sobre las mismas se apoya una
losa tipo Steel Deck. En el año en que fue construido el dispensario médico no
se contaban con normas que regularicen la construcción o que guíen sobre
diseños sismo resistente debido a esto surge la necesidad de realizar un análisis
estructural y determinar la deficiencia que posee la estructura y así poder
proponer un reforzamiento estructural adecuado.
Desde de mi punto de vista esta investigación traerá un buen aporte a la
ingeniería civil que será favorecida con la adquisición de nuevos conocimientos
en el reforzamiento estructural de edificaciones ya existentes, además de
fundamentos teóricos que ayudaran a futuras investigaciones, para no tener que
llevar a una estructura al caso extremo de abandonarlo o demolerlos por
defectos de diseño.
7
1.5 Metodología a implementar
En el presente trabajo de investigación se analizará estructuralmente al
dispensario médico “virgen del cisne” mediante la utilización del programa
ETABS el cual nos ayudará a reducir tiempos para garantizar y optimizar
resultados para un mejor análisis del comportamiento estructural, previo antes
de esto se debe realizar un levantamiento de información tanto arquitectónico
como estructural, además de obtener los ensayos no destructivo para
determinar la resistencia a compresión simple del hormigón utilizado.
Habiendo obtenido los resultados se procede a proponer las soluciones más
convenientes de reforzamiento desde punto de vista técnico para escoger la
alternativa más adecuada.
1.6 Limitación del problema
Existente en el campo por la difícil verificación de las dimensiones y áreas de
concreto y acero utilizadas, así como también la ejecución de ensayos que se
realizaron para poder verificar la resistencia del concreto.
La falta de cooperación de personas expertas en el tema y recopilación de
documentos técnicos referentes al proyecto ya que esto se considera
información confidencial.
Otras limitaciones es la poca información bibliotecaria ya que no existen
libros que contengan procesos de cálculo de reforzamiento de estructuras de
hormigón armado con estructura metálica.
8
1.7 Objeto de estudio
El objeto de este estudio es lograr entender el comportamiento de la
estructura existente interactuando con el reforzamiento de estructura metálica,
ya que es un método de reforzamiento actualmente utilizado en estructuras que
no cumplen con las normativas o en aquellas en que hay que aplicar un
reforzamiento por que se requiere aumentar su capacidad o simplemente
restaurarla. Se desea experimentar y enfocar en el tema de refuerzo, y tomar
como punto de partida teorías para el análisis y diseño, ya que en el Ecuador el
reforzamiento de concreto armado con metal es muy poco aplicado de esta
manera podemos restructurar nuestras estructuras viejas, en estado de fallas o
mal construidas para que tengan la debida seguridad y confiabilidad.
1.8 Campo de estudio de la investigación
Esta investigación se llevará a cabo en el centro de DISPENSARIO MEDICO
“VIRGEN DEL CISNE” ubicado al sur de la ciudad de Guayaquil, en la Av.
Ismael Pérez Pazmiño entre la 25 y la Ch. será un aporte de gran importancia
para trabajos posteriores de los estudiantes de la Facultad De Ciencias
Matemáticas y Físicas, Carrera de Ingeniería Civil de la Universidad de
Guayaquil que se interese por realizar análisis de estructuras ya construidas y
proponer métodos de reforzamiento estructural.
9
Figura 2: Ubicación del proyecto Fuente: Google Maps 2017
1.9 Objetivos de la investigación
1.9.1 Objetivo general.
Realizar un análisis estructural del Dispensario Médico “Virgen del Cisne”
y establecer un estudio para proponer un tipo de reforzamiento con
elementos metálicos.
1.9.2 Objetivo específicos.
Analizar la estructura del Dispensario Médico “Virgen de Cisne” para
conocer el grado de deficiencia de sus elementos estructurales.
Proponer un sistema de refuerzo con elementos metálicos para que la
estructura sea eficiente y sismo resistente aplicando los códigos y
normas.
Realizar un análisis de la estructura con el reforzamiento propuesto
para determinar si los elementos cumplen con las normas vigentes.
10
CAPÍTULO II
2 MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes de la investigación
Luego del movimiento telúrico registrado en Ecuador el 16 de abril del 2016
con epicentro en el cantón de Pedernales provincia de Manabí con una
magnitud de 7.8 en la escala de Richter, se están ejecutando reforzamientos a
estructuras de hormigón armado mediante un encamisado de estructura
metálica, o mediante cualquier otro método de reforzamiento, de esta misma
manera se rehabilitara el Dispensario Médico “Virgen del Cisne”.
El reforzamiento se lo realizara debido a que se requiere aumentar la
capacidad de carga de la estructura así como aumentar su desempeño
estructural ante solicitaciones sísmicas; es decir que la edificación sea sismo
resistente. Se proyecta el aumento de cargas adicionales a la losa del segundo
nivel, recordar que esta losa solo era de cubierta; y la losa será cargada con
equipos como generador de electricidad y otros equipos necesarios para el
funcionamiento del centro médico, además se adicionara una habitación para
un guardia de seguridad, ya que de esta manera se pretende mejorar el servicio
de su atención al cuidado y protección de los ciudadanos.
En Ecuador donde el riesgo sísmico es alto y varias estructuras son
vulnerables debido a construcciones ilegales o de manera anti-técnica sin tomar
en cuenta la normativa, la evaluación y análisis estructural que son aspectos
importantes a considerar para evitar pérdidas como las que se reportaron
durante el sismo ocurrido del 16 de abril del 2016. (Lopez Pabon, 2017)
11
Como afirma (Jacome Villacres, 2016). Para la aplicación de las técnicas de
reforzamiento de estructuras en nuestro país no es común, por lo cual es
necesaria la investigación de los aspectos que se deben tener en cuenta para
un mejor entendimiento del análisis y diseño de reforzamientos estructurales.
Antes de comenzar con el análisis de vulnerabilidad propiamente, una de las
principales actividades que se necesita para determinar el reforzamiento que
necesita una edificación existente es la investigación de su calidad y estado,
desde su construcción hasta la actualidad, prestando especial atención a los
mecanismos de daño más frecuentes que se dan en los edificios; factores que
afectan su apariencia, acciones físicas, mecánicas, químicas, biológicas y/o
corrosión del acero de refuerzo. (Pariona Pongo, 2014)
2.2 Fundamentación filosófica
El proyecto de investigación se fundamenta en el paradigma Critico –
Propositivo; critico porque se analiza las condiciones actuales del Dispensario
Médico “Virgen de Cisne” debido a que se quiere ampliar la edificación ante la
demanda de nuevos equipos técnicos y propositivo porque se busca proponer
una solución al estado actual de la estructura mediante un reforzamiento
utilizando elementos metálicos adecuado conforme a la necesidad de la
estructura.
2.3 Fundamentación legal
Como fundamento legal la evaluación y análisis de la estructura del centro
medico se tomarán en cuenta que se cumpla todos lineamientos que se
encuentra en las siguientes normas:
12
American Society for Testing Materials. (ASTM A-36, ASTM A-325,
ASTM A-123).
American Institute of Steel Construction (AISC-341-10).
Norma ecuatoriana de la construcción (NEC 15)
American Concrete Institute (ACI 318S-14)
2.4 Vulnerabilidad Sísmica
El objetivo de la vulnerabilidad sísmica es determinar las debilidades de una
edificación que podrían ocurrir durante un evento sísmico de determinadas
características, por lo general se evalúan las edificaciones en los entornos
urbanos, debido a que allí se concentra la mayor parte las infraestructuras. La
vulnerabilidad sísmica no solo depende de la edificación en estudio sino
también del lugar donde se va a implantar.
Un análisis de vulnerabilidad se realiza a través de funciones de
vulnerabilidad o fragilidad, que relacionan probabilísticamente una medida de
intensidad sísmica con una medida de daño en la edificación. (NEC - SE - RE,
2015)
2.4.1 Vulnerabilidad estructural
Para un análisis de vulnerabilidad estructural se debe tener muy en
cuenta lo siguiente: configuración arquitectónica, irregularidades en
elevación y en planta, ya que estas son consideradas debilidades de una
estructura.
13
2.4.2 Vulnerabilidad no estructural
En el análisis de la vulnerabilidad no estructural en edificaciones consiste
en tomar en cuenta como valor principal que se encuentra dentro de la
edificación, es decir se toma mayor importancia al contenido de la
edificación que a la estructura en sí.
2.4.3 Vulnerabilidad funcional
La vulnerabilidad funcional analiza la susceptibilidad de edificaciones
esenciales que ante un evento sísmico deben mantener su funcionalidad y
operatividad tales como hospitales, escuelas, etc., evalúa aspectos de
infraestructura, sistemas de agua, luz, gas, accesibilidad, etc.
2.4.4 Patologías estructurales
Se puede definir como patología estructural en edificaciones a la ciencia
que estudia los problemas que se presentan en las estructuras después de
su ejecución, abarcando todas las imperfecciones visibles y no visibles de
la edificación construida. A continuación de forma breve se describen las
patologías basadas en su causa y efecto:
14
Figura 3: Patologías estructurales Fuente: (Lopez Pabon, 2017)
2.5 Peligro sísmico
Se define como peligro sísmico a la medida de la frecuencia de los sismos y
su intensidad para un sitio determinado y un periodo especifico de tiempo,
donde los parámetros como: aceleración, velocidad, magnitud son
cuantificadas. Para obras de gran importancia como edificios de gran altura o
presas para centrales hidroeléctricas, etc., se debe realizar estudios de riesgo
sísmico, y para pequeñas obras se puede diseñar con estudios de una
zonificación sísmica de cada país o región.
15
Figura 4: Mapa de aceleración sísmica del suelo (PGA) de Guayaquil. Fuente: www.eltelegrafo.com.ec/
La estimación de la peligrosidad sísmica, parte de la definición de tres
elementos principales que son:
Caracterización de la fuente sísmica.
Caracterización de la atenuación del movimiento.
Caracterización del efecto de sitio.
2.5.1 Zonificación sísmica en el Ecuador.
Actualmente el Ecuador cuenta con seis zonas sísmicas definidas por la
geología local de cada provincia o región, el valor de Z que representa la
aceleración máxima en roca esperada para el sismo de diseño. A
16
continuación se presenta una tabla de las zonas sísmicas para efectos de
diseño.
Tabla 1:”Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada.”
Fuente: (NEC - SE - DS, 2015)
Como podemos observar en figura 3 el territorio ecuatoriano está
considerado como de amenaza sísmica alta, por lo tanto se puede indicar
que la Costa Ecuatoriana es la de mayor peligrosidad sísmica es decir muy
alta, seguida por la sierra y finalmente por el Nororiente (intermedia).
Figura 5: Ecuador, zonas sísmicas para propósitos de diseño y valor del factor de zona Z
Fuente: (NEC - SE - DS, 2015)
Zona sísmica I II III IV V VI
Valor factor Z 0.15 0.25 0.30 0.35 0.40 >= 0.50 Caracterización del peligro sísmico
intermedia alta alta alta alta Muy alta
17
2.5.2 Geología local.
2.5.2.1 Perfiles de suelo para el diseño sísmico.
En el Ecuador la (NEC - SE - DS, 2015) ha definido seis tipos de
suelos los cuales muy importante para poder realizar el espectro de
respuestas sísmico, ya que este depende el perfil estratigráfico del
suelo.
Tabla 2: Clasificación de los perfiles del suelo.
Tipo de
perfil
Descripción
Definición
A Perfil de roca competente Vs ≥ 1500 m/s
B Perfil de roca de rigidez media 1500 m/s >Vs ≥ 760 m/s
C
Perfiles de suelos muy densos o roca blanda, que
cumplan con el criterio de velocidad de la onda de
cortante, o
760 m/s >Vs ≥ 360 m/s
Perfiles de suelos muy densos o roca blanda, que
cumplan con cualquiera de los dos criterios
N ≥ 50.0
Su ≥ 100 KPa
D
Perfiles de suelos rígidos que cumplan con el criterio
de velocidad de la onda de cortante, o
360 m/s >Vs ≥ 180 m/s
Perfiles de suelos rígidos que cumplan cualquiera de
las dos condiciones
50 > N ≥ 15.0
100 kPa > Su≥ 50 kPa
E
Perfil que cumpla el criterio de velocidad de la onda
de cortante, o
Vs < 180 m/s
Perfil que contiene un espesor total H mayor de 3 m
de arcillas blandas
IP > 20
w≥ 40%
Su < 50 kPa
F
Los perfiles de suelo tipo F requieren una evaluación realizada explícitamente en
el sitio por un ingeniero geotecnista. Se contemplan las siguientes subclases:
F1—Suelos susceptibles a la falla o colapso causado por la excitación sísmica, tales
como; suelos licuables, arcillas sensitivas, suelos dispersivos o débilmente
cementados, etc.
F2—Turba y arcillas orgánicas y muy orgánicas (H >3m para turba o arcillas
orgánicas y muy orgánicas).
F3—Arcillas de muy alta plasticidad (H >7.5 m con índice de Plasticidad IP >75)
F4—Perfiles de gran espesor de arcillas de rigidez mediana a blanda (H >30m)
F4—Perfiles de gran espesor de arcillas de rigidez mediana a blanda (H >30m)
F6—Rellenos colocados sin control ingenieril.
Fuente: (NEC - SE - DS, 2015)
18
2.5.2.2 Coeficientes de perfil de suelo.
Los coeficientes son adimensional Fa, Fd, Fs, estos permiten la
amplificación de respuesta del espectro sísmico, son en otras
palabras coeficientes de amplificación de respuesta sísmica, la (NEC
- SE - DS, 2015) nos brinda tablas (ver anexo A) con una serie valores
que están en función del tipo de suelo y la zona sísmica.
Fa: Coeficiente de amplificación de suelo en la zona de período
corto.
Fd: amplificación de las ordenadas del espectro elástico de
respuesta de desplazamientos para diseño en roca.
Fs: comportamiento no lineal de los suelos
2.5.2.3 Espectro elástico de diseño.
(NEC - SE - DS, 2015). El espectro de repuesta elástico de
aceleraciones Sa, está definido como una fracción de la aceleración
de la gravedad a continuación se muestra la forma de representación
gráfica del espectro elástico. Los parámetros que intervienen en el
son los factores de ampliación de respuesta de espectro que está en
función de sitio y zona de ubicación de la estructuras.
19
Figura 6: Espectro sísmico elástico de aceleraciones que representa el sismo de diseño. Fuente: (NEC - SE - DS, 2015)
2.6 La ingeniería estructural
Se define como Ingeniería Estructural al área o especialidad de la ingeniería
que introduce el grupo de conocimientos científico - técnicos necesarios en las
fases del proceso de concepción, análisis, diseño y fabricación de los sistemas
estructurales. La evolución de la Ingeniería Estructural está asociada a la
ɳ razón entre la aceleración espectral Sa (T=0.1s) y el PGA para el periodo de retorno seleccionado
Fa Coeficiente de amplificación de suelo en la zona de periodo cortó. Amplifica las ordenadas del espectro elástico de respuesta de aceleraciones para diseño en roca, considerando los efectos de sitio
Fd Coeficiente de amplificación de suelo. Amplifica las ordenadas del espectro elástico de respuesta de desplazamientos para diseño en roca, considerando los efectos de sitio
Fs. Coeficiente de amplificación de suelo. Considera el comportamiento no lineal de los suelos, la degradación del periodo del sitio que depende de la intensidad y contenido de frecuencia de la excitación sísmica y los desplazamientos relativos del suelo, para los espectros de aceleraciones y desplazamientos
Sa Espectro de respuesta elástico de aceleraciones (expresado como fracción de la aceleración de la gravedad g). Depende del periodo o modo de vibración de la estructura
T Periodo fundamental de vibración de la estructura To Periodo límite de vibración en el espectro sísmico elástico de
aceleraciones que representa el sismo de diseño Tc Periodo límite de vibración en el espectro sísmico elástico de
aceleraciones que representa el sismo de diseño Z Aceleración máxima en roca esperada para el sismo de diseño,
expresada como fracción de la aceleración de la gravedad g
20
evolución de la Mecánica de Materiales, del Análisis Estructural, a las técnicas
computacionales y al desarrollo de las técnicas constructivas. A continuación
se desglosa las fases de procesos consecutivas:
Fase 1: Concepción.- Fase inicial que tiene como requisito imaginación
creativa y juicio ingenieril para proponer alternativas y seleccionar la mejor
solución.
Fase 2: Análisis.- Se requiere determinar la respuesta de la estructura
sometida a cargas o acciones predefinidas mediante cálculos basados en
técnicas, normas y métodos específicos; normalmente la repuesta de la
estructura se mide, por los esfuerzos en los elementos y los desplazamientos
más representativos en la estructura.
Fase 3: Diseño.- Fase en la que se detalla y se da dimensiones reales de los
elementos estructurales para su ejecución, los detalles y dimensiones se dan
de acuerdo al análisis de la estructura y materiales que la componen.
Fase 4: Fabricación o ejecución.- Fase final (construcción de la estructura) y
está vinculado y asociado directamente con la Ingeniería Civil, relacionándose
con todas aquellas especialidades de ingeniería que necesitan un sistema
estructural para alcanzar sus metas u objetivos.
2.7 Análisis estructural
El análisis estructural es un procedimiento que facilita resultados globales
como reacciones, desplazamientos, esfuerzos, curvaturas, elongaciones; así
como también determina el comportamiento a nivel local tensiones,
21
deformaciones, etc. El análisis estructural es muy importante y fundamental
para aproximar el comportamiento real de la estructura, ya que de esta manera
podemos precisar y asegurar la no superación del estado límite y así realizar el
diseño de la estructura para que resista cualquier evento sísmico.
La (NEC - SE - DS, 2015). Propone varios tipos de análisis estructural como
son:
2.7.1 Análisis estático lineal.
En un análisis estático lineal es aplicable a estructuras regulares, solo
toma en cuenta un solo grado de libertad por planta y se obtiene un solo
período de vibración y su acción sísmica simulada es a través del cortante
basal el cual se distribuye en cada uno de los pisos.
2.7.2 Análisis dinámico lineal.
Este análisis en cambio considera varios grados de libertad con una
matriz de rigidez lineal y se tienen varios períodos de vibración y el primero
va a ser el fundamental, su acción sísmica se simula a través de espectros
de aceleraciones o desplazamientos.
(NEC - SE - DS, 2015). Permite la utilización de otros procedimientos de
cálculo sísmico, tales como los análisis no lineales, estáticos o dinámicos,
que requieren de la aplicación de principios avanzados de Dinámica de
Estructuras y de Ingeniería Sísmica, los profesionales con los conocimientos
suficientes en estas disciplinas podrán aplicarlos.
22
2.8 Comportamiento estructural.
Se define como comportamiento estructural al modo de como pueda
responder una estructura ante solicitaciones externas como los eventos
sísmicos, este comportamiento depende de muchos factores como: las
condiciones geológicas, la calidad de los materiales y de los procesos
constructivos, otros factores importantes que inciden en este comportamiento
son: la intensidad y duración del sismo.
Figura 7: Comportamiento de una edificación ante un evento sísmico Fuente: estudioarquivolta.wordpress.com
2.9 Metodología del Análisis y Diseño Sismo resistente
Guardamos una fuerte referencia al capítulo de la (NEC - SE - DS, 2015)
Referente al peligro sísmico y requisitos de diseño sismo resistente.
2.9.1 Categoría de edificio y coeficiente de Importancia I.
Este factor se adoptara dependiendo del uso y la importancia de la
edificación. Cuyo objetivo del factor I es aumentar la demanda sísmica de
diseño para estructuras, que por sus características de utilización o de
23
importancia deben permanecer operativas o sufrir menores daños durante y
después de la ocurrencia del sismo de diseño. (NEC - SE - DS, 2015)
Tabla 3: Tipo de uso, diseño e importancia de la estructura.
Categoría Tipo de uso, destino e importancia Coeficiente I
Edificaciones esenciales
Hospitales, clínicas, Centros de salud o de emergencia sanitaria. Instalaciones militares, de policía, bomberos, defensa civil. Garajes o estacionamientos para vehículos y aviones que atienden emergencias. Torres de control aéreo. Estructuras de centros de telecomunicaciones u otros centros de atención de emergencias. Estructuras que albergan equipos de generación y distribución eléctrica. Tanques u otras estructuras utilizadas para depósito de agua u otras substancias anti-incendio. Estructuras que albergan depósitos tóxicos, explosivos, químicos u otras substancias peligrosas.
1.5
Estructuras de ocupación especial
Museos, iglesias, escuelas y centros de educación o deportivos que albergan más de trescientas personas. Todas las estructuras que albergan más de cinco mil personas. Edificios públicos que requieren operar continuamente
1.3
Otras estructuras
Todas las estructuras de edificación y otras que no clasifican dentro de las categorías anteriores
1.0
Fuente: (NEC - SE - DS, 2015)
2.9.2 Filosofía de Diseño Sismo Resistente.
La filosofía de diseño permite comprobar el nivel de seguridad de vida. El
diseño estructural se hace para el sismo de diseño, evento sísmico que tiene
una probabilidad del 10% de ser excedido en 50 años, equivalente a un
período de retorno de 475 años (NEC - SE - DS, 2015).
2.9.2.1 Derivas de pisos y límites permisibles.
(NEC - SE - DS, 2015). Las derivas de pisos de refiere al
desplazamiento lateral relativo de un piso - en particular por la acción
de una fuerza horizontal – con respecto al piso consecutivo, medido
en dos puntos ubicados en la misma línea vertical de la estructura. El
24
limite permisible de la deriva máxima para cualquier piso no excederá
los límites de deriva inelástica establecidos en la tabla siguiente.
Tabla 4: Valores de ∆máx., expresados como fracción de piso
Estructuras de: ∆M máxima (sin unidad)
Hormigón armado, estructuras metálicas y de madera
0,02
De mampostería 0,01
Fuente: (NEC - SE - DS, 2015).
2.9.2.2 Cortante Basal.
(NEC - SE - DS, 2015). Fuerza total de diseño V por cargas
laterales, aplicada en la base de la estructura o en una dirección
especificada, resultado de la acción del sismo de diseño con o sin
reducción, de acuerdo con las especificaciones de la presente norma
y se obtiene con la siguiente expresión:
Ecuación 1: cortante basal.
Dónde:
Sa (Ta)= Espectro de diseño en aceleración.
ØP y ØE= Coeficientes de configuración en planta y elevación.
I= Coeficiente de importancia.
R= Factor de reducción de resistencia sísmica.
W= Carga sísmica reactiva.
Ta= Periodo de vibración.
𝑉 =𝐼𝑆𝑎 𝑇𝑎
𝑅 ∗ Ø𝑬 ∗ Ø𝑷∗ 𝑊
25
2.9.2.3 Periodo fundamental de la estructura.
El periodo de vibración de la estructura T es el mayor período de
vibración de la estructura en la dirección horizontal de interés, será
estimado a partir del primer método de la norma (NEC - SE - DS,
2015). El valor de T obtenido al utilizar este método es una estimación
inicial razonable del periodo estructural que permite el cálculo de las
fuerzas sísmicas estáticas a aplicar sobre la estructura y realizar su
dimensionamiento. (NEC - SE - DS, 2015)
Ecuación 2: periodo de vibración
Donde:
𝑪𝒕= Coeficiente que depende del tipo de edificio
Hn= Altura máxima de la edificación de n pisos, medida desde
la base de la estructura, en metros.
T= Período de vibración.
En la siguiente tabla encontraremos los valores de Ct y α que
dependerá del tipo de estructura.
Tabla 5: Valores Ct y α para obtener el periodo fundamental
Tipo de estructura Ct α
Estructuras de acero
Sin arriostramientos 0.072 0.8
Con arriostramientos 0.073 0.75
Pórticos especiales de hormigón armado
Sin muros estructurales ni diagonales rigidizadoras 0.055 0.9
𝑇 = 𝐶𝑡 ℎ𝑛𝛼
26
Fuente: (NEC - SE - DS, 2015).
2.9.2.4 Factor de reducción de resistencia sísmica
R.
El objetivo de este factor R es permitir una reducción de las fuerzas
sísmicas de diseño, lo cual es permitido siempre que las estructuras
y sus conexiones se diseñen para desarrollar un mecanismo de falla
previsible y con adecuada ductilidad, donde el daño se concentre
en secciones especialmente detalladas para funcionar como rótulas
plásticas. (NEC - SE - DS, 2015)
El factor de reducción R a utilizarse para una edificación se
seleccionará de acuerdo a uno de los dos grupos estructurales
siguientes tabla (ver anexo B).
2.10 Rehabilitación de estructuras
La rehabilitación consiste en realizar un análisis para corregir y solucionar
problemas estructurales y no estructurales; para esto se han desarrollado
diferentes métodos, los cuales varían de acuerdo al Reglamento de cada país.
El objetivo de la rehabilitación es habilitar una edificación después de algún
evento de desastre o envejecimiento de estructura.
2.10.1 Rehabilitación sísmica de edificios.
(NEC - SE - RE, 2015). Consiste en la evaluación y el diseño de sistemas
de rehabilitación sísmica para mejorar el desempeño sísmico de estructuras
Con muros estructurales o diagonales rigidizadoras y para otras estructuras basadas en muros estructurales y mampostería estructural
0.055 0.75
27
existentes en función del cumplimiento de un objetivo de desempeño
sísmico, las etapas del proceso de rehabilitación sísmica debe contener al
menos lo siguiente:
Definición del objetivo de rehabilitación
Selección de estrategias de rehabilitación
Levantamiento de información y ensayos
Modelación, análisis y criterios de aceptación
Diseño y Rehabilitación.
2.10.2 Restauración y refuerzo de elementos
estructurales.
Es importante revisar términos o conceptos que comúnmente las
personas suelen confundir, como son; restauración, reparación,
rehabilitación y reforzamiento, entre los cuales existen diferencias.
2.10.2.1 Restauración.
El objetivo principal de la restauración es devolver la forma o la
apariencia arquitectónica a una edificación antigua que se encuentre
en óptimas condiciones, la restauración no pretende mejorar la
resistencia estructural del edificio.
2.10.2.2 Reparación.
El propósito principal es devolver la forma original a la estructura o
al proceso de reemplazar o corregir materiales, componentes o
elementos de una estructura, es importante resaltar que en estudios
28
realizados se dice que los elementos que son reparados solo
recuperan entre el 70% a 80% de la rigidez original.
2.10.2.3 Reforzamiento.
Son las acciones necesarias para aumentar la capacidad resistente
de un elemento estructural o estructura completa, es decir consiste
en incrementar la resistencia original de la estructura.
2.10.2.4 Rehabilitación.
Desde el punto de vista estructural, la rehabilitación es la
recuperación de la resistencia de la estructura en aquellos sitios
donde se encuentra comprometida su seguridad; es el proceso de
reparar, restituir o modificar una estructura hasta llevarla a una
condición deseada ya sea debido a reparaciones o reforzamiento.
2.11 Reforzamiento estructural.
El objetivo del reforzamiento estructural consiste en incrementar la capacidad
portante, resistencia, rigidez, estabilidad y ductilidad por encima de los niveles
originales. En la actualidad se han desarrollado nuevas técnicas empleadas que
vienen no solo a revolucionar y perfeccionar la industria de la construcción,
mejor aún, para garantizar la seguridad de las construcciones.
Generalmente los reforzamientos estructurales se deben al envejecimiento
de la estructura, después de un evento sísmico, cambio en el tipo uso
ocupacional por lo cual la estructura no fue diseñada originalmente o
simplemente por ampliación o remodelación.
29
Figura 8: Reforzamiento estructural con perfiles metálicos. Fuente: www.ingestructuras.com/lineas-de-trabajo/reforzamiento-estructural/
2.11.1 Sistemas de reforzamiento estructural.
Existen muchas técnicas de reforzamientos estructurales como las que
enlistamos las siguientes:
Refuerzo con Arriostramientos metálicos.
Refuerzo con pantalla de hormigón armado.
Refuerzo con encamisado de hormigón armado.
Refuerzo con encamisados de acero.
Refuerzo con angulares y presillas metálicas.
Refuerzo con Láminas FRP.
2.11.1.1 Refuerzo con arriostramientos metálicos.
Los arriostramientos metálicos generalmente se estiman como
elementos secundarios, permiten absorber las acciones del viento y
sismo, es uno de los sistemas usados para resistir cargas sísmicas
30
en edificaciones de varios pisos, en ocasiones los sistemas de
arriostramiento se combinan con núcleos de rigidización dentro del
edificio (pantallas, núcleos rígidos para cajas de escalera o
ascensores, etc.).
Se utiliza principalmente para estabilización lateral en el cual las
diagonales trabajan en tensión axial y requieren dimensiones
mínimas, las cargas se transfieren a través de los marcos, evitando
las columnas débiles y de esta manera incrementan la fuerza, este
tipo de método es económico. (Lopez Pabon, 2017)
Figura 9: Reforzamiento con arriostramiento metálico. Fuente: www.djc.com/news/ae/11163014.html
2.11.1.2 Refuerzo con Pantallas de hormigón
armado.
Estos muros se caracterizan por incrementar la rigidez (disminuye
los periodos de vibración), soporta esfuerzos cortantes que se
producen por sismo y viento, además de tomar con facilidad la
resistencia sísmica y las cargas gravitatorias.
31
La importancia estructural de los muros de corte es de limitar los
desplazamientos laterales, derivas de piso, su ubicación está en
función de dos aspectos: del diseño arquitectónico y la condición de
evitar la torsión en planta.
Figura 10: Reforzamiento con pantalla de hormigon armado. Fuente: sikamexicana/reforzamiento-de-estructuras-con-fibra-de-carbono
2.11.1.3 Refuerzo con encamisado de hormigón
armado.
Comúnmente conocido como recrecido y es una de las técnicas
más antiguas, esta técnica permite colocar la adición de varillas
longitudinales y estribos para posteriormente realizar el hormigonado
mediante vertido en un encofrado o bien añadiendo hormigón
proyectado.
32
Figura 11: Armado de Encamisado de Hormigón
Fuente: (Garzon Roca, 2009).
Este método de refuerzo tiene la ventaja de ser mucho más
resistente al fuego y a las acciones medio ambientales, es importante
la aplicación de resinas epóxicas para la adhesión entre el concreto
viejo y el nuevo del encamisado.
Una desventaja de este tipo de refuerzo es el empleo de estribos,
ya que no se puede emplear estribos con ganchos antisísmicos por la
dificultad al colocarlos, por lo general se emplean estribos abiertos
como se observa en la siguiente figura de los esquemas más
empleados:
Figura 12: Tipos de Armados de Estribos para Encamisados Fuente: (Garzon Roca, 2009).
33
2.11.1.4 Refuerzo con encamisados de acero.
Consiste en abrazar con una camisa de chapa delgada de acero
todo el perímetro del elemento estructural y su diseño estructural se
basa principalmente en mejorar la resistencia del elemento
generalmente usado en columnas de hormigón armado, es un
método clásico de refuerzo muy conocido por todo el mundo.
Una de las técnicas de este método es que se inyecta lechada o
mortero, o con resinas epóxicas el espacio entre el encamisado y el
soporte original, de esta forma, la rotura será imposible mientras no
falle el tubo que lo envuelve. Los refuerzos a base de camisas
continuas son más eficaces, sin embargo, la ejecución y el ajuste de
los mismos pueden resultar más complejos.
Figura 13: Encamisado de Acero.
Fuente: (Garzon Roca, 2009)
34
2.11.1.5 Refuerzo con angulares y presillas
metálicas.
El refuerzo con angulares y presillas metálicas de acero solamente
se aplican en columnas de sección rectangular o cuadrada y consiste
en colocar en cada una de las cuatro esquinas un angular metálico,
su forma de colocar es mediante soldadura entre ellos unas placas
metálicas como arriostras transversales para logar la sujeción
deseada. (Jacome Villacres, 2016)
Figura 14: Reforzamiento con angulares y presillas metálicas. Fuente: ncarquitectura.com/
El objetivo de este método es confinar el soporte para darle una
mejor ductilidad, rigidez y resistencia al elemento. Se adhieren en las
cuatro caras de la columna con resinas epóxicas, pernos, o con
ambos elementos.
A continuación las ventajas y desventajas para el uso de este
método:
35
Ventajas:
Bajo costo económico.
Rápida ejecución y posibilidad de realizar el refuerzo mientras
la estructura está en uso.
No se incrementa considerablemente el espesor del elemento
estructural.
Se aumenta la ductilidad, rigidez y resistencia del soporte de
forma significativa.
Desventajas:
Requiere protección frente al fuego.
Presenta problemas de corrosión y por tanto su durabilidad
dependerá de su mantenimiento.
2.11.1.6 Refuerzo con FRP (fiber - reinforced
polymer).
Un material FRP se forma embebiendo fibras carbono y actúa
como armadura externa ya que se pega sobre la superficie de
hormigón mediante resinas epoxica, consiguiendo así el
confinamiento de todas las fibras haciendo que se complemente con
la armadura de acero interior y es una técnica usada más común en
el mundo una desventaja es que no es económica.
36
Figura 15: Refuerzo con el Sistema FRP Fuente: www.multiconstructor.com/reforzamiento-estructural.html.
Con este tipo de refuerzo se pueden incrementar varias
característica mecánicas de los elementos estructurales como son:
La capacidad de soportar las cargas de las estructuras de concreto:
Incremento de la resistencia a flexión y cortante de vigas, losas y
muros de concreto.
Reestablecer la capacidad de las estructuras de concreto que
estén deterioradas: Reemplazar el acero de refuerzo que se
encuentre corroído y confinar los elementos de concreto.
La capacidad del servicio: Limitación de las deformaciones y
reducción del esfuerzo en el acero de refuerzo.
El reforzamiento para protección antisísmica: Mejora la resistencia
y ductilidad de las columnas de concreto e incrementa el
confinamiento y resistencia a las conexiones de concreto.
37
2.11.2 Selección del método de reforzamiento.
La ocupación de edificios vulnerables se pueden reducir, las instalaciones
pueden ser reforzadas o en su mayor caso ser demolidos, sin embargo,
cuando se consideran todas las alternativas, las opciones de modificación
del edificio para reducir el riesgo de daños deben ser estudiados para aplicar
correctivas que incluyen rigidez o el fortalecimiento de la estructura. (Pariona
Pongo, 2014)
El código Fema propone los siguientes tipos de reforzamiento:
2.11.2.1 Reforzamiento simplificado.
Este método de reforzamiento tiene como principal objetivo la
rehabilitación de elementos o zonas de la estructura que representan
un peligro para las personas comprende por lo general el aumento de
columnas a muros de albañilería, reparación de vigas, columnas o
muros deteriorados, etc.
2.11.2.2 Reforzamiento sistemático.
Este reforzamiento se realiza de forma cíclica hasta lograr obtener
la mejor propuesta para que de esta manera no comprometa muchas
operaciones y que sea económica. Este tipo de reforzamiento incluye
múltiples trabajos ya que agrega al sistema estructural existente,
rigidez, masa, resistencia, etc., elementos por los cuales toda la
edificación deberá volverse analizar para que proporcione un
comportamiento estructural adecuado.
38
CAPÍTULO III
3 MARCO METODOLÓGICO
El proyecto de investigación tiene una orientación de carácter técnico, por lo que
se trata del uso de datos numéricos para realizar un análisis y proponer un
reforzamiento estructural al dispensario médico “Virgen del Cisne”, además se
realizara una visita preliminar a la edificación para obtener información tanto
arquitectónico como estructural y datos de los ensayos no destructivos y
destructivos ya que estos datos con fundamentales para el procesamiento y
análisis de dicha instigación.
Además esta investigación consta de información bibliográfica con el propósito
de conocer y deducir las diferentes, teorías, conceptos y criterios para poder
realizar el análisis con criterio fundamentado.
3.1 Tipos de investigación
3.1.1 Investigación exploratoria.
Esta investigación está dirigido para poder conocer el estado actual de la
estructura, usualmente este tipo de investigación se emplea en un proceso
científico, ya que no poseemos mucha información, o porque no se dispone
de medios para llegar a mayor profundidad.
3.1.2 Investigación descriptiva.
Se trata de tomar datos reales, precisos y sistemáticos para poder
determinar deficiencias estructurales o ver si está cumpliendo con la norma
39
vigente y poder describir que elementos necesitan ser reforzados para que
cumplan con la norma y sea un diseño sismoresistente.
3.1.3 Investigación correlacional.
Es correlacional por que se analiza la deficiencia de la estructura y como
solución se propone un reforzamiento con elementos metálicos e intenta
correlacionar causa – efecto que se pueden dar en el reforzamientos de los
elementos estructurales.
3.2 Técnicas de recolección de información.
La toma de datos para realizar el análisis estructural al dispensario médico
“Virgen del Cisne”, se realizó entrevistas al gerente de la institución para saber
el año en que se construyó, su ocupación antes de ser dispensario médico, etc.
Con una visita técnica se realizó el levantamiento del estado actual de la
edificación mediante una visita técnica a la estructura observando el estado
actual de la estructura y la toma de resistencias del hormigón por medio de los
ensayos esclerométricos además de recolectar los planos estructurales.
3.3 Descripción del proyecto
El proyecto dispensario médico “Virgen del Cisne”, consiste en una estructura
ya existente compuesta por columnas en hormigón armado que soportan vigas
metálicas continuas simplemente apoyadas y sobre las mismas se apoya una
losa tipo Steel Deck; la estructura consta de una planta baja y una planta alta;
siendo el área de implantación de 210,00 m²., con una geometría bastante
regular en elevación y en planta.
40
Se requiere hacer el estudio estructural de los elementos existentes debido
a que se proyecta el aumento de una losa adicional.
Figura 16: Planta baja de la edificación Fuente: Dispensario médico “Virgen del Cisne”
41
3.3.1 Elementos estructurales de la edificación.
La edificación está compuesto por elementos de hormigón armado como
lo son las columnas, las vigas son de acero estructural y la losa es tipo deck
a continuación se presentan las dimensiones de algunas vigas y columnas.
Figura 17: Columnas y vigas existentes en la edificación Fuente: Dispensario médico “Virgen del Cisne”
3.4 Fases de la metodología
Para llevar a cabo el cumplimiento de los objetivos propuestos en esta
investigación existen procesos que permiten de algún modo cumplir con el
estudio, ya que de esta manera podemos obtener una visión clara de cómo se
150
4
4
VS CG
VIGA metalica PRINCIPAL
Escala : 1/10
110
VIGA METALICA SECUNDARIA
Escala : 1/10
110
VP O
200
80
80
42
elaboró este proyecto, de cómo se obtuvo los resultados y a que conclusión
llegar estas fases son:
3.4.1 Características de los materiales.
Los materiales y sus características a utilizar para su respectivo análisis en
hormigón armado son:
Resistencia a la compresión del concreto f´c=210 kg/cm²
Módulo de elasticidad del hormigón=15000√f´c
Esfuerzo de fluencia del acero fy=4200 kg/cm²
Módulo de elasticidad del acero. Esr = 2´100.000 kg/cm
Los perfiles metálicos de acero A36 fueron los usados, sus características
se muestran a continuación:
Esfuerzo de fluencia del acero fy=2531,05 kg/cm² (A36)
esfuerzo mínimo a la tracción fu=4077.80 kg/cm² (A36)
3.4.2 Análisis de las cargas.
Se establecen las cargas utilizadas en la estructura por metro cuadrado
(cargas de servicio: carga muerta y carga viva), así como la carga sísmicas,
para luego realizar el análisis conjuntamente.
3.4.2.1 Determinación de la carga muerta.
Es suma de todos los elementos estructurales de la edificación, son
los elementos que se mantienen peso propio. Conociendo los
43
materiales y características a usar en la edificación se procede a
calcular dicha carga por m².
Tabla 6: Cuantificación de la carga muerta del primer nivel
Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía
Tabla 7: Cuantificación de la carga muerta del segundo nivel
Descripción Carga muerta (kg/m²)
Paredes de mampostería 150
Recubrimiento de piso 60
instalaciones 20
Tumbado 10
Sobrecarga de generador 330
Equipos 100
TOTAL 670
Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía
3.4.2.2 Determinación de la carga viva.
La (NEC - SE - CG, 2015), establece sobrecargas mínimas a tener
en cuenta dependiendo al uso a la que va a destinarse la edificación
y está conformada por los pesos de las personas, muebles, equipos,
accesorios móviles o temporales, mercadería en transición y otras.
Para esta investigación se tomó el valor de 290 kg/m²
Descripción Carga muerta (kg/m²)
Paredes de mampostería 150
Recubrimiento de piso 60
instalaciones 20
Tumbado 10
TOTAL 240
44
Tabla 8: Sobrecarga mínimas uniformemente distribuidas primer nivel
Fuente: (NEC - SE - CG, 2015).
Tabla 9: Sobrecarga mínimas uniformemente distribuidas segundo nivel
Fuente: (NEC - SE - CG, 2015).
3.4.2.3 Determinación de la carga sísmica.
El espectro elástico de diseño sirve para realizar un análisis
dinámico lineal, esto fue realizado bajo criterios de la (NEC - SE - DS,
2015). Se procederá a realizar los espectros respectivos al sitio de
emplazamiento de la edificación, con los siguientes datos:
Tabla 10: datos para elaborar el espectro elástico de diseño.
Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
Ocupación o Uso
Ocupación o Uso Carga Uniforme (kg/m2)
Hospitales
Sala de quirófanos, laboratorios 290
Sala de pacientes 200
Corredores en pisos superiores a la planta baja 400
Ocupación o Uso
Ocupación o Uso Carga Uniforme (kg/m2)
Residencias
Viviendas (unifamiliares y bifamiliares) 200
Hoteles y residencias multifiliares 200
REGION: COSTA Fa: 1,00 (ver anexos A )
PROVINCIA: GUAYAS Fd: 1,60 (ver anexos A)
CANTON: GUAYAQUIL Fs: 1,90 (ver anexos A)
PARROQUIA: GUAYAQUIL 𝗇: 1,8
POBLACION: GUAYAQUIL r: 1,50
ZONA Z: 0,4 To: 0,304 se.
TIPO DE PERFIL: E Tc: 1,672 se.
ZFa: 0,48 Sa: 0,720
Zona sísmica V
Valor factor Z 0.40 Caracterización del peligro sísmico Alta
45
Ecuación 3: para realizar espectro de diseño.
Tabla 11: Espectro de repuesta
ESPECTRO ELASTICO ESPECTRO INELASTICO
T (seg ) Sa (g) T (seg ) Sa (g)
0,000 0,400 0,000 0,050
0,304 0,720 0,304 0,090
1,672 0,720 1,672 0,090
1,700 0,702 1,700 0,088
1,750 0,672 1,750 0,084
1,850 0,619 1,850 0,077
1,950 0,572 1,950 0,071
2,150 0,494 2,150 0,062
2,350 0,432 2,350 0,054
2,550 0,382 2,550 0,048
3,050 0,292 3,050 0,037
3,550 0,233 3,550 0,029
4,000 0,195 4,000 0,024
Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
𝑇𝑐 = 0.55𝐹𝑠𝐹𝑑
𝐹𝑎 ; 𝑆𝑎 = ɳ𝑍𝐹𝑎 ; 𝑆𝑎 = ɳ𝑍𝐹𝑎
𝑇𝑐
𝑇 ^𝑟
46
Figura 18: Espectro elástico e inelástico de la ciudad de Guayaquil. Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
NOTA: para los perfiles de suelo tipo D y E, los valores de TL se limitarán a un valor máximo
de 4 segundos (NEC).
El espectro inelástico de diseño se lo obtiene de la siguiente
manera
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜
𝑅= 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜
Dónde: R=Factor de modificación de la repuesta sísmica. Este
factor es permitido siempre y cuando las estructuras y sus
conexiones se diseñen para desarrollar un mecanismo de falla
previsible y con adecuada ductilidad este factor se seleccionó de
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000
Ace
lera
cio
n S
a (g
)
Periodos T (s)
ESPECTROS DE RESPUESTA DE DISEÑO NEC -15
ELASTICO INELASTICO
47
acuerdo al sistema estructural para nuestro caso R=8 por tratarse de
pórticos con columnas de hormigón armado y vigas de acero
laminado en caliente (ver anexo B).
3.4.2.4 Obtención del periodo fundamental.
Se lo realizo a partir a partir del primer método de la (NEC - SE -
DS, 2015). El periodo de vibración de la estructura T, es una
estimación inicial razonable del periodo estructural.
Tabla 12: Datos para calcular el periodo fundamental
Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
𝑇 = 0.055 ∗ 9.15 𝑚 0.9 𝑻 = 𝟎. 𝟒𝟎 𝑺𝒆𝒈.
3.4.2.5 Combinaciones de carga.
Las combinaciones que aquí se realizaron son las impuestas por la
(NEC - SE - CG, 2015). A continuación se muestran las
combinaciones realizadas en este análisis:
Combinación 1=1.4 D
Combinación 2=1.2 D + 1.6 L
Combinación 3=1.2 D + 1.0 L + 1.0 E
Combinación 4=1.2 D + 1.0 L – 1.0 E
Ct = 0.055 Ver tabla 5
α = 0.90 Ver tabla 5
hn 9.15 m Altura de la edificación
𝑇 = 𝐶𝑡 ℎ𝑛𝛼
48
Combinación 5=0.9 D + 1.0 E
Combinación 6=0.9 D - 1.0 E
Donde:
D=Carga permanente.
E=Carga de sismo.
L=Sobrecarga (carga viva).
3.4.3 Modelación estructural.
Se procede a modelar la estructura con el software ETABS, mediante un
análisis sismo-resistente para verificar si se dispone de una rigidez
adecuada y limitando las deformaciones excesivas y además saber el grado
de deficiencia que posee la estructura.
Figura 19: Viga secundaria y columna actuales de la estructura Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
49
Figura 20: Estructura a analizar Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
3.4.4 Análisis de los resultados.
Una vez ejecutado el programa el programa el software nos brinda una
amplia lista de resultados y graficas de: deformaciones, diagramas de fuerza
axial, diagramas de cortante y momento esto nos sirve para conocer evaluar
a la estructura y así determinar y proponer el reforzamiento adecuado.
3.4.4.1 Periodos de vibración.
Como vemos el ETABS nos muestra 12 periodos de vibración.
Según requerimientos de la (NEC - SE - DS, 2015), el período
calculado mediante análisis dinámico no debe ser mayor en un 30%
al valor de T calculado por el método 1 (obtenido en esta misma
sección)
50
Tabla 13: periodos de vibración.
Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
𝐷𝑒𝑏𝑒 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑖𝑟: 𝑇𝐷𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑐𝑜 < 1,30 ∗ 𝑇𝐹𝑢𝑛𝑑𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
𝑇𝐷𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑐𝑜 = 0,608 𝑚𝑜𝑑𝑜 1 𝑇𝐹𝑢𝑛𝑑𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = 0,40 𝑠𝑒𝑔.
0,608 > 0,52 𝑛𝑜 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒
3.4.4.2 Revisión de derivas de pisos.
Se debe comprobar que las derivas de entrepiso inelásticas
máximas Δmáx., no excedan los límites impuestos por la (NEC - SE
- DS, 2015), para este tipo de estructuras no debe ser mayor al 2%,
en la tabla siguiente se muestra las derivas de piso producidas por el
sismo:
Tabla 14: derivas de piso.
Spec Mode Period
SDINAMICO 1 0,607642
SDINAMICO 2 0,537959
SDINAMICO 3 0,415389
SDINAMICO 4 0,201633
SDINAMICO 5 0,196617
SDINAMICO 6 0,185316
SDINAMICO 7 0,124003
SDINAMICO 8 0,118294
SDINAMICO 9 0,109572
SDINAMICO 10 0,006438
SDINAMICO 11 0,005483
SDINAMICO 12 0,004585
Story Item Load Point X (m) Y (m) Z (m) DriftX DriftY
STORY3 Max Drift X SXESTATICO 20 13,6 11,22 9,1 0,001730
STORY3 Max Drift Y SXESTATICO 14 10,32 7,82 9,1 0,000016
STORY3 Max Drift X SYESTATICO 18 13,6 4,62 9,1 0,000238
STORY3 Max Drift Y SYESTATICO 20 13,6 11,22 9,1 0,001537
STORY3 Max Drift X SDINAMICO 18 13,6 4,62 9,1 0,000998
STORY3 Max Drift Y SDINAMICO 20 13,6 11,22 9,1 0,000782
STORY2 Max Drift X SXESTATICO 51 1,66 15,35 6,4 0,003722
51
Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
Para efectos de comprobación tomaremos el mayor
desplazamiento.
∆𝑀 = 0.75 ∗ 𝑅 ∗ ∆𝐸
𝑑𝑒𝑏𝑒 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑖𝑟: ∆𝑀 < ∆𝑀𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎
∆𝑀𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 = 0.02 ∗ ℎ ∆𝑀𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎
ℎ = 2%
∆𝐸 = 0,005247 ∆𝑀 = 0.75 ∗ 8 ∗ 0,005247 ∆𝑀= 0,0315 = 3,15 %
𝟑, 𝟏𝟓 % > 𝟐% 𝒏𝒐 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒆
3.4.4.3 Ajuste del cortante basal.
La (NEC - SE - DS, 2015) dice que el cortante dinámico en la base
no debe ser menor que el 85 % del cortante basal estático para
estructuras irregulares y en un 80% en estructuras regulares.
STORY2 Max Drift Y SXESTATICO 5301 0 0 6,4 0,000027
STORY2 Max Drift X SYESTATICO 5327 9,638 0 6,4 0,001909
STORY2 Max Drift Y SYESTATICO 5306 15,05 0 6,4 0,005247
STORY2 Max Drift X SDINAMICO 5327 9,638 0 6,4 0,002763
STORY2 Max Drift Y SDINAMICO 5306 15,05 0 6,4 0,002774
STORY1 Max Drift X SXESTATICO 51 1,66 15,35 3,2 0,001739
STORY1 Max Drift Y SXESTATICO 34 0 1,22 3,2 0,000164
STORY1 Max Drift X SYESTATICO 51 1,66 15,35 3,2 0,000709
STORY1 Max Drift Y SYESTATICO 39 13,6 14,32 3,2 0,002333
STORY1 Max Drift X SDINAMICO 34 0 1,22 3,2 0,000993
STORY1 Max Drift Y SDINAMICO 39 13,6 14,32 3,2 0,001095
52
Tabla 15: peso de la estructura y cortante dinámico en la base
Story Load Loc P (ton.) VX (ton.) VY (ton.) MX (ton-m) MY (ton-m)
STORY3 DEAD Top 0,17 0 0 1,318 -1,994
STORY3 DEAD Bottom 2,05 0 0 16,178 -24,529
STORY3 SXESTATICO Top 0 -0,41 0 0 0
STORY3 SXESTATICO Bottom 0 -0,41 0 0 -1,098
STORY3 SYESTATICO Top 0 0 -0,41 0 0
STORY3 SYESTATICO Bottom 0 0 -0,41 1,098 0
STORY3 SDINAMICO Top 0 0,25 0,2 0 0
STORY3 SDINAMICO Bottom 0 0,25 0,2 0,532 0,681
STORY2 DEAD Top 60,82 0 0 434,904 -671,936
STORY2 DEAD Bottom 70,13 0 0 508,904 -737,06
STORY2 SXESTATICO Top 0 -17,14 0 0 -1,098
STORY2 SXESTATICO Bottom 0 -17,14 0 0 -55,948
STORY2 SYESTATICO Top 0 0 -17,14 1,098 0
STORY2 SYESTATICO Bottom 0 0 -17,14 55,948 0
STORY2 SDINAMICO Top 0 9,1 7,92 0,532 0,681
STORY2 SDINAMICO Bottom 0 9,1 7,92 25,856 29,712
STORY1 DEAD Top 165,17 0 0 1200,868 -1467,106
STORY1 DEAD Bottom 182,7 0 0 1333,51 -1606,467
STORY1 SXESTATICO Top 0 -31,24 0 0 -55,948
STORY1 SXESTATICO Bottom 0 -31,24 0 0 -155,904
STORY1 SYESTATICO Top 0 0 -31,24 55,948 0
STORY1 SYESTATICO Bottom 0 0 -31,24 155,904 0
STORY1 SDINAMICO Top 0 13,98 12,11 25,856 29,712
STORY1 SDINAMICO Bottom 0 13,98 12,11 61,286 71,091
Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
𝑉𝐷𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑜 > 0.85 ∗ 𝑉𝐸𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑜
El cortante basal estativo V fue realizado mediante criterios de la
(NEC - SE - DS, 2015)
𝑉𝐸𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑜 = 𝐼 ∗ 𝑆𝑎
∅𝑝 ∗ ∅𝐸 ∗ 𝑅∗ 𝑊 𝑊 = 182,70 𝑇𝑜𝑛
ØP=1 estructura regular en planta (NEC - SE - DS, 2015) ver
anexo C
ØE=0,9 por que la estructura presenta irregularidad en
elevación (NEC - SE - DS, 2015) ver anexo C
53
I=1,5 Coeficiente de importancia (ver tabla 3)
R=8 por tratarse de sistemas estructurales de ductilidad limitada
(ver anexo B)
Sa=0,864 Aceleración espectral (calculado en la sección
3.4.2.3)
𝑉𝐸𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑜 = 1,5 ∗ 0,864
1 ∗ 0,9 ∗ 8∗ 182,70 𝑇𝑜 𝑽𝑬𝒔𝒕á𝒕𝒊𝒄𝒐 = 𝟑𝟐, 𝟖𝟖𝟔 𝑻𝒐
Como se observa el cortante basal calculado manualme es casi
igual al obtenido por el programa ETABS.
32,886 ton ≈ 31,24 ton
𝑽𝑫𝒊𝒏á𝒎𝒊𝒄𝒐 𝑿 = 𝟏𝟑, 𝟗𝟖 𝑻𝒐𝒏 𝑽𝑫𝒊𝒏á𝒎𝒊𝒄𝒐 𝒀 = 𝟏𝟐, 𝟏𝟏 𝑻𝒐𝒏
13,98 𝑡𝑜𝑛 > 0,85 ∗ 31,24 𝑡𝑜𝑛 𝟏𝟑, 𝟗𝟖 𝑻𝒐𝒏 < 𝟐𝟔, 𝟓𝟓 𝑻𝒐𝒏 𝒏𝒐 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒆
12,11 𝑡𝑜𝑛 > 0,85 ∗ 31,24 𝑡𝑜𝑛 𝟏𝟐, 𝟏𝟏 𝑻𝒐𝒏 < 𝟐𝟔, 𝟓𝟓 𝑻𝒐𝒏 𝒏𝒐 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒆
3.4.4.4 Deformaciones máximas permisibles.
Según IBC 2012 las deformaciones verticales no deben superar los
límites previstos. En la columna de Status (estado o rango) debe
encontrarse en cada una de sus filas con un OK, ya que nos indica
que la deformación obtenida es menor al límite, con esto estamos
garantizando el estado límite de servicio. Como observamos en la
figura las vigas secundarias (color rojo) en su mayoría no pasa por
deflexiones máximas.
54
Figura 21: Deformaciones máximas en las vigas secundarias del segundo nivel. Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
3.4.4.5 Análisis de relación demanda/capacidad de
la estructura metálica.
La estructura se considera con una resistencia adecuada con
valores demanda/capacidad menores a 1.00. A continuación se
55
presenta un análisis de relación demanda/capacidad de los
elementos metálicos de la estructura:
Figura 22: Demanda/capacidad de los elementos metálicos del 2 nivel Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
Como se puede observar muchas de las vigas principales y
secundarias están trabajando en todo su capacidad estando al límite
de un colapso.
56
3.4.4.6 Análisis de resistencia de las columnas
existentes.
A continuación se presenta un análisis de relación
demanda/capacidad de las columnas:
Figura 23: Demanda/capacidad de las columnas Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
57
Como se puede observar las columnas de color rojo no cumplen
con el criterio de resistencia requerido, ya que su capacidad ha
excedido el límite; siendo estas casi todas las del segundo nivel como
se muestra en la siguiente figura, no así las del primer nivel
Figura 24: Demanda/capacidad de las columnas del segundo nivel. Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
58
Figura 25: Demanda/capacidad de las columnas del primer nivel Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
3.4.5 Conclusiones del análisis.
Se requiere aumentar la rigidez lateral de la estructura debido a
que las derivas de piso superan el 2%, consideradas muy excesivas
en la (NEC - SE - DS, 2015), es decir que las secciones no son las
adecuadas para un comportamiento sismo resiste.
Los períodos de vibración son muy elevados más allá del límite
requerido (NEC - SE - DS, 2015). El periodo fundamental obtenido por
los parámetros de la (NEC - SE - DS, 2015) fue de t=0,40 seg.,
mientras que por el análisis dinámico obtenido por el ETABS fue de
t=0,635 seg., debido a esto se considera que la estructura es muy
flexible ante un evento sismico; es decir no posee un comportamiento
sismo resistente y esta fallaría ante un evento sísmico.
59
Muchas de las columnas del centro médico no cumplen con las
dimensiones mínimas impuestas por la (NEC – SE – HM, 2015).
3.4.6 Recomendaciones del análisis.
Se recomienda un reforzamiento inmediato tanto vigas como
columnas debido a que no se cumplen con los criterios de resistencia
requeridos por la normativa vigente NEC-15.
Es necesario rigidizar la estructura para que la edificación tenga un
mejor comportamiento.
Habiendo escogido una alternativa de reforzamiento es necesario
realizar un análisis estructural que cumplan con los parámetros de la
Norma Ecuatoriana de la Construcción.
60
CAPITULO IV
4 PROPUESTA Y RESULTADOS
4.1 Propuesta
4.1.1 Antecedentes.
Habiendo culminado el análisis estructural en el capítulo III de la presente
investigación, y sabiendo el estado actual del dispensario médico “virgen del
cisne” que no cumple con los requerimientos sismo resistente, se tiene que
tomar una decisión para solucionar las deficiencias identificadas. Con lo
mencionado anteriormente una alternativa para solucionar esta deficiencia
estructural es el reforzamiento estructural para darle una mayor rigidizacion
global de la estructura como son los desplazamientos modales, períodos de
la estructura y derivas de piso, etc., para que la estructura cumpla con lo
impuesto por la NEC – 15 y tenga un comportamiento sismo resistente.
4.1.2 Propuesta de reforzamiento.
En este proyecto se ha considerado un reforzamiento estructural que
permita aumentar su capacidad portante, resistencia, rigidez, estabilidad y
ductilidad mayor que los niveles originales, mediante el uso de perfiles
metálicos, debido a que utilizando estos elementos es más rápido y eficiente
a continuación se mencionan las propuestas de reforzamiento que se
podrían realizar en este proyecto:
Reforzamiento mediante encamisado metálico.
Reforzamiento con angulares y presillas metálicas.
Reforzamiento con diagonales rigidizadoras de acero.
61
Delos tres mencionados anteriormente se debe de inclinar por un solo
tipo de reforzamiento que sea eficiente, económico y rápido de habilitar por
tratarse de un centro médico, ya que estas edificaciones son catalogadas
como esencial e importante.
4.1.2.1 Selección del reforzamiento estructural.
Reforzamiento mediante encamisado metálico: este tipo de
reforzamiento se descartó por parte de los administradores del
dispensario médico “virgen del cisne” debido al alto costo que
representaba su reforzamiento estructural utilizando este sistema.
Reforzamiento con diagonales rigidizadoras de acero: una de las
principales razones por la cual se descartó este tipo de reforzamiento
fue a la ocupación de espacio que ocupa en los pórticos intermedios
de la edificación, sumado a esto es que el objetivo de este
reforzamiento en esta edificación fue el de aumentar una losa
adicional para poder dotar de mejores y modernos equipos y así
brindar un mejor servicio a la salud.
Figura 26: Reforzamiento sin marco perimetral. Fuente: sikamexicana/reforzamiento-de-estructuras-con-fibra-de-carbono
62
Figura 27: Reforzamiento con marco perimetral, conexión directa. Fuente: sikamexicana/reforzamiento-de-estructuras-con-fibra-de-carbono
Reforzamiento mediante encamisado metálico: la cuestión
principal por la que se escogió este tipo de reforzamiento fue por la
forma rápida, sencilla y económica con relación a las anteriores, y
además la estructura puede entrar en carga inmediatamente una vez
ejecutado el refuerzo.
4.1.3 Reforzamiento mediante el uso de angulares y
presillas metálicas.
(Cirtex L., 2001). Establece un método de cálculo para determinar el valor
del incremento axial proporcionado por el refuerzo del empresillado al
soporte de hormigón mediante la ecuación siguiente:
Ecuación 4: aumento de la carga axial
Donde:
Ac = sección del pilar de hormigón.
fco= resistencia del hormigón a compresión
α = coeficiente de reducción de la resistencia a compresión del
hormigón, según el Eurocódigo nº2 (entre 0,80 y 0,85).
∆𝑁𝑅𝑑,𝑏 = 0,85 ∗ 𝐴𝐶 ∗ 𝑓𝑐𝑜 ∗ 𝛼 𝜙𝐶 − 1
63
Φc = factor de cargas de los soportes reforzados, siendo Φc≤1,65.
Todo esto se cumple si se tiene en cuenta con las siguientes condiciones:
El hormigón no debe presentar ninguna señal de fallo a compresión.
Los pilares a reforzar deben de ser de sección cuadra o rectangular y
la relación entre sus lados debe ser mayor o igual a 0,5.
La calidad del hormigón debe encontrarse entre C12/15 y C25/30
(anexo D), según la nomenclatura del Código Modelo (Código Modelo,
1990).
Y los requisitos que se tienen que cumplir con los angulares y presillas
que conforman el refuerzo son:
La resistencia de los angulares de acero será de 210 MPa y de las
presillas 210 ó 240 MPa en función de la resistencia del hormigón.
Los angulares de acero serán tipo L, siendo las mínimas dimensiones
permitidas L50x50x4.
Las dimensiones de las presillas dependerá del soporte de hormigón
armado a reforzar, con la utilización del coeficiente β = 0,5* (a + b).
Distancia entre presillas st; 0,40β ≤ st ≤ 0,75β
Área de las presillas Astr; ≥ 0,004β²
El espesor del acero de la presilla debe ser igual o menor al del
angular.
64
4.1.3.1 Pre dimensionamientos de los elementos.
Teniendo en cuenta las condiciones se puede emplear un pre
dimensionamiento de las presillas y angulares en las columnas, para
luego analizar la edificación y así poder corroborar lo propuesto.
Figura 28: Dimensiones propuesta del angular y las presillas metálicas. Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía
Para el reforzamiento de las vigas es un poco más sencillo con
relación a las columnas, debido a que las vigas que se encuentran en
dicho centro médico son de acero estructural y esto facilita la
adaptación entre metales por medio de la soldadura, para reforzar las
vigas se propuso un conformado tipo CU.
Figura 29: Dimensiones propuesto del conformado. Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
65
Los refuerzos tanto para las columnas así como para las vigas se
utilizó acero estructural A36, hay que resaltar que para la unión entre
los angulares a las columnas de hormigón armado se utilizó pernos y
exposico y para la unión de las presillas se las unió con soldadura.
4.1.4 Elementos a reforzar.
Las columnas y vigas que se deben reforzar utilizando elementos
metálicos para mejorar la rigidez a la estructura se especifican en el
siguiente gráfico, y estas serán las del segundo nivel.
Figura 30: Elementos a reforzar con elementos metálicos.
Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
66
4.2 Resultados
4.2.1 Análisis de la edificación con el reforzamiento.
Habiendo pre dimensionado los elementos y después de haber creado
los elementos con sus respectivos refuerzos en el programa ETABS se
procede a realizar un análisis de la estructura para saber si los
reforzamientos propuestos son los ideales.
Figura 31: columnas y vigas reforzadas con elementos metálicos. Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
4.2.1.1 Periodos de vibración de la estructura
reforzada.
A continuación revisamos los periodos de vibración para corroborar
si cumplen con (NEC - SE - DS, 2015), recordando que estos
periodos no debe ser mayor en un 30% al valor de T calculado por el
método 1.
Tabla 16: periodos de vibración de la estructura reforzada.
Spec Mode Period
SDINAMICO 1 0,513106
SDINAMICO 2 0,439552
SDINAMICO 3 0,366013
SDINAMICO 4 0,159695
SDINAMICO 5 0,150095
67
SDINAMICO 6 0,135957
SDINAMICO 7 0,070878
SDINAMICO 8 0,069629
SDINAMICO 9 0,067043
SDINAMICO 10 0,007319
SDINAMICO 11 0,007297
SDINAMICO 12 0,006721
Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
𝐷𝑒𝑏𝑒 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑖𝑟: 𝑇𝐷𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑐𝑜 < 1,30 ∗ 𝑇𝐹𝑢𝑛𝑑𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
𝑇𝐷𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑐𝑜 = 0,523 𝑚𝑜𝑑𝑜 1 𝑇𝐹𝑢𝑛𝑑𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = 0,40 𝑠𝑒𝑔.
0,513 < 0,533 𝒔𝒊 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒆
4.2.1.2 Revisión de derivas de pisos de la
estructura reforzada.
Ahora comprobamos que las derivas de pisos cumplan con lo
impuesto por la (NEC - SE - DS, 2015), de que estas no superen el
2%, a continuación se presentan los valores:
Tabla 17: derivas de piso de la estructura reforzada.
Story Item Load Point X Y Z DriftX DriftY
STORY3 Max Drift X SXESTATICO 18 13,6 4,62 9,1 0,000713
STORY3 Max Drift Y SXESTATICO 20 13,6 11,22 9,1 0,00003
STORY3 Max Drift X SYESTATICO 18 13,6 4,62 9,1 0,000164
STORY3 Max Drift Y SYESTATICO 20 13,6 11,22 9,1 0,001158
STORY3 Max Drift X SDINAMICO 18 13,6 4,62 9,1 0,000429
STORY3 Max Drift Y SDINAMICO 20 13,6 11,22 9,1 0,000622
STORY2 Max Drift X SXESTATICO 5327 9,638 0 6,4 0,002366
STORY2 Max Drift Y SXESTATICO 5300 15,05 14,32 6,4 0,000125
STORY2 Max Drift X SYESTATICO 5327 9,638 0 6,4 0,001279
STORY2 Max Drift Y SYESTATICO 5306 15,05 0 6,4 0,00320
STORY2 Max Drift X SDINAMICO 5327 9,638 0 6,4 0,001765
STORY2 Max Drift Y SDINAMICO 5306 15,05 0 6,4 0,002058
STORY1 Max Drift X SXESTATICO 51 1,66 15,35 3,2 0,00186
STORY1 Max Drift Y SXESTATICO 34 0 1,22 3,2 0,000103
STORY1 Max Drift X SYESTATICO 51 1,66 15,35 3,2 0,000704
STORY1 Max Drift Y SYESTATICO 39 13,6 14,32 3,2 0,002614
68
Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
Comprobando estos valores se obtiene lo siguiente:
∆𝑀 = 0.75 ∗ 𝑅 ∗ ∆𝐸
𝑑𝑒𝑏𝑒 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑖𝑟: ∆𝑀 < ∆𝑀𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎
∆𝐸 = 0,00320 ∆𝑀 = 0.75 ∗ 8 ∗ 0,00320 ∆𝑀= 0,0192 = 1,92 %
𝟏, 𝟗𝟐 % < 𝟐% 𝒔𝒊 𝒄𝒖𝒏𝒑𝒍𝒆
4.2.1.3 Ajuste del cortante basal de la estructura
reforzada.
La tabla siguiente muestran los cortantes máximos producidos
tanto estático como dinámico.
Tabla 18: Cortante basal estático y dinámico de la estructura
Story Load Loc VX ( ton. ) VY ( ton. ) MX ( ton-m ) MY ( ton-m )
STORY3 SXESTATICO Top -0,58 0 0 0
STORY3 SXESTATICO Bottom -0,58 0 0 -1,554
STORY3 SYESTATICO Top 0 -0,54 0 0
STORY3 SYESTATICO Bottom 0 -0,54 1,456 0
STORY3 SDINAMICO Top 0,27 0,26 0 0
STORY3 SDINAMICO Bottom 0,27 0,26 0,698 0,728
STORY2 SXESTATICO Top -18,13 0 0 -1,554
STORY2 SXESTATICO Bottom -18,13 0 0 -59,583
STORY2 SYESTATICO Top 0 -17,57 1,456 0
STORY2 SYESTATICO Bottom 0 -17,57 57,68 0
STORY2 SDINAMICO Top 9,79 8,58 0,698 0,728
STORY2 SDINAMICO Bottom 9,79 8,58 28,118 32,018
STORY1 SXESTATICO Top -32,37 0 0 -59,583
STORY1 SXESTATICO Bottom -32,37 0 0 -163,17
STORY1 SYESTATICO Top 0 -32,37 57,68 0
STORY1 Max Drift X SDINAMICO 34 0 1,22 3,2 0,001213
STORY1 Max Drift Y SDINAMICO 39 13,6 14,32 3,2 0,001354
69
STORY1 SYESTATICO Bottom 0 -32,37 161,267 0
STORY1 SDINAMICO Top 16,35 13,73 28,118 32,018
STORY1 SDINAMICO Bottom 16,35 13,73 70,253 82,789
Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
Comprobado que estos cumplan con la (NEC - SE - DS, 2015) que
el cortante dinámico no supere el 85 % del cortante basal estático.
𝑉𝐷𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑜 > 0.85 ∗ 𝑉𝐸𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑜
𝑽𝑫𝒊𝒏á𝒎𝒊𝒄𝒐 𝑿 = 𝟏𝟔, 𝟑𝟓 𝑻𝒐𝒏 𝑽𝑫𝒊𝒏á𝒎𝒊𝒄𝒐 𝒀 = 𝟏𝟑, 𝟕𝟑 𝑻𝒐𝒏
16,35 𝑡𝑜𝑛 > 0,85 ∗ 32,37 𝑡𝑜𝑛 𝟏𝟔, 𝟑𝟓 𝑻𝒐𝒏 < 𝟐𝟓, 𝟖𝟗 𝑻𝒐𝒏 𝒏𝒐 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒆
13,73 𝑡𝑜𝑛 > 0,85 ∗ 32,37 𝑡𝑜𝑛 𝟏𝟑, 𝟕𝟑 𝑻𝒐𝒏 < 𝟐𝟓, 𝟖𝟗 𝑻𝒐𝒏 𝒏𝒐 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒆
Dado a que no cumple con lo establecido con la (NEC - SE - DS,
2015) obtenemos un factor de modificación de la aceleración de la
gravedad.
𝒇𝒙 = 𝟐𝟓, 𝟖𝟗 𝒕𝒐𝒏
𝟏𝟔, 𝟑𝟓 𝒕𝒐𝒏 = 𝟏, 𝟓𝟖 𝒇𝒚 =
𝟐𝟓, 𝟖𝟗 𝒕𝒐𝒏
𝟏𝟑, 𝟕𝟑 𝒕𝒐𝒏 = 𝟏, 𝟖𝟖
Cabe resaltar que esto solo se aplica para la amplificación de las
fuerzas internas producida por el sismo, mas no así para la obtención
de deformaciones y desplazamientos de los diafragmas rígidos.
4.2.1.4 Deformaciones máximas permisibles de la
estructura reforzada.
Como se observa en la siguiente figura todas las vigas principales
y secundarias están cumpliendo con las deformaciones ya que no
70
superan el límite, que propone el IBC 2012, para efectos de
comprobación tomaremos la más desfavorable.
Figura 32: Deformaciones máximas en las vigas principales y secundarias del segundo nivel. Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
En conclusión como observamos en la figura N° 31 las vigas
principales y secundarias pasan por deflexiones máximas.
71
4.2.1.5 Análisis de relación demanda/capacidad de
la estructura metálica reforzada.
Los valores demanda/capacidad deben ser menores a 1.00 en
la figura siguiente se puede observar que dicha relación no superan
el valor de 1,00 es decir que dichos elementos no están trabajando
en todo su capacidad.
Figura 33: Demanda/capacidad de la estructura reforzada del 2 nivel Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
4.2.1.6 Análisis de la resistencia de las columnas
reforzadas.
A continuación se presenta un análisis de relación
demanda/capacidad de las columnas:
72
Figura 34: Demanda/capacidad de las columnas reforzadas Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
73
Las columnas que se reforzó con los angulares y presillas
metálicas están trabajando entre un 30 % al 40 % con relación a lo
anterior que estaban entre un 120 % al 140 %.
Figura 35: Diagrama de interacción de la columna sin reforzar. Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
Figura 36: Diagrama de interacción de la columna reforzada Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
Observando los valores de los diagrama de interacción que nos
brinda el software ETABS vemos como aumenta la capacidad de la
columna reforzada en un 38,83 %. Habiendo analizado la propuesta
de reforzamiento podemos concluir que lo prediseñado anteriormente
está bien ya que la edificación cumple con lo impuesto por (NEC - SE
74
- DS, 2015) y pasaría de ser una edificación vulnerable a un
edificación sismo resistente.
Después de haber terminado el análisis son su respectivo
reforzamiento y habiendo chequeado que todo el análisis este bien y
cumpla con todas las normas vigentes se puede pasar a la etapa de
diseño y dibujo de los planos estructurales para posteriormente
ejecutar el reforzamiento de la estructura del dispensario médico
“Virgen del Cisne”
Figura 37: Ejecución del reforzamiento en vigas y columnas Fuente: Hugo Alexander Cedeño Mejía.
75
Conclusiones:
Habiendo realizado el análisis estructural existente se demuestra la
importancia de reforzar no solo después de haber ocurrido un evento
sísmico sino que también se deben reforzar las estructuras que no
cumpla con las normas actuales vigentes.
Una estructura construida informalmente o de manera anti-técnica, si
supervisión técnica es más vulnerable ante un evento sísmico fuerte
ya que su comportamiento no es el adecuado.
Ninguna edificación en especial como los centros médicos no deben
poseer deficiencias estructurales ni ser vulnerables, ya que estas son
esenciales e importantes y deben permanecer operativas antes y
después de un evento sísmico lo cual esto justifica su reforzamiento.
El reforzamiento de las estructuras nos sirve para rehabilitar las
mismas además de lograr un óptimo desempeño, un comportamiento
dúctil ante solicitaciones sometidas.
La implementación del reforzamiento estructural mediante el uso de
angulares y presillas metálicas es muy factible ya que la das más
rigidez a la estructura y por ende disminuyen los desplazamientos,
periodos de vibración y las derivas de pisos, etc.
Este reforzamiento propuesto ofrece confinamiento a la sección
además de mejorar su capacidad y comportamiento es una técnica de
fácil aplicación y viable económicamente.
76
Recomendaciones
Para realizar un análisis de una forma más exacta con la realidad es
necesario realizar ensayos de compresión simple como por ejemplo
extracción de núcleos (pruebas destructivas), así como también la
mayor información posible de los elementos estructurales y el año en
el que se ejecutó la obra.
Se recomienda que el análisis realizado con el reforzamiento incluido
cumpla con la Norma Ecuatoriana de Construcción (NEC - SE - DS,
2015)
Es importante realizar varias propuestas de reforzamiento así como
sus análisis respectivos y en torno a estos tomar la mejor opción
aplicable a la estructura
Para la selección del reforzamiento es recomendable escoger la mejor
opción en cuanto a funcionabilidad, que sea aplicable y económico y
sobre todo que tenga un buen desempeño estructural ante
solicitaciones sísmicas.
Para llevar a cabo el reforzamiento estructural es de vital importancia
la incursión de personal técnico especializado, para que controle y
supervise el reforzamiento de una manera estricta, para que de esta
manera la estructura tenga un buen desempeño.
Se recomienda también que toda estructura a ser remodelada o
ampliada se haga un estudio para determinar el estado actual de la
cimentación para verificar si cumple con las nuevas solicitaciones a
la que será sometida la estructura.
77
Bibliografía
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79
Anexos
ANEXO A
ANEXO B
ANEXO C
ANEXO D
TABLA DEL EUROCODIGO 2
NOTA: la resistencia a compresión del hormigón están f´c=N/mm²
Planos
Reg. Prof. 1028-15-1434536Arq. Jaime Dávila Castro
1-50
ImplantaciónProvincia del Guayasla 25 y la CH
PROYECTO ARQUITECTÓNICO
Febrero-2017
DISPENSARIO MÉDICO
ImplantaciónESC. 1-50
2
3
4
5
2
3
4
5
A B C D E
A B C D E
1.45
3.35 3.56 3.41 3.2815.05
1.45
2.62
3.20
3.40
3.09
0.87
0.87
0.33
1.53
AV.
Ism
ael P
érez
Cas
tro
Buena fé
Echeandia
Buena fé
0.110.33
Ubicacións/e
Losa para Máquinas
1.47
1.60
1.50
0.79
1.24
0.10
0.10
0.10
0.10
1.50
1.50
0.59
1.26
0.10 0.101.802.00 1.26
3.60 1.333.090.77
1.56
3.603.86
ACERA
AV ISMAEL PEREZ CASTRO
AC
ERA
la 25 y la CH
Parqueo
2.00
Reg. Prof. 1028-15-1434536Arq. Jaime Dávila Castro
1-50
Planta Baja ExistenteProvincia del Guayasla 25 y la CH
PROYECTO ARQUITECTÓNICO
DISPENSARIO MÉDICO
consultorio 2 consultorioODONTOLOGICO
PASILLO
consultorio 3cocinadormitorio
dormitorio
dormitorio
SS.HH
SS.HH
SS.HH
SS.HH
0.802.00
0.702.00
1.002.00
0.752.00
0.752.00
0.702.00
0.652.00
0.702.00
0.702.00
0.702.00
0.802.00
1.002.00
BODEGA
0.602.00
SS.HH
1.002.00
2
3
4
5
2
3
4
5
B C D E
LABORATORIO
Planta Baja ExistenteESC. 1-50
A
2.62
3.20
3.40
3.20
3.40
3.09
3.35 3.56 3.41 3.28 1.45
0.802.00
SALA DE ESPERA1.11
1.20
1.44
3.44
2.01
4.10
4.36
1.45
3.09
meson
CUARTO DEDESECHOS
2.00
caja
SS.HH1.39
2.07
DEPARTAMENTO
DEPARTAMENTO
consultorio 4
CONSULTORIO 2
LABORATORIO
CONSULTORIO 3
2.73
3.00
3.89
1.50
CONSULTORIO 4
CONSULTORIO 5
CONSULTORIO 6
SALA DE ESPERA
ENFERMERÍA
1.63
CONSULTORIO 7
3.77
S.H.1.00
1.00
2.77
5.10
4.29
3.65
BODEGA
1.74
1.60
Reg. Prof. 1028-15-1434536Arq. Jaime Dávila Castro
1-50
PLANTA ALTA y PISO 2Provincia del Guayasla 25 y la CH
PROYECTO ARQUITECTÓNICO
2
3
4
5
2
3
4
5
A B C D E
A B C D E
3.40
3.30
3.40
13.96
0.10
1.50
0.10
1.60
1.13
2.17
0.840.10
2.15
0.87
1.60
1.60
0.103.40
0.94
2.15
3.20
3.40
3.09
0.750.12
0.87
1.35
1.60
3.01 4.53 0.98 0.65 3.60
1.50
4.79
4.53
3.43
0.11
1.071.33
1.38
2.34
1.34
1.43
1.42
1.42
1.43
S.H.
1.74
1.87 1.32
0.50
1.49
1.23
0.50 1.67 1.33
3.20
0.55
1.32
1.87
1.08
2.40
0.746.29
4.83
0.10
1.87
3.30
1.23
1.97
0.80
0.10
0.41
3.20
0.10
3.40
0.10
0.10
1.44
1.42
1.25
1.62
0.60
0.88
0.60
1.47
3.40
3.20
3.40
3.09
13.09
2.900.280.10 1.33 0.123.410.080.103.38
3.58 1.56
1.39
3.54
1.39 3.56 3.41 3.28 1.4513.09
1.59
A A
B B
C
C
Planta Alta ESC. 1-50
DISPENSARIO MÉDICO
1.15
1.90
1.961.96
0.44
0.330.87
0.41
2.68
GENERADOR
2.40
3.40
REGULADOR3.40
3.12
HABITACIÓN PARARESIDENTE
2.46
Planta Piso 2ESC. 1-50
2
3
4
2
3
4
Losa para Máquinas
2.30
0.101.00
0.10
1.46
3.00
0.10
0.10
2.40
3.09
0.20
0.65
0.35
2.00
0.20
3.20
2.40
0.22
12.31
0.10 0.103.403.60
0.10
1.46
3.09
12.31
1.00
0.10
2.30
0.10
3.00
1.004.60
2.09
0.80
0.51
1.25
1.00
0.95
0.22
2.402.62
3.40
D E
0.100.070.11
7.46
1.67
A A
B B
D E
2.50
2.50
D
D
C
C
D
D
1.60
1.50
0.79
1.24
0.10
0.10
0.10
0.10
1.50
1.50
0.59
0.10 0.101.802.00 1.26
1.80
1.50
1.80
1.50
3.86
1.69
1.33
1.33
5
1.53
5
1.53
0.70
5.70 6.
40
0.55
0.75
5.706.
45
3.20
3.20
2.70
Reg. Prof. 1028-15-1434536Arq. Jaime Dávila Castro
1-50
FACHADASProvincia del Guayasla 25 y la CH
PROYECTO ARQUITECTÓNICO
DISPENSARIO MÉDICO
Fachada LateralESC. 1-50
2.00
0.70
2.70
0.55
4.80
0.100.10
0.40
9.10
4.90
0.40
0.400.40
4.90
2.00
0.20
2.001.80
0.20
2.20
0.14
0.23
2.43
2.70
2.70
9.10
3.13
5.70
0.70
5.70
0.60
7.00
2.00
1.20
2.00
Fachada PrincipalESC. 1-50
3.20
3.20
2.57
2.43
0.14
3.88
0.05
0.05
Reg. Prof. 1028-15-1434536Arq. Jaime Dávila Castro
1-50
CORTESProvincia del Guayasla 25 y la CH
PROYECTO ARQUITECTÓNICO
DISPENSARIO MÉDICO
Sala de Espera
Habitación de Residente
0.90
1.60
2.50
2.00
0.47
2.00
0.50
2.50
0.55
2.70
0.70
1.00
1.00
0.28
2.00
2.00
0.50
2.50
0.98
2.50
2.20 2.70
0.55
Laboratorio
Consultorio S.H.
2.50
0.55
A B C D E
3.00 3.20
0.20
2.50
2.15
0.75
0.50
3.20
0.05
2.65
9.10
3.00
6.45
0.20
3.25
2.70
3.05
0.20
Consultorio
Corte A-A'ESC. 1-50
2.70
9.15
Sala de Espera
Cuarto de Regulador
2.00
2.00
0.50
2.50
0.55
2.36
2.20 2.70
S.H.
2.50
0.55
2.00
0.50
0.50
2.50
2.00
0.50
S.H.
Consultorio 5 2.50
2.50
0.55
A B C D E
2.70
0.34
3.05
2.20
0.50
3.00
6.45
0.20
3.25
2.70
3.00 3.20
0.20
2.50
2.15
0.75
0.50
3.20
0.05
2.65
9.10
Corte B-B'ESC. 1-50
2.70
9.15
VS CG
11
0
80
80
11
0
VP O
20
0
150
4
4
10
0 3
11
0
4L80X4mm.
PT 140X40X4mm.
LOSA TIPO DECK EXISTENTE
PLACA LLEGADA DE VIGA MET.
c/500mm.1
10
LOSA TIPO DECK EXISTENTE
COLUMNA DE H. A. EXISTENTE
VARILLAS PASANTES DE CONFINAMIENTODE ENCAMISADO2
890
50
0
1 PISO ALTON=3200
2 PISO ALTON=6200
4 Ø 12 mm
Est. Ø 8 mm
L 80X80X4MMDIBUJANTE
HUGO CEDEÑO MEJIA
1-50
CORTESProvincia del Guayasla 25 y la CH
PROYECTO ARQUITECTÓNICO
220
22
0 estribo 1 Ø 8 mm
PILARES
1 C-D-E
NIVELES
SEGUNDO
2 C-D-E3 C-D-E4 C-D-E5 C-D-E
DETALLE DE COLUMNA REFORZADA CONANGULARES Y PRESILLAS METALICAS
VIGA METALICA PRINCIPAL
VIGA METALICA SECUNDARIA
COLUMNAS A REFORZAR
22
8
228
Quito: Av. Whymper E7-37 y Alpallana, edificio Delfos, teléfonos (593-2) 2505660/ 1; y en la Av. 9 de octubre 624 y Carrión, Edificio Prometeo, teléfonos 2569898/ 9. Fax: (593 2) 2509054
REPOSITARIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA E REGISTRO DE TESIS
TITULO Y SUBTITULO: “ANALISIS DE LA ESTRUCTURA DEFICIENTE DEL CENTRO MEDICO “VIRGEN DEL CISNE” Y ESTUDIO DE REFORZAMIENTO CON ELEMENTOS METALICOS”
AUTOR: Hugo Alexander Cedeño Mejía
REVISOR: Ing. John Galarza Rodrigo, M.Sc
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil FACULTAD: De Ciencias Matemáticas y físicas
CARRERA: Ingeniería Civil
FECHA DE PUBLICACIÓN: 2018 N. DE PAGS: 80
ÁREAS TEMÁTICAS: ESTRUCTURAS REALIZAR UN ANALISIS ESTRUCTURAL DEL CENTRO MEDICO VIRGEN DEL CISNE Y ESTABLECER UN ESTUDIO PARA PROPONER UN TIPO DE REFORZAMIENTO CON ELEMENTOS METALICOS
PALABRAS CLAVE: REALIZAR-ANALISIS-ESTRUCTURAL-CENTRO-MEDICO-VIRGEN-CISNE-ESTABLECER-ESTUDIO-PARA-REFORZAMIENTO-ELEMENTOS-METALICOS
RESUMEN: La presente investigación consiste en analizar la estructura del dispensario médico “Virgen del Cisne” ubicado en la ciudad de Guayaquil. Este proyecto comprende de varias etapas que inicia con la recopilación de información de la estructura de tipo documental y técnica. La estructura en estudio a simple vista se puede notar que fue construida de forma anti-técnica ya que sus columnas no cumplen con lo estipulado en (NEC – SE – HM, 2015), y esto lo hace vulnerable ante un evento sísmico. Debido a estas razones se propone analizar y determinar el grado de deficiencia que posee la estructura además de proponer un reforzamiento con elementos metálicos para que la estructura resista a las nuevas solicitaciones sometidas, que sea sismo resistente y que cumpla con la (NEC - SE - DS, 2015) El análisis estructural de la edificación se la realizó mediante el uso del software ETABS, para verificar si la estructura cumple con: los periodos de vibración, derivas de pisos, deflexiones máximas permitidas en las vigas de acero, la demanda/capacidad de las columnas, etc. y de esta manera ver su deficiencia y comportamiento ante un evento sísmico. Habiendo escogido el tipo de refuerzo ideal se procede a analizar la estructura nuevamente utilizando la herramienta computacional ETABS para verificar si el reforzamiento propuesto cumple con las nuevas solicitaciones a la que estará sometida la estructura, además de cumplir con lo impuesto por la (NEC - SE - DS, 2015) ya que de esta manera podemos decir que la estructura es sismo resistente y así garantizar el buen funcionamiento de la estructura y su buen desempeño ante un evento sísmico y poder salvaguardar las vidas de las personas que visitan el dispensario médico “Virgen del Cisne”.
N. DE REGISTRO (en base de datos): N. DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL (tesis en la web):
ADJUNTO PDF: SI NO
CONTACTO CON AUTOR: Teléfono: 0969570002 0998093824
E-mail: [email protected]
CONTACTO EN LA INSTITUCION: Nombre: FACULTAD DE CIENCIA MATEMATICAS Y FISICAS
Teléfono: 2-283348
E-mail:
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