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i

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

“EVALUACIÓN DE LA VULNERABILIDAD SÍSMICA DEL EDIFICIO

DE LA FACULTAD DE ECONOMÍA BLOQUE B, DE LA UNIVERSIDAD

CENTRAL DEL ECUADOR, UTILIZANDO LA NORMA ECUATORIANA

DE LA CONSTRUCCIÓN (NEC-SE-RE, 2015).”

TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO

DE INGENIERA CIVIL

AUTORA:

RUALES ANDRADE ANDREA ESTEFANÍA

TUTOR:

ING. DIEGO ALFONSO ANDRADE STACEY.

Quito-15 de Septiembre

2016

ii

DEDICATORIA

A mis padres Arturo y

Myriam, a mis hermanos

Mary y Ronald y sobrina

Isabella, por ser fuerza,

guía y apoyo para

culminar esta meta.

iii

AGRADECIMIENTO

A Dios, por darme la salud y fortaleza para llegar a culminar una meta en mi

formación profesional. A mis padres Arturo y Myriam por ser la base

fundamental de cada logro en mi vida, por enseñarme a ser fuerte y capaz de

culminar todo lo que me proponga.

A mi hermana Mary por ser mi mejor amiga y consejera y regalarme uno de mis

mayores tesoros Isabella. A mi hermano Ronald por sus ocurrencias y tantos

momentos de apoyo.

A mis familiares y amigos que me alentaron a seguir y no desmayar a pesar de los

duros momentos que se presentaron a lo largo de este proceso.

Gracias por su granito de arena en la realización de este sueño.

iv

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL

Yo, Andrea Estefanía Ruales Andrade , en calidad de autora del Trabajo de

Investigación realizada sobre: “Evaluación de la vulnerabilidad sísmica del

edificio de la Facultad de Economía Bloque B, de la Universidad Central del

Ecuador, utilizando la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC-SE-RE,

2015)”, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL

ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de

los que contiene esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.

Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en

los artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y

su Reglamento.

Quito, 15 de septiembre de 2016

Andrea Estefanía Ruales Andrade

CI: 100343303-2

Telf: 0999950818

E-mail: [email protected]

mailto:[email protected]

v

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR

vi

APROBACIÓN DEL JURADO O TRIBUNAL

vii

NOTAS

viii

CONTENIDO

DEDICATORIA ii

AGRADECIMIENTO iii

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL iv

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR v

APROBACIÓN DEL JURADO O TRIBUNAL vi

NOTAS vii

CONTENIDO viii

LISTA DE TABLAS xii

LISTA DE FIGURAS xv

RESUMEN xix

ABSTRACT xx

CAPÍTULO I – GENERALIDADES 1

1.1.Antecedentes. 1

1.2.Objetivos. 1

1.2.1. Objetivo general. 1

1.2.2. Objetivos específicos. 1

1.3.Alcance. 2

1.4. Justificación. 2

CAPÍTULO 2 - FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 4

2.1.Definiciones. 4

2.2.Peligro sísmico del Ecuador. 6

2.2.1. Bases del diseño. 7

2.2.2. Zonificación Sísmica y Factor de zona Z. 8

2.2.2.1. Mapa de zonificación sísmica para diseño. 9

2.2.3. Perfil del Suelo. 10

2.2.3.1.Microzonificación Sísmica. 10

2.2.3.2.Tipo de perfiles de suelos para el diseño sísmico. 11

ix

2.2.3.3.Coeficientes de perfil de suelo Fa, Fd y Fs. 13

2.2.3.4.Componentes horizontales de la carga sísmica: Espectros Elásticos de

Diseño. 15

2.3.Metodología del Diseño sismoresistente. 20

2.3.1. Categoría de edificio y coeficiente de importancia. 20

2.3.2. Filosofía del diseño sismoresistente. 21

2.3.3. Límites permisibles de las derivas de piso. 23

2.3.4. Factores importantes en estructuras. 23

2.3.5. Fuerzas de diseño mínimas y efectos relacionados. 29

2.3.5.1.Cortante basal de diseño. 30

2.4.Evaluación del Riesgo sísmico en Edificios. 34

2.4.1. Generalidades 34

2.4.2. Incertidumbre en la Evaluación 35

2.4.3. Inspección y evaluación visual rápida de las estructuras FEMA 154. 35

2.5.Evaluación de la estabilidad del Sitio (SS). 36

2.5.1. Nivel SS1 de investigación. 37

2.5.2. Cargas y Combinaciones de Cargas. 38

2.5.3. Levantamiento Estructural e información existente. 38

2.6.Modelación estructural y criterios de aceptación. 39

2.6.1. Análisis Estático Lineal. 40

2.6.2. Análisis Dinámico Lineal. 41

CAPÍTULO III.- EVALUACIÓN DE LA VULNERABILIDAD SISMICA DEL

EDIFICIO DE LA FACULTAD DE ECONOMÍA BLOQUE B UBICADO EN

LA CIUDADELA UNIVERSITARIA. 42

3.1.Antecedentes del Edificio de la Facultad de Economía Bloque B, ubicado en

la ciudadela universitaria.

42

3.1.1. Mapa de la Universidad Central del Ecuador 44

3.1.2. Visita Preliminar 44

3.1.3. Croquis y ubicación de la Institución. 46

x

3.1.4. Áreas Totales de la Edificación 46

3.2.Desarrollo de los Niveles de Investigación. 49

3.2.1. Nivel de Investigación BS1. 49

3.2.1.1.Aplicación del Formato de Evaluación FEMA 154. 56

3.2.2. Nivel de Investigación SS1. 60

3.3.Descripción Técnica del Edificio de la Facultad de Economía Bloque B,

ubicado en la ciudadela universitaria. 64

3.3.1. Levantamiento Estructural de la edificación. 64

3.3.1.1.Elementos estructurales principales. 69

3.4.Identificación de Patologías en la estructura. 74

CAPÍTULO IV.- ANÁLISIS DINÁMICO LINEAL DEL EDIFICIO DE LA

FACULTAD DE ECONOMÍA BLOQUE B DE UNIVERSIDAD CENTRAL

DEL ECUADOR, USANDO EL PROGRAMA COMPUTACIONAL SAP2000

15.1.0. 76

4.1.Normativa Utilizada. 76

4.2.Descripción. 76

4.3.Cargas Consideradas. 77

4.3.1. Carga Viva. 77

4.3.2. Carga Muerta por Peso Propio de la Estructura. 78

4.3.3. Carga Muerta Permanente. 78

4.3.4. Carga Sísmica. 80

4.3.5. Carga por empuje de suelo. 80

4.4.Combinación de Cargas. 80

4.5.Espectro de Diseño ( NEC 15) 81

4.6.Periodo de Vibración. 82

4.7.Cálculo del Cortante Basal. 85

4.8.Modelación de la estructura en SAP2000 v15.1.0 86

4.9.Análisis de Resultados. 102

4.9.1. Modos de Vibración. 104

4.9.2. Chequeo de Derivas de Piso. 112

4.9.3. Chequeo de deflexiones. 116

xi

4.10. Chequeo de los principales Elementos Estructurales. 127

4.11. Alternativas de reforzamiento. 139

4.11.1. Alternativa 1: Aumento de la sección de hormigón en las columnas. 140

4.11.2. Alternativa 2: Paredes Enchapadas 141

4.11.3. Alternativa 3: Reforzamiento con Fibras de Carbono. 142

4.11.4. Aplicación de una posible alternativa de reforzamiento 145

5. CAPÍTULO V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 149

5.1.1. Conclusiones 149

5.1.2. Recomendaciones. 150

BIBLIOGRAFÍA 152

ANEXOS 153

ANEXO 1 FEMA 154 BLOQUE PRINCIPAL (BLOQUE B) 153

ANEXO 2 FEMA 154 BLOQUE PASILLO. 154

ANEXO FOTOGRÁFICO 155

ANEXO RESUMEN ESTRUCTURAL 160

ANEXO PLANOS ESTRUCTURALES DE LA EDIFICACIÓN. 163

xii

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Valores del facto Z en función de la zona sísmica 10

Tabla 2 Clasificación de los perfiles de suelo 12

Tabla 3 Tipo de suelo y Factores de sitio Fa 13

Tabla 4 Tipo de suelo y Factores de sitio Fd 14

Tabla 5 Tipo de suelo y Factores de comportamiento inelástico del subsuelo

Fs. 14

Tabla 6 Valores para η con respecto a las regiones del Ecuador 18

Tabla 7 Tipo de uso, destino e importancia de la estructura 21

Tabla 8 Objetivos de la Filosofía del Diseño sismo resistente 22

Tabla 9 Valores de ΔM máximos, expresados como fracción de la altura de piso.

23

Tabla 10 Configuraciones Estructurales Recomendables 24

Tabla 11 Configuraciones Estructurales No Recomendables 25

Tabla 12 Coeficientes de irregularidad en planta 26

Tabla 13 Coeficientes de irregularidad en elevación 28

Tabla 14 Coeficiente Ct y ∝ dependiendo del tipo de estructura 31

Tabla 15 Coeficiente R para sistemas estructurales dúctiles 33

Tabla 16 Coeficiente R para sistemas estructurales de ductilidad limitada. 30

Tabla 17 Identificación del Edificio de la Facultad de Economía. 42

Tabla 18 Distribución del Edificio de la Facultad de Economía. 47

Tabla 19 Identificación del pasillo que une el Bloque B con el C. 48

Tabla 20 Dimensiones de la Losa Tipo del Bloque B. 50

Tabla 21 Dimensiones de la Losa Tipo del Pasillo, ubicada en el Bloque B. 51

xiii

Tabla 22 Dimensiones de los tipos de columnas de la edificación 51

Tabla 23 Dimensiones de Vigas Peraltadas de la edificación (Bloque B) 54

Tabla 24 Dimensiones de Vigas Peraltadas de la edificación (Bloque Pasillo)

55

Tabla 25 Resumen de coeficientes tomados de la NEC-15 62

Tabla 26 Descripción de la Estructura Principal Bloque B, del Edificio de la

Facultad de Economía de la Universidad Central del Ecuador 77

Tabla 27 Cargas Vivas para Unidades Educativas 78

Tabla 28 Cargas Muerta Permanente del Edificio de Economía Bloque B 79

Tabla 29 Cargas Muerta Permanente del Edificio de Economía Bloque Pasillo 80

Tabla 30 Valores para la determinación del Espectro de Diseño de la estructura y

sus respectivos periodos 82

Tabla 31 Calculo del periodo de vibración Ta 83

Tabla 32 Cálculo del Cortante Basal 85

Tabla 33 Periodos y Frecuencias de la Estructura principal Bloque B y Bloque

pasillo de la Facultad de Economía de la Universidad Central del Ecuador.

106

Tabla 34 Participación Modal de las Masas en los modos de Vibración de la

estructura principal Bloque B de la Facultad de Economía 107


estructura Bloque Pasillo de la Facultad de Economía 108

Tabla 36 Peso de la Estructura principal Bloque B, y bloque Pasillo de la

Facultad de Economía de la Universidad Central del Ecuador. 110

Tabla 37 Calculo teórico del Cortante Basal 111

Tabla 38 Calculo del Cortante Basal con el programa SAP2000 112

Tabla 49 Resumen de derivas de piso del Bloque B 117

xiv

Tabla 40 Resumen de derivas de piso del Bloque de Pasillo 118

Tabla 41 Resumen del chequeo de deflexiones estructura principal

(Bloque B) 126

Tabla 42 Resumen del chequeo de deflexiones Bloque de Pasillo. 127

Tabla 43 Separación entre estribos de las vigas del bloque Principal

(Bloque B) 129

Tabla 44 Separación entre estribos de las vigas del Bloque de pasillo 129

Tabla 45 Chequeo de la separación de estribos en las columnas del Bloque

principal (Bloque B) 132

Tabla 46 Chequeo de la separación de estribos en las columnas del Bloque de

pasillo. 133

Tabla 47 Chequeo de refuerzo de confinamiento 134

Tabla 48 Columnas que fallan en la estructura principal Bloque B 137

Tabla 49 Columnas que fallan en la estructura principal Bloque de Pasillo 139

Tabla 50 Resumen de las alternativas nombradas 144

Tabla 51 Periodos de vibración de la edificación colocada el reforzamiento 147

Tabla 52 Derivas de piso del Bloque principal Bloque B colocado el

reforzamiento 148

xv

LISTA DE FIGURAS

CAPITULO 2

Figura 1 Mapa de Zonificación del Ecuador 9

Figura 2 Espectro de respuesta elástico de aceleraciones que representa el sismo

de diseño 16

CAPITULO 3

Figura 3 Edificación antes de la remodelación 43

Figura 4 Edificación después de la remodelación. 43

Figura 5 Ubicación de la Universidad Central del Ecuador 44

Figura 6 Ubicación de la Facultad de Economía, en la Ciudadela Universitaria 46

Figura 7 Fachada Norte del Edificio de Economía Bloque B y Pasillo 57

Figura 8 Fachada Sur del Edificio de Economía Bloque B 58

Figura 9 Irregularidades en elevación (Instructivo del Formato FEMA 154) 58

Figura 10 Irregularidades en elevación (Instructivo del Formato FEMA 154) 59

Figura 11 Modelo de una columna generalizada de suelo de Quito 61

Figura 12 Zonificación de Suelos de Quito 63

Figura 13 Medidas de la columna de 70x70 del bloque B 65

Figura 14 Medidas de la columna de 60x60 del bloque B 65

Figura 15 Medidas de la columna de 30x60 del bloque del pasillo 65

Figura 16 Configuración de alivianamiento en las losas del Bloque B 67

Figura 17 Medidas de la Viga Este- Oeste Bloque B 68

Figura 18 Medidas de la Viga Norte- Sur Bloque B 69

Figura 19 Detalle de los tipos de Columnas de la estructura principal 70

Figura 20 Sección de Viga tipo sentido Norte-Sur y Este-Oeste 71

xvi

Figura 21 Corte típico de la losas del Bloque B 72

Figura 22 Detalle de los tipos de Columnas de la estructura II (Bloque pasillo)73

Figura 23 Sección de Viga tipo sentido Norte-Sur y Este-Oeste 73

Figura 24 Corte típico de la losas del Bloque Pasillo 74

CAPITULO 4

Figura 25 Espectro de aceleraciones Elástico e Inelástico usados para el bloque y

Bloque de Pasillo de acuerdo a la NEC-15 84

Figura 26 Espectro de aceleraciones Elástico e Inelástico usados para el Bloque

B y Bloque de Pasillo de acuerdo al Estudio de Microzonificación Sísmica de

Quito. 84

Figura 27 Elaboración del modelo de la estructura en el programa AutoCAD vista

frontal y posterior del Edificio de Economía Bloque B 87

Figura 28 Creación de un New model para la modelación de la estructura 87

Figura 29 Definición del material 88

Figura 30 Definición de Secciones para los elementos (vigas, columnas y

nervios). 89

Figura 31 Definición de material, sección y características del elemento

estructural. 90

Figura 32 Definición de Secciones para la loseta, la losa de grada y el muro 91

Figura 33 Definición de características para los elementos Área 92

Figura 34 Importación de los Elementos Frame y Shell del Edificio de

Economía Bloque B en el programa SAP2000 82

Figura 35 Vista de todos los Elementos Edificio de Economía Bloque B en el

programa SAP2000 v15.1.0 93

Figura 36 Generación de cargas en el modelo matemático 94

Figura 37 Menú para la definición de un espectro de diseño 94

xvii

Figura 38 Espectro de diseño para el modelo matemático 95

Figura 39 Menú para definir los casos de carga 96

Figura 40 Menú para definir Combos para el análisis 97

Figura 41 Menú para definir los valores de las combinaciones de carga 98

Figura 42 Selección de elementos al cual se asignara las respectivas cargas

99

Figura 43 Asignar Cargas a los elementos 99

Figura 44 Menú Mass Source para asignación de pesos a los elementos

estructurales. 100

Figura 45 Análisis estructural 101

Figura 46 Menú para que el programa empiece a correr el programa 101

Figura 47 Ventana que indica la finalización del análisis estructural 102

Figura 48 Modelo matemático de la estructura principal Bloque B de la Facultad

de Ciencias Económicas de la Universidad Central del Ecuador 103

Figura 49 Modelo matemático del Bloque de Pasillo de la Facultad de Ciencias

Económicas de la Universidad Central del Ecuador 104

Figura 50 Primer Modo de Vibración de la Estructura Principal Bloque B de la


Figura 51 Primer Modo de Vibración de la Estructura Bloque Pasillo de la


Figura 52 Pórtico analizado del Bloque principal (Bloque B) 112

Figura 53 Pórtico analizado del Bloque pasillo 113

Figura 54 Deflexiones de la Estructura Principal Bloque B de la Facultad de

Economía de la Universidad Central del Ecuador 117

Figura 55 Deflexiones por Carga Muerta, en el punto crítico en el volado en el

nivel N+6.94 118

xviii

Figura 56 Deflexiones por Carga Viva, en el punto crítico en el volado en el

nivel N +6.94 118

Figura 57 Deflexiones por Carga Muerta para Viga en el sentido Norte- Sur, nivel

N+6.94, para el bloque B. 121

Figura 58 Deflexiones por Carga Viva para Viga en el sentido Norte- Sur, nivel

N+6.94, para el bloque B 121

Figura 59 Deflexiones por Carga Muerta para Viga en el sentido Este Oeste nivel

N+11.40, para el Bloque de Pasillo. 124

Figura 60 Deflexiones por Carga Viva para Viga en el sentido Este- Oeste nivel

N+11.40, para el Bloque de Pasillo. 124

Figura 61 Características de los elementos sometidos a flexión 127

Figura 62 Separación entre estribos 128

Figura 63 Separación de estribos en elementos sometidos a flexo-compresión 131

Figura 64 Elementos que fallan en la estructura principal Bloque B 135

Figura 65 Principales elementos que fallan en la estructura principal Bloque B,

vista de los pórticos 136

Figura 66 Elementos que fallan en la estructura Bloque de Pasillo 138

Figura 67 Principales elementos que fallan en la estructura principal Bloque de

Pasillo, vista de los pórticos 139

Figura 68 Sección típica del aumento de hormigón en una columna 140

Figura 69 Elementos estructurales en los que se puede aplicar las fibras de

carbono 144

Figura 70 Ubicación de las zonas donde se ubica el muro para la modelación en

la edificación 146

Figura 71 Modelación de la alternativa de reforzamiento de paredes enchapadas

del Bloque Principal Bloque B 146

xix

RESUMEN

“EVALUACIÓN DE LA VULNERABILIDAD SÍSMICA DEL EDIFICIO

DE LA FACULTAD DE ECONOMÍA BLOQUE B, DE LA UNIVERSIDAD

CENTRAL DEL ECUADOR, UTILIZANDO LA NORMA ECUATORIANA

DE LA CONSTRUCCIÓN (NEC-SE-RE, 2015)”

Autor: Andrea Estefanía Ruales Andrade.

Tutor: Ing. Diego Alfonso Andrade Stacey.

El presente trabajo de titulación consiste en realizar la Evaluación de la

Vulnerabilidad Sísmica del Edificio de la Facultad de Economía (Bloque B), de la

Universidad Central del Ecuador en función a los requerimientos de la Norma

Ecuatoriana de la Construcción (NEC-SE-RE, 2015), la selección de la

edificación se fundamentó en el uso que se le da a la misma ya que es de gran

concurrencia y por ser un establecimiento educativo es considerada una estructura

especial, es así como se considera de gran importancia evaluar el comportamiento

de la edificación al estar expuesta a un evento extremo. De acuerdo a la normativa

para la Evaluación de la Vulnerabilidad Sísmica se realizó primeramente una

inspección Visual de la edificación usando la adaptación del formato FEMA

según el Distrito Metropolitano de Quito para posteriormente realizar los niveles

de investigación BS1 sobre Evaluación de la Estabilidad y Desempeño Símico y

SS1 Evaluación de la Estabilidad de Sitio, con el objeto de identificar y describir

los elementos que conforman la estructura de acuerdo a los indicadores de riesgo

sísmico, así como los posibles problemas que el sitio de ubicación podrían generar

y de esta manera determinar si la estructura requiere una evaluación más

específica, de acuerdo a esto se realizó la modelación de la estructura usando el

programa computacional SAP2000 15.1.0, lo que permitió la identificación de las

falencias que poseen los elementos estructurales, concluyendo que la estructura

posee vulnerabilidad ante un evento extremo de una magnitud elevada.

PALABRAS CLAVES: VULNERABILIDAD SÍSMICA/ EVALUACIÓN

RÁPIDA DE ESTRUCTURAS/ ESTRUCTURAS DE OCUPACIÓN

ESPECIAL/ USO DE LA NEC-SE-RE/ EDIFICIO DE ECONOMÍA UCE/

MODELADO DE ESTRUCTURAS EN SAP 2000.

xx

ABSTRACT

"SEISMIC VULNERABILITY ASSESSMENT OF ECONOMICS

FACULTY BUILDING, BLOCK B AT UNIVERSIDAD CENTRAL DEL

ECUADOR, USING THE ECUATORIAN STANDARD CONSTRUCTION

(NEC-SE-RE, 2015)"

Author: Andrea Estefania Andrade Ruales.

Tutor: Ing. Diego Alfonso Andrade Stacey.

This degree work is to perform the seismic vulnerability of Economics Faculty

building, block B at according to the requirements of the Ecuadorian Standard

Construction (NEC-SE-RE , 2015), the selection of the building is based on the

use that is given to it because it is large turnout and for being an educational

institution is considered a special structure, so as great importance to assess the

building behavior to it is exposed an extreme event. According to the rules for the

Evaluation of Seismic Vulnerability it was first conducted a visual inspection of

the building using the adaptation of FEMA format according to the Distrito

Metropolitano de Quito, later to make research levels BS1 on Stability

Assessment and Simian Performance and SS1 Stability Assessment Site, in order

to identify and describe the elements of the structure according to indicators of

seismic risk and the possible problems that could generate site location and this

way determine whether the structure requires a more specific evaluation, as well

as the possible problems that the site location could generate and this way

determine whether the structure requires a more specific assessment, according to

this modeling the structure using the computer program SAP2000 15.1.0 was

performed, which allowed the identification of shortcomings that have structural

elements,concluding that the structure has vulnerability to an extreme event of a

high magnitude.

KEYWORDS: SEISMIC VULNERABILITY / STRUCTURES QUICK

ASSESSMENT / SPECIAL OCCUPATION STRUCTURES / USE NEC-SE-RE/

ECONIMICS BUILDING UCE / STRUCTURE MODELING IN SAP 2000.

1

CAPÍTULO I – GENERALIDADES

1.5.Antecedentes.

Una estructura a lo largo de su vida útil, podría estar sometida a uno o varios

eventos extremos, por esta razón y de acuerdo a las solicitaciones actuales en la

Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-15 en vigencia, exige que las

edificaciones sean sismoresistentes, debido a que el Ecuador se encuentra en una

zona con alta peligrosidad sísmica.

Así mismo para las estructuras existentes es de gran importancia que se realice

una evaluación de la vulnerabilidad sísmica, determinando parámetros que podría

presentar la estructura ante la presencia de uno o varios sismos.

1.6.Objetivos.

1.6.1. Objetivo general.

Evaluar la vulnerabilidad sísmica del edificio de la Facultad de Economía Bloque

B, utilizando la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC SE-RE, 2015).

1.6.2. Objetivos específicos.

Ejecutar inspección y evaluación Visual del edificio de la Facultad de

Economía Boque B, usando la adaptación del formato FEMA según el

Distrito Metropolitano de Quito.

Realizar los niveles de investigación sobre Evaluación de la Estabilidad y

Desempeño Símico BS1 y Evaluación de la Estabilidad de Sitio SS1 de

acuerdo a las exigencias de la Norma Ecuatoriana de la Construcción

(NEC SE-RE, 2015).

Elaborar el modelo matemático, usando el programa computacional

SAP2000 15.1.0, del edificio de la Facultad de Economía Bloque B, para

2

de esta manera comprobar el comportamiento de la estructura, ante la

presencia de uno o varios eventos sísmicos.

Realizar un análisis lineal del edificio de la Facultad de Economía Bloque

B, mediante el modelo matemático que se realizara en el programa

computacional SAP2000 15.1.0.

1.7.Alcance.

El alcance del proyecto de investigación, será realizar la inspección visual y visita

preliminar al edificio de la Facultad de Economía, Bloque B, previa a la obtención

de información necesaria, como son planos arquitectónicos y estructurales.

Posteriormente se realizará la modelación de la estructura mediante el uso de un

programa computacional, de esta manera se generaran resultados que con criterio

serán evaluados mediante el análisis dinámico lineal.

Finalmente se ejecutará la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de la

edificación en estudio, utilizando la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC-

SE-RE, 2015) en función de la información obtenida en planos y levantamiento

estructural.

1.8.Justificación.

La Universidad Central al ser la más antigua y grande Universidad del país, posee

un gran número de estudiantes, con 37416 estudiantes matriculados en las

distintas carreras*, la Facultad de Ciencias Económicas donde se encuentra el

edificio en estudio cuenta con 2498*1 estudiantes matriculados en el periodo

2015-2016, quienes hacen uso de la edificación a diario, por lo que es de vital

importancia la realización de un estudio de vulnerabilidad sísmica, y de esta

manera establecer si la edificación cumple con todos los requisitos dispuestos por

la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC-SE-RE,2015) en lo que respecta a

un diseño sismo resistente y a su vez no sea capaz de prevenir posibles riesgos

para sus ocupantes ante la presencia de un evento extremo.

* (UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, 2016)

3

El ingeniero civil debe estar en capacidad de proporcionar información al realizar

una evaluación del riesgo sísmico de una edificación, tomando en cuenta todos los

parámetros que exige la Norma Ecuatoriana de Construcción.

4

CAPÍTULO 2 - FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

2.1.Definiciones.

La terminología y sus respectivas definiciones forman parte del contenido de la

Norma Ecuatoriana de la Construcción en sus capítulos: (NEC-SE-DS, 2015) y

(NEC-SE-RE, 2015)

Componentes no estructurales.- Son aquellos componentes de la edificación que

no forman parte del sistema estructural que resiste cargas verticales y laterales y

que no es considerado como contenido del edificio.

Contenido del edificio.- Instalaciones que contiene el edificio que no han sido

definidas como sistemas estructurales del edificio.

Cortante basal de diseño.- Se le conoce a la fuerza total de diseño por cargas

laterales, aplicada en la base de la estructura, es el resultado de la acción del sismo

de diseño con o sin reducción.

Deficiencia.- Defecto visible en la edificación o falta de mantenimiento

significativo del edificio en sus componentes o equipos.

Desastre.- Es una calamidad o siniestro que en el momento de ocurrencia, supera

la capacidad de atención social de los recursos como son: humanos y

tecnológicos, que disponen las autoridades de la región afectada.

Documentos originales de construcción.- son aquellos documentos que se usan

en la fase de construcción inicial y cualquier modificación subsecuente en la

edificación que es objeto de la evaluación de riesgo sísmico.

Estabilidad del Edificio y Desempeño Sísmico (Building Stability: BS).-

Evaluación del desempeño sísmico y de la estabilidad del edificio.

5

Índice de daño.- Es la relación que existe entre el costo del daño o su reparación,

dividido para el costo de reposición respectivo.

Otros peligros sísmicos.- Se pueden mencionar, pero no se limitan a: licuación de

suelos, deformaciones del terreno incluyendo rupturas, deslizamientos,

asentamientos diferenciales, deslizamientos, etc.; y, peligros fuera del sitio del

terremoto en los que se incluye: inundaciones debido a falla en algún dique o

represa, tsunamis o seiches.

Peritaje Estructural.- Es la evaluación de la condición de una propiedad con el

propósito de identificar las características o condiciones de la propiedad,

incluyendo potenciales condiciones peligrosas, que pueden servir para la

determinación de la conveniencia de la propiedad para la realización transacciones

inmobiliarias o financieras.

Riesgo.- Es la posibilidad de sufrir daño debido a un peligro. Un peligro es una

sustancia o acción que puede causar daño, enfermedad, pérdida económica y/o

daño ambiental.

Sistema resistente a cargas laterales.- Son los elementos del sistema estructural

que pueden resistir la acción sísmica. Esto incluye respuesta horizontal, vertical y

torsional de elementos y sistemas.

Visita al sitio.- Es el reconocimiento visual del sitio y la propiedad física por

parte de un profesional calificado para recolectar información con propósitos de

preparar la evaluación del riesgo sísmico.

Vulnerabilidad sísmica.- En una estructura se considera al conjunto de

parámetros que permiten predecir el tipo de daño estructural, la capacidad

resistente y el modo de falla de una edificación ante la ocurrencia de un evento

sísmico y se encuentra íntimamente relacionado con las características tanto

físicas y estructurales de diseño.

6

Cuyo objetivo es reducir la vulnerabilidad sísmica teniendo en cuento a los costos

y los criterios de la ingeniería estructural.

2.2. Peligro sísmico del Ecuador.

El Ecuador se encuentra situado en la región denominada Cinturón de Fuego del

Pacífico, zona conocida por ser sísmicamente activa, y corresponde a los

márgenes de Océano Pacifico, en el caso del territorio Ecuatoriano la actividad

sísmica es alta debido a la convergencia de las placas del lecho marino y fricción

que presentan, lo que hace que se almacene tensión que debe ser liberada.

También se conoce que la principal fuente de generación de sismos tectónicos en

el país es el hecho de la subducción de la Placa de Nazca dentro de la Placa

Sudamericana.

A través de la historia el Ecuador ha soportado diferentes eventos sísmicos,

debido a esto es fácil determinar que el nivel de sismicidad en el país es

relativamente alto donde se han presentado sismos con magnitudes superiores a

7.0 en la escala de Richter y muchos de ellos se producen en las placas

superficiales, causando fuertes daños en las estructuras mostrando en un gran

porcentaje deficiencia en construcción lo presenta un alto riesgo para los

ocupantes ante la presencia de un evento extremo, como es el caso del sismo

ocurrido el 16 de Abril del 2016 con magnitud de 7.8 en la escala de Richter,

ocurrido en Pedernales afectando directamente a las provincias de Manabí y

Esmeraldas en donde se evidenció la ineficiente calidad de las estructuras, por la

gran cantidad de destrucción producida por el evento sísmico.

Debido al elevado riesgo por la ubicación del Ecuador, se le ha dado un mayor

enfoque al diseño y evaluación de las estructuras para que las mismas posean

criterios sismo-resistentes, los mismos que exige la Norma Ecuatoriana de la

Construcción vigente en la que establece pautas que permitan a las estructuras

soportar eventos sísmicos inclusive más elevados que el ocurrido en Pedernales el

16 de abril, de manera que aunque las estructuras presenten daños elevados no

colapsen permitiendo que sus ocupantes puedan salvar sus vida y poder evacuar.

7

2.2.1. Bases del diseño.

Las solicitaciones sísmicas del suelo se caracterizan por parámetros como

desplazamientos, velocidades y aceleraciones de sus elementos.

Las bases de diseño se fundamentan principalmente en la filosofía de diseño que

se basa en el desempeño, de acuerdo a esto los procedimientos y requisitos que se

deben seguir se determinaran considerando los siguientes parámetros:

Factores de zona sísmica del Ecuador, valores que se obtienen mediante un

estudio de peligro sísmico, en el país tienen seis zonas sísmicas, este factor

está ligado directamente con el lugar donde está ubicada la estructura en

estudio

Las características que presenta el suelo, definiéndose mediante perfiles, que

se seleccionan en función de la tipología que presente el sitio donde está

ubicada la edificación.

El tipo de uso e importancia de la edificación, que permita incrementar la

demanda sísmica de diseño de las edificaciones, con el objeto de que de

acuerdo a las características de uso de la misma o importancia permita

permanecer operativas o disminuir daños que pueda sufrir durante y después

de estar sometida al sismo de diseño.

Para estructuras de ocupación especial como es el caso de la edificación en

estudio, además de tomar en cuenta requisitos como un diseño con una

resistencia que soporte desplazamientos laterales inducidos por el sismo de

diseño requisito que se toma en cuenta en las estructuras de uso normal, se

deben considerar el comportamiento inelástico, para los diferentes niveles de

amenaza sísmica, esto con el objeto de limitar los daños que se puedan

producir en la estructura, y de esta manera aumentar los niveles de protección

permitiendo a la edificación mantenerse ocupacional después de la ocurrencia

de un evento sísmico.

En todas las estructuras independientemente del uso, la resistencia mínima de

diseño se basará en las fuerzas sísmicas de diseño que se encuentran ya

establecidas, siendo las siguientes:

8

o Nivel de desempeño sísmico.

o Configuración estructural y tipo de sistema

o Métodos usados para el análisis

De acuerdo a esto se determina que el objeto de desempeño de la filosofía de

diseño pretende evitar la pérdida de vidas e impedir que la estructura colapse al

estar sometido a un evento extremo.

Es importante también tomar en cuenta que existen diferentes niveles de amenaza

sísmica, la NEC-15 indica los siguientes:

Frecuente (menor) con una probabilidad de excedencia 50% y un periodo

de retorno de 72 años.

Ocasional (moderado) con una probabilidad de excedencia de 20% y un

periodo de retorno de 225 años.

Raro (severo) con una probabilidad de excedencia del 10% y un periodo

de retoro de 475 años, considerando como el Sismo de Diseño.

Muy raro (extremo) con una probabilidad de excedencia del 2%,

considerado para estructuras especiales y de ocupación especial.

2.2.2. Zonificación Sísmica y Factor de zona Z.

Principalmente se debe conocer que la zonificación sísmica consiste en la división

de una región en porciones, en donde en cada una de ellas se especifiquen

comportamientos similares y constantes de diseño sísmico, de manera que

permitan establecer recomendaciones específicas para que el diseño y

construcción de edificaciones posean criterio sismo-resistente.

Es importante conocer que para aquellos sitios donde por su composición

estratigráfica y extensión presentan importantes variaciones en lo que a la

respuesta dinámica se refieren, se debe realizar una zonificación sísmica y de esta

manera poder realizar una eficiente caracterización geodinámica y así poder

obtener parámetros adecuados para el diseño.

Para realizar un diseño sismo resistente es de gran importancia tomar parámetros

como la zonificación sísmica definidos por el factor de zona Z que es un valor

9

ligado con el sitio de emplazamiento de la estructura, en el Ecuador la NEC-15

presenta seis zonas sísmicas que se expresan de acuerdo a la información que

presenta el mapa de zonificación.

2.2.2.1.Mapa de zonificación sísmica para diseño.

El Ecuador se encuentra dividido por seis zonas sísmicas, dichas zonas se

encuentran identificadas por la aceleración sísmica o grado de sismicidad, que

depende de la ubicación del sitio, en la figura 1 se puede observar el mapa de

zonificación sísmica del Ecuador, y detalladamente en la tabla 1 se observa dicha

división identificada con sus respectivos valores de Z.

El mapa se Zonificación Sísmica que presenta la NEC-15 procede del resultado de

un estudio de peligro sísmico para el sismo de diseño es decir con una

probabilidad de excedencia del 10% en 50 años y un periodo de retorno de 475

años.

Figura 1 Mapa de Zonificación del Ecuador.

Fuente: (Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-DS, 2015, pág. 27)

10

Tabla 1 Valores del facto Z en función de la zona sísmica

Zona sísmica y

factor Z

I II III IV V VI

Valor factor Z 0.15 0.25 0.3 0.35 0.4 ≥0.5

Caracterización

del peligro

sísmico

Intermedia

Alta

Alta

Alta

Alta

Muy

alta


2.2.3. Perfil del Suelo.

Otro parámetro importante a tomar en cuenta en lo que respecta a la ubicación de

la estructura es el perfil del suelo, característica que se presenta en función de las

cualidades propias del suelo, como son: color, textura y variación en las

estructuras del mismo lo que en conjunto se lo llama horizontes.

Mediante este parámetro se determina la respuesta sísmica del sitio donde se

implanta la estructura, para ello se deberá tomar en cuenta si el suelo del sitio

presenta todas las características que se especifican de acuerdo al perfil

seleccionado.

En la NEC-15 se tienen 6 tipos de perfiles siendo A, B, C, D y E los que los

parámetros corresponden a los 30m superiores, mientras que para suelos tipo F la

respuesta no se limitan los 30m, y se deberá realizar investigaciones geotécnicas

más específicas de suelo con las que se pretende conocer y modelar el

comportamiento dinámico que va a presentar.

2.2.3.1. Microzonificación Sísmica.

Es importante conocer que la microzonificación sísmica se define como la

división de un territorio urbano en microzonas geográficas, generalmente abarcan

unos pocos kilómetros y están delimitados por las zonas urbanas existentes y un

área de posible expansión, en donde se toma en cuenta los efectos del sitio y las

11

respectivas microzonas sísmicas. Con toda la información, resultados finales del

estudio la microzonificación sísmica es representada en un mapa, donde el área

estudiada se encontrará dividida en sectores que poseen diferente riesgo potencial,

conocidos como zonas de riesgo sísmico, que se deben etiquetar de acuerdo con

su peligrosidad sísmica, y se presentará en orden ascendente. Con todo lo

mencionado se pretende inferir los posibles efectos que produciría un evento

extremo en las edificaciones que se encuentran dentro la zona donde se realizó el

estudio de microzonificación.

Según la Norma Ecuatoriana de la Construcción (2015), indica que para

poblaciones superiores a 100000 habitantes, los gobiernos autónomos

descentralizados municipales deberán realizar estudios de microzonificación, a

razón de que se conozca de forma específica las demandas sísmicas que se

presentaran en la zona, ya que la NEC proporciona valores muy generales, para la

importancia que tendrían estas ciudades.

Mediante gestión municipal de la ciudad de Quito en el año 2012, se realizó la

contratación de los servicios de la empresa consultora “Evaluación de Riesgos

Naturales en América Latina” conocida por sus siglas ERN, la cual sería la

encargada de la realización de los estudios de microzonificación de la ciudad,

obteniendo así resultados más precisos y reales a comparación de los que se

encuentran en la NEC.

2.2.3.2. Tipo de perfiles de suelos para el diseño sísmico.

En el Ecuador se definen seis perfiles de suelos los mismos que se muestran en la

tabla 2.

12

Tabla 2 Clasificación de los perfiles de suelo

Tipo d

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)

F5—Suelos con contrastes de impedancia α ocurriendo dentro de

los primeros 30 m superiores del perfil de subsuelo, incluyendo

contactos entre suelos blandos y roca, con variaciones bruscas de

velocidades de ondas de corte.

F6—Rellenos colocados sin control ingenieril.


13

2.2.3.3.Coeficientes de perfil de suelo Fa, Fd y Fs.

Fa: Coeficiente de amplificación de suelo en la zona de periodo corto

Este coeficiente se encarga de la amplificación de las ordenadas del espectro de

respuesta elástica de aceleraciones para el diseño en roca, tomando en cuenta los

efectos de sitio. Los valores establecidos por dicho factor se encuentran en la tabla

3.

Tabla 3 Tipo de suelo y Factores de sitio Fa

Tipo de Perfil

del Subsuelo

Zona sísmica y factor Z

I II III IV V VI

0.15 0.25 0.30 0.35 0.40 ≥0.5

A 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

B 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

C 1.4 1.3 1.25 1.23 1.2 1.18

D 1.6 1.4 1.3 1.25 1.2 1.2

E 1.8 1.4 1.25 1.1 1.0 0.85

F Véase Tabla2: Clasificación de los perfiles de suelo y

la sección 10.5.4


Fd: Amplificación de las ordenadas del espectro elástico de respuesta

de desplazamientos para diseño en roca.

Este coeficiente amplifica las ordenadas del espectro de respuesta elástica de

desplazamiento para el diseño en roca, y toma en cuenta los efectos de sitio, los

valores se muestran en la tabla 4.

14

Tabla 4 Tipo de suelo y Factores de sitio Fd

Tipo de Perfil

del Subsuelo


I II III IV V VI

0.15 0.25 0.30 0.35 0.40 ≥0.5

A 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

B 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

C 1.36 1.8 1.19 1.15 1.11 1.06

D 1.62 1.45 1.36 1.28 1.19 1.11

E 2.1 1.75 1.7 1.65 1.6 1.5

F Véase Tabla2: Clasificación de los perfiles de suelo

y 10.6.4


Fs: Factor de comportamiento no lineal de los suelos

Considera el comportamiento no lineal de los suelos, la degradación del periodo

del sitio que depende de la intensidad y contenido de frecuencia de excitación

sísmica y los desplazamientos relativos del suelo, ara los espectros de

aceleraciones y desplazamiento, estos valores se encuentran establecidos en la

tabla 5

Tabla 5 Tipo de suelo y Factores de comportamiento inelástico del subsuelo Fs.

Tipo de Perfil

del Subsuelo


I II III IV V VI

0.15 0.25 0.30 0.35 0.40 ≥0.5

A 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

B 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

C 0.85 0.94 1.02 1.06 1.11 1.23

D 1.02 1.06 1.11 1.19 1.28 1.4

E 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2

F Véase Tabla2: Clasificación de los perfiles de

suelo y 10.6.4


15

2.2.3.4. Componentes horizontales de la carga sísmica: Espectros Elásticos de

Diseño.

El espectro elástico de diseño es el valor que se encarga de medir la reacción que

tendrá una estructura al estar sometido a un evento extremo.

Es así como un espectro elástico de diseño muestra la aceleración máxima

absoluta de vibración que posee una edificación, por lo que las unidades que

utiliza son de aceleración.

De acuerdo a estudios se puede mencionar que el espectro depende

fundamentalmente de estos factores:

Aceleración de la vibración a la que es sometida la base.

El periodo de oscilación que presenta la estructura.

Espectro elástico horizontal de diseño en aceleraciones

Debido a la ocurrencia de una gran variedad de sismos de distinta magnitud,

de diversos tipos de suelo, es importante la determinación de la máxima

respuesta en desplazamiento, y así su velocidad o aceleración en las diversas

estructuras que se identifican mediante el periodo de vibración, este proceso es

conocido como la creación de un espectro de diseño.

La Norma Ecuatoriana de la construcción (2015) expresa la determinación del

espectro de respuesta elástico de aceleraciones Sa, expresado como fracción

de la aceleración de la gravedad, para el nivel de sismo de diseño. Se

proporciona mediante la figura 2, tomando en cuenta factores como:

el factor de zona sísmica Z,

el tipo de suelo del sitio de emplazamiento de la estructura,

la consideración de los valores de los coeficientes de amplificación de

suelo Fa, Fd, Fs.

16

Figura 2 Espectro de respuesta elástico de aceleraciones que representa el

Sismo de diseño

Dónde:

η Razón entre la aceleración espectral Sa(T = 0.1 s) y el PGA para el

período de retorno seleccionado.

Fa Coeficiente de amplificación de suelo en la zona de período 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 período 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 período o modo de

vibración de la estructura

T Período fundamental de vibración de la estructura

17


Dicho espectro, que obedece a una fracción de amortiguamiento respecto al

crítico de 5%, se obtiene mediante las siguientes ecuaciones, válidas para

períodos de vibración estructural T pertenecientes a 2 rangos:2


Para los valores de η la norma indica varios valores que se presentan en la

tabla 6, dichos valores se determinaron para cada provincia representando

la relación Sa/Z en roca.

2 (Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-DS, 2015, pág. 34)

Sa=𝜼Z𝑭𝒂 para 0 ≤ T ≤ Tc

𝑺𝒂 = 𝛈𝐙𝐅𝐚 (𝑻𝒄

𝑻)

𝒓

para T > Tc

Dónde:

η Razón entre la aceleración espectral Sa(T = 0.1 s) y el PGA para el período

de retorno seleccionado.

r Factor usado en el espectro de diseño elástico, cuyos valores dependen de

la ubicación geográfica del proyecto

r = 1para todos los suelos, con excepción del suelo tipo E

r = 1.5para tipo de suelo E.

TC Período 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.

18

Tabla 6 Valores para η con respecto a las regiones del Ecuador

PROVINCIAS VALORES PARA η

Provincias de la Costa ( excepto

Esmeraldas),

1.80

Provincias de la Sierra,

Esmeraldas y Galápagos

2.48

Provincias del Oriente 2.60

Para los límites de los periodos de vibración Tc y TL se calcula mediante:

Fuente: (Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-DS, 2015, págs. 34-35)

𝑻𝒄 = 𝟎. 𝟓𝟓𝑭𝒔𝑭𝒅

𝑭𝒂

𝑺𝒂 = 𝟐. 𝟒 𝐅𝐝

Dónde:

Fa Coeficiente de amplificación de suelo en la zona de período 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 período 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

𝐓c Es el período límite de vibración en el espectro sísmico elástico de

aceleraciones que representa el sismo de diseño.

𝐓𝐋 Es el período límite de vibración utilizado para la definición de

espectro de respuesta en desplazamientos.

19

Para análisis dinámico y, únicamente para evaluar la respuesta de los

modos de vibración diferentes al modo fundamental, el valor de Sa debe

evaluarse mediante la siguiente expresión, para valores de período de

vibración menores a T0:


𝑺𝒂 = 𝒁 𝑭𝒂 [𝟏 + (𝛈 − 𝟏)𝑻

𝑻𝒐] Para T ≤ To

𝑻𝒐 = 𝟎. 𝟏𝟎 𝑭𝒔𝑭𝒅

𝑭𝒂

Dónde:

η Razón entre la aceleración espectral Sa(T = 0.1 s) y el PGA para el período

de retorno seleccionado.

Fa Coeficiente de amplificación de suelo en la zona de período 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 período 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 Es el espectro de respuesta elástico de aceleraciones (expresado como

fracción de la aceleración de la gravedad g). Depende del período o modo de

vibración de la estructura.

T Período fundamental de vibración de la estructura

T0 Es el período límite de vibración en el espectro sísmico elástico de

aceleraciones que representa el sismo de diseño

Sa Espectro de respuesta elástico de aceleraciones (expresado como fracción de

la aceleración de la gravedad g). Depende del período o modo de vibración de la

estructura

Z Aceleración máxima en roca esperada para el sismo de diseño, expresada

como fracción de la aceleración de la gravedad g.

20

2.3. Metodología del Diseño sismo resistente.

Como se mencionó anteriormente existen diferentes parámetros a tomar en cuenta

para realizar un adecuado diseño de acuerdo a las exigencias de la Norma

Ecuatoriana de la Construcción, mediante esto se pretende realizar estructuras

seguras con criterios sismo resistente, así mismo para el caso de evaluación de

estructuras es importante tomar en cuenta estas especificaciones que permitirán

determinar si la estructura evaluada posee o no los criterios necesarios para

brindar seguridad a sus ocupantes frente a la acción de un evento sísmico.

A continuación se describen la metodología que se deberá tomar en cuenta tanto

para el diseño como para el caso de la evaluación como es el caso del proyecto

que estamos desarrollando.

2.3.1. Categoría de edificio y coeficiente de importancia.

El coeficiente de importancia es un factor que se enfoca en una categorización en

función del uso, destino e importancia de la estructura, como su nombre lo indica

brindar más importancia a estructuras que ante la presencia de un evento extremo

deberán permanecer funcionales y brindando seguridad a sus ocupantes.

Por medio de la categorización de la estructura se determina el coeficiente de

importancia, mismo que está ligado directamente al tipo de uso que se le va a dar

a la edificación, y en función de esto debe ser seleccionado.

Este coeficiente de importancia I se lo expresa en la tabla 7 donde se indica la

categoría de la estructura, su tipo de uso, destino e importancia y su respectivo

coeficiente de asignado.

21

Tabla 7 Tipo de uso, destino e importancia de la estructura

Categoría Tipo de uso, destino e importancia Coeficiente

I

Edificacione

s 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


2.3.2. Filosofía del diseño sismo resistente.

La filosofía del diseño sismo resistente se enfoca en garantizar la vida de los

ocupantes de las edificaciones brindando un alto nivel de seguridad, permitir la

continuidad en el funcionamiento de los servicios básicos y poder disminuir los

daños que pueda producirse en la edificación ante la presencia de un evento es por

sísmico.

22

Es por ello que la Norma Ecuatoriana de la Construcción indica que la filosofía de

diseño permite la comprobación del nivel de seguridad de vida.

Un diseño estructural debe ser realizado para el sismo de diseño, evento sísmico

que se conoce tendrá una probabilidad de excedencia de 10% en 50 años y

equivale a un periodo de retorno de 475 años como anteriormente se describió.

De acuerdo a esto a esto en la Tabla 8 se puede observar los objetivos que busca

cumplir esta filosofía de diseño sismo resistente de acuerdo al tipo de terremoto al

que podría estar sometida la edificación.

Tabla 8 Objetivos de la Filosofía del Diseño sismo resistente

TIPO DE TERREMOTOS OBJETIVO

Terremotos pequeños y frecuentes Prevenir daños en elementos no

estructurales y estructurales

Terremotos moderados y poco

frecuentes

Prevenir daños estructurales graves y

controlar daños no estructurales

Terremotos severos Evitar el colapso y procurando

salvaguardar la vida de sus ocupantes

Elaborado: Andrea Ruales.


La filosofía del diseño sismo resistente se consigue cuando se diseña la estructura

para que cumpla con los siguientes parámetros:

Capacidad para resistir las fuerzas que se especifican en la Norma

Ecuatoriana de la Construcción.

Las derivas de piso que se presenten ante las solicitaciones de cargas sean

inferiores a las admisibles.

Mediante las técnicas de diseño por capacidad o por medio de dispositivos

de control sísmico la estructura pueda disipar energía de deformación

inelástica.

23

2.3.3. Límites permisibles de las derivas de piso.

Para realizar un análisis es importante principalmente conocer el concepto de

deriva de piso, que es el desplazamiento lateral relativo de un piso que es

producido por una fuerza horizontal con respecto al piso consecutivo, el mismo

que será medido en dos puntos ubicados en la misma línea vertical de la

edificación.

El cálculo se lo realiza mediante la resta del desplazamiento del extremo superior

con respecto al desplazamiento del extremo inferior del piso.

Es por ello que la Norma Ecuatoriana de la Construcción indica valores máximos

de deriva de cualquier piso de una estructura, que no deberá exceder los límites de

la deriva inelástica, estos valores se expresan a manera de porcentaje con respecto

a la altura de piso, valores se exponen en la tabla 9.

Tabla 9 Valores de ΔM máximos, expresados como fracción de la altura de

piso

Estructura de: ΔΜ máxima (sin

unidad)

Hormigón armado, estructuras metálicas y de

madera

0.02

De mampostería 0.01


2.3.4. Factores importantes en estructuras.

A más de los parámetros ya mencionados en diseño se deberá seleccionar

configuraciones estructurales adecuadas, en lo que respecta a evaluación definir

mediante inspecciones, planos, todos los factores estructurales que se presentan y

definir los coeficientes correspondientes a la edificación estudiada, a continuación

se describen los elementos que la norma indica se debe dar importancia en las

estructuras.

Configuración Estructural

Según la Norma Ecuatoriana de la construcción (2015) determina que el diseño de

las estructuras debe buscar una configuración de modo que el comportamiento de

24

la edificación sea el adecuado si se encuentra ante la presencia de un sismo, este

comportamiento se logra mediante un diseño simple y regular como se indica en

la tabla 10, para configuraciones estructurales que poseen diseños mucho más

complejos como son: cambios abruptos de rigidez y resistencia como se indica en

la tabla 11, los cuales no son recomendables ya que acumulan daños en la

ductilidad global del sistema estructural global.

Tabla 10 Configuraciones Estructurales Recomendables

CONFIGURACIÓN EN

ELEVACIÓN ϕEi=1

CONFIGURACIÓN EN

PLANTA ᶲPi=1 La altura de

entrepiso y la

configuración

vertical de

sistemas

aporticados, es

constante en

todos los niveles.

φEi=1

La

configuració

n en planta

ideal en un

sistema

estructural es

cuando el

Centro de

Rigidez es

semejante al

Centro de

Masa. φPi=1

La dimensión del

muro permanece

constante a lo

largo de su altura

o varía de forma

proporcional.

φEi=1


25

Tabla 11 Configuraciones Estructurales No Recomendables

IRREGULARIDADES EN ELEVACIÓN IRREGULARIDADES EN

PLANTA

Ejes verticales

discontinuos o muros

soportados por

columnas. La estructura

se considera irregular no

recomendada cuando

existen desplazamientos

en el alineamiento de

elementos verticales del

sistema resistente,

dentro del mismo plano

en el que se encuentran,

y estos desplazamientos

son mayores que la

dimensión horizontal

del elemento.

Piso débil-

Discontinuidad en la

resistencia. La

estructura se considera

irregular no

recomendada cuando la

resistencia del piso es

menor que el 70% de la

resistencia del piso

inmediatamente

superior, (entendiéndose

por resistencia del piso

la suma de las

resistencias de todos los

elementos que

comparten el cortante

del piso para la

dirección considerada).

Columna corta Se debe

evitar la presencia de

columnas cortas, tanto

en el diseño como en la

construcción de las

estructuras.


Desplazamiento de los

planos de acción de

elementos vertical. Una

estructura se considera

irregular no recomendada

cuando existen

discontinuidades en los

ejes verticales, tales como

desplazamientos del plano

de acción de elementos

verticales del sistema

resistente.

26

Regularidad en planta y elevación

Para estructuras irregulares tanto en planta como en elevación, se dispone el uso

de coeficientes de configuración estructural, que según la norma “penalizan” al

diseño a fin de tomar en cuenta estas irregularidades, que son responsables del

comportamiento estructural deficiente ante la presencia de un sismo. Dichos

coeficientes se presentan en la Tabla 12 y Tabla 13.

Estos coeficientes de configuración estructural incrementan el valor del cortante

de diseño, con la intención de brindar una mayor resistencia a la estructura, aun

así no evita el posible comportamiento sísmico deficiente de la edificación, por

dicha razón se debe evitar la presencia de la irregularidades mencionadas.

Tabla 12 Coeficientes de irregularidad en planta

Tipo 1 - Irregularidad torsional

φPi=0.9

Existe irregularidad por torsión, cuando la

máxima deriva de piso de un extremo de la

estructura calculada incluyendo la torsión

accidental y medida perpendicularmente aun eje

determinado, es mayor que 1,2 veces la deriva

promedio de los extremos de la estructura con

respecto al mismo eje de referencia. La torsión

accidental se define en el numeral 6.4.2 del

presente código.

Tipo 2 - Retrocesos excesivos en las esquinas

φPi=0.9 A > 0.15B y C > 0.15D

La configuración de una estructura se considera

irregular cuando presenta entrantes excesivos en sus

esquinas. Un entrante en una esquina se considera

excesivo cuando las proyecciones de la estructura, a

ambos lados del entrante, son mayores que el

15%de la dimensión de la planta de la estructura en

la dirección del entrante.

∆= 1.2(∆1 + ∆2)

2

27

Cont Tipo 3 -Discontinuidades en el sistema de

piso φPi=0.9

a) CxD > 0.5AxB

b) [CxD + CxE] > 0.5AxB

La configuración de la estructura se considera

irregular cuando el sistema de piso tiene

discontinuidades apreciables o variaciones

significativas en su rigidez, incluyendo las causadas

por aberturas, entrantes o huecos, con áreas

mayoresal50%deláreatotaldelpisooconcambiosenla

rigidezenelplanodelsistemadepisodemásdel50%entre

niveles consecutivos.

Tipo 4 - Ejes estructurales no paralelos

φPi=0.9

La estructura se considera irregular cuando los ejes

estructurales no son paralelos o simétricos con

respecto a los ejes ortogonales principales de la

estructura.

La descripción de estas irregularidades no faculta al calculista o diseñador a

considerarlas como normales, por lo tanto la presencia de estas irregularidades

requiere revisiones estructurales adicionales que garanticen el buen

comportamiento local y global de la edificación.


En la tabla 13 muestra los tipos de irregularidades en elevación que se podrían

presentar con sus respectivos coeficientes estructurales representación con ϕE.

28

Tabla 13 Coeficientes de irregularidad en elevación

Tipo 1 - Piso flexible φEi=0.9 Rigidez Kc <

0.70

Rigidez < 0.80(𝑘𝐷 + 𝐾𝑅 + 𝐾𝐹)

3

La estructura se considera irregular cuando la

rigidez lateral de un piso es menor que el70%de

larigidezlateraldelpisosuperioromenorqueel80%

delpromediodelarigidezlateraldelostres pisos

superiores.

Tipo 2 - Distribución de masa

φEi=0.9

mD > 1.50 mE ó

mD > 1.50 mC


masa de cualquier piso es mayor que 1,5 veces la

masa de uno de los pisos adyacentes, con

excepción del piso de cubierta que sea más

liviano que el piso inferior.

Tipo 3 - Irregularidad geométrica

φEi=0.9

a > 1.3 b


dimensión en planta del sistema resistente en

cualquier piso es mayor que1,3 veces la misma

dimensión en un piso adyacente, exceptuando el

caso de los altillos de un solo piso.

Nota: La descripción de estas irregularidades no faculta al calculista o diseñador

a considerarlas como normales, por lo tanto la presencia de estas irregularidades

requiere revisiones estructurales adicionales que garanticen el buen

comportamiento local y global de la edificación.


29

E valor de ϕE, se calcula con la siguiente expresión tomada de la NEC-SE-DS.

Fuente: (Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-DS, 2015, págs. 51-52)

2.3.5. Fuerzas de diseño mínimas y efectos relacionados.

Para obtener un comportamiento adecuado de la estructura ante la presencia de un

sismo deberá diseñarse a manera de resistir fuerzas sísmicas provenientes de las

combinaciones de fuerzas horizontales actuantes, y determinar así los efectos

relacionados.

Se asume que las fuerzas sísmicas de diseño no actúan de manera concurrente en

la dirección de cada eje principal de la estructura y así proceder a combinarlas.

Carga sísmica relativa (W)

Esta carga (W) representa la carga reactiva por sismo.

*En el caso general se utiliza la norma indica:

∅𝐸 = ∅𝐸𝐴 ∗ ∅𝐸𝐵

Dónde:

ØP Coeficiente de regularidad en planta

ØPA Mínimo valor ØPi de cada piso i de la estructura en el caso de

irregularidades tipo 1, 2 y/o 3.

ØPB Mínimo valor ØPi de cada piso i de la estructura en el caso de

irregularidades tipo 4.

ØPi Coeficiente de configuración en planta.

W=D

Dónde:

D Total de carga muerta de la estructura.

30

*Según la norma, para casos especiales como: bodegas y almacenajes, se usa:

2.3.5.1. Cortante basal de diseño.

El cortante basal representa una fuerza lateral de reacción de las fuerzas de inercia

que es inducido por un sistema de N grados de libertad total en todos los marcos

que compongan la estructura.

También se lo puede definir como la fuerza total de díselo por cargas laterales que

se ubica en la base de la estructura, esto como resultado del sismo de diseño.

Este cortante basal de diseño se lo simboliza con la letra V, a nivel de cargas

últimas, aplicado en una determinada estructura en una dirección especificada,

para ello la norma indica siguiente la expresión:

𝑉 =𝐼 ∗ 𝑆𝑎(𝑇𝑎)

𝑅 ∗ ∅𝑃 ∗ ∅𝐸∗ 𝑊

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;

V Cortante basal total de diseño

W Carga sísmica reactiva;

Ta Período de vibración.

W= D + 0.25 Li

Dónde:

D Total de carga muerta de la estructura.

Li Carga viva del piso i

31

Determinación del período de vibración T

El periodo de vibración se lo define como el tiempo que transcurre dentro de un

movimiento armónico vibratorio u ondulatorio, para que el sistema vibratorio

regrese a su posición inicial (original) considerada luego de un ciclo de oscilación.

El periodo de vibración es medido entre puntos equivalentes que produce la onda

Este factor T, es el periodo de vibración aproximado de la estructura, para

estimarlo en el proyecto se utiliza el método 1 que se presenta en la Norma

Ecuatoriana de la Construcción:

Método 1

Tabla 14 Coeficiente Ct y ∝ dependiendo del tipo de estructura

Tipo de estructura Ct α

Estructuras de acero

Sin arriostramientos 0.072 0.8

Con arriostramientos 0.073 0.075

Pórticos especiales de hormigón armado

Sin muros estructurales ni diagonales rigidizadoras. 0.055 0.9

Con muros estructurales o diagonales rigidizadoras

y para otras estructuras basadas en muros

estructurales y mampostería estructural.

0.055 0.75


𝑇 = 𝐶𝑡 ∗ ℎ𝑛∝

Dónde:

𝑪t Coeficiente que depende del tipo de edificio, están dado en la Tabla

2.14

hn Altura máxima del edificio de n pisos, medida en metros desde la base

de la estructura,

T Período de vibración de la estructura.

32

Ductilidad y factor de reducción de resistencia sísmica R

R es un factor de reducción de las fuerzas sísmicas de diseño, permitido siempre y

cuando las estructuras y sus conexiones sean diseñadas para desarrollar un

mecanismo de falla previsible y con una ductilidad adecuada, concentrando el

daño especialmente en las secciones detalladas para funcionar como rotulas

plásticas.

El factor de reducción de resistencia sísmica R, es un valor con el cual se permite

disminuir la ordenada del espectro elástico siempre y cuando el comportamiento

inelástico sea adecuado, esto proveyendo una adecuada ductilidad y la capacidad

de disipación de inercia que eviten el colapso de la estructura ante la presencia de

un evento extremo.

De igual manera es importante que los valores del factor R, deben considerar las

cargas sísmicas a nivel de la resistencia en lugar que el nivel de servicio.

La NEC-SE-DS considera que este factor depende de criterios tales como:

Tipo de estructura

Tipo de suelo

Periodo de vibración considerado

Factores de ductilidad, sobre resistencia, redundancia y amortiguamiento

de una estructura en condiciones al límite.

A continuación en la Tabla 15 y 16 se muestran los factores R dependiendo

del sistema estructural en estudio, de aquí se deberá tomar el menor valor de R

cuando el sistema estructural resulte de la combinación de varios sistemas.

33

Tabla 15 Coeficiente R para sistemas estructurales dúctiles

Sistemas Estructurales Dúctiles R Sistemas Duales

Pórticos especiales sismo resistentes, de hormigón armado con vigas

descolgadas y con muros estructurales de hormigón armado o con

diagonales rigidizadoras (sistemas duales).

8

Pórticos especiales sismo resistentes de acero laminado en caliente, sea con

diagonales rigidizadoras (excéntricas o concéntricas) o con muros

estructurales de hormigón armado.

8

Pórticos con columnas de hormigón armado y vigas de acero laminado en

caliente con diagonales rigidizadoras (excéntricas o concéntricas).

8


banda, con muros estructurales de hormigón armado o con diagonales

rigidizadoras

7

Pórticos resistentes a momentos


descolgadas.

8

Pórticos especiales sismo resistentes, de acero laminado en caliente o con

elementos armados de placas.

8

Pórticos con columnas de hormigón armado y vigas de acero laminado en

caliente.

8

Otros sistemas estructurales para edificaciones

Sistemas de muros estructurales dúctiles de hormigón armado. 5

Pórticos especiales sismo resistentes de hormigón armado con vigas banda. 5


34

Tabla 16 Coeficiente R para sistemas estructurales de ductilidad limitada

Sistemas Estructurales de Ductilidad Limitada R

Pórticos resistentes a momento

Hormigón Armado con secciones de dimensión menor a la especificada en

la NEC-SE-HM, limitados a viviendas de hasta 2 pisos con luces de hasta

5metros

3

Hormigón Armado con secciones de dimensión menor a la especificada en

la NEC-SE-HM con armadura electrosoldada de alta resistencia

2.5

Estructuras de acero conformado en frío, aluminio, madera, limitados a 2

pisos.

2.5

Muros estructurales portantes

Mampostería no reforzada, limitada a un piso. 1

Mampostería reforzada, limitada a 2 pisos. 3

Mampostería confinada, limitada a 2 pisos. 3

Muros de hormigón armado, limitados a 4 pisos. 3


2.4. Evaluación del Riesgo sísmico en Edificios.

2.4.1. Generalidades

Para realizar la evaluación del riesgo sísmico en edificaciones se lo hace mediante

la valoración de las posibles pérdidas materiales que se produzcan al ser

impactado por un sismo, para de esta manera tomar decisiones para la

rehabilitación.

Como se mencionó en puntos anteriores, el Ecuador está ubicado en una zona de

inminente riesgo sísmico, que podrían producir ciertos daños dependiendo de su

magnitud, desde pérdidas económicas hasta pérdidas humana, por lo que hace

necesario la evaluación de las estructuras cada cierto periodo de años para

prevenir graves daños.

35

El principal objetivo de la evaluación estructural el salvaguardar vidas humanas

ocupantes de las edificaciones mediante trabajos de prevención y mitigación.

La NEC-SE-DS (2015), indica que se pueden evaluar los siguientes aspectos:

Daños producidos por el movimiento de suelo.

Inestabilidad del terreno.

Deslizamientos

Licuación de suelos, desplazamientos laterales, asentamientos e

inundaciones causadas por terremotos, tsunamis o seiches.

2.4.2. Incertidumbre en la Evaluación

Para realizar la evaluación de riesgo sísmico de una estructura, se obtendrá y usara

toda la información necesaria respecto a las distintas características y niveles de

precisión como son: planos existentes (arquitectónicos y estructurales),

inspecciones visuales, entrevista con dueños y vecinos, ensayos de materiales y

suelos, etc…, generalmente este tipo de investigaciones están ligadas a la

incertidumbre o falta de información de la estructura en estudio.

Hay que tener en claro que ninguna estimación permitirá eliminar totalmente la

incertidumbre con respecto a los daños que se podrían producir al estar sometida

la estructura a un evento extremo. Es por ello que para la realización de una

evaluación de riesgo sísmico de una estructura la norma proporciona distintos

niveles de investigación, en el que su principal objetivo es disminuir el porcentaje

de incertidumbre producidas al momento de la estimación del daño, mas no

eliminarlo.

2.4.3. Inspección y evaluación visual rápida de las estructuras FEMA 154.

La inspección y evaluación rápida de estructuras se lo realiza en base a la

metodología FEMA 154, que permite evaluar edificios existentes de manera

rápida, permitiendo de esta manera identificar características de riesgo en las

36

estructuras, para de esta manera precautelar la vida de los ocupantes que podrían

estar en riesgo al ser expuesta la estructura a un evento extremo.

De igual manera es importante mencionar que aquellas estructuras que no

aprueben esta evaluación requerirán una evaluación más profunda y exhaustiva.

Es más se debe saber que si una estructura no aprueba esta evaluación, no

significa que no va a resistir un sismo, simplemente que la misma no posee las

características requeridas a considerarse en la evaluación por lo que se recomienda

realizar niveles más altos de investigación.

El formato FEMA 154 (adaptación del Distrito Metropolitano de Quito), que es el

que usaremos para realizar dicha evaluación en el presente proyecto, posee

puntuaciones basadas en la configuración que presenta la estructura en estudio,

por lo cual se enfoca en los siguientes parámetros:

Tipología de la estructura

Altura de piso

Irregularidades que se presentan en planta o en elevación.

El código de construcción que fue utilizado para construcción.

Tipo de suelo en donde está implantada la estructura

En importante tomar en cuenta la puntuación al usar el formato FEMA 154, ya

que si esta está por debajo de 2 indica que las estructuras son altamente

vulnerables, por lo tanto será necesario una evaluación más profunda y

exhaustiva, situación que se debe tener claramente presente.

2.5. Evaluación de la estabilidad del Sitio (SS).

La evaluación de la estabilidad de sitio SS tiene como objeto la determinación de

si la estructura se encuentra localizada en un sitio n el que podría estar en riesgo

de sufrir inestabilidad debido a sismos inducidos esto por medio de fenómenos

como:

Rupturas de fallas superficiales.

Licuación de suelo.

37

Hundimiento de suelo.

Asentamiento de suelo

Deslizamientos de suelo

Tsunami

Seiches, etc.

En este nivel de investigación se consideran parámetros del sitio donde la

estructura se encuentra ubicada como son:

Zona sísmica activa

Zona sísmica parcialmente activa

Peligrosos sísmicos significativos y otros peligros expuestos.

2.5.1. Nivel SS1 de investigación.

Este nivel de investigación posee un alto porcentaje de incertidumbre en su

resultado.

Este nivel de investigación según la NEC-SE-RE deberá contener como mínimo

los siguientes aspectos:

Determinación de las condiciones del sitio de reportes y mapas publicados

y disponibles, con códigos para áreas de susceptibilidad así como mapas

que identifican las áreas con susceptibilidad al peligro sísmico,

establecidas tal vez por códigos postales, ubicación geográfica u otro

sistema.

Determinación de si el área donde el sitio está localizado tiene

susceptibilidad a ruptura de la falla, licuación de suelos, hundimiento,

asentamiento, o deslizamiento de estudios disponibles o de reportes

geotécnicos del sitio.

Determinación de si el sitio es susceptible a inundación por tsunami o si el

sitio está localizado cerca de un cuerpo de agua que sea susceptible a

seiches causado por un sismo o localizado cerca de un dique, cuya ruptura

podría causar que las ondas del agua impacten la propiedad.

38

2.5.2. Cargas y Combinaciones de Cargas.

Es importante conocer que para la realización de una evaluación estructural las

combinaciones de cargas que se usan son diferentes a las usadas en el diseño, ya

que en la evaluación se deben tomar las cargas reales existentes, mientras que en

el diseño se usa cargas probables o aproximadas, es por ello que la NEC-SE-DS

muestra las siguientes combinaciones:

2.5.3. Levantamiento Estructural e información existente.

El levantamiento estructural tiene como objeto determinar en una edificación

aspectos como:

su sistema estructural,

geometría,

dimensiones de los elementos estructurales y

la identificación de los elementos no estructurales y estructurales.

Esta información se la realiza con una ayuda de un personal técnico calificado,

que tenga conocimientos necesarios para analizar y documentar estos parámetros

en un tiempo adecuado.

Al realizar un levantamiento estructural es importante tomar en cuenta los

siguientes aspectos:

1.1 (D + 0.25L) + E

0.9 (D + 0.25L) + E

Donde:

D Carga muerta total de la estructura

E Efectos de las fuerzas sísmicas

L Sobrecarga (carga viva)

39

Comprobar dimensiones del sistema estructural del edificio en estudio así

como su estado físico actual.

Determinar la ubicación y dimensión tanto de elementos estructurales y no

estructurales.

Identificar las fallas y problemas en la edificación que podrían

comprometer el funcionamiento adecuado de la estructura.

Definir las características constructivas y de los materiales que fueron

usados en la construcción de la edificación estudiada.

Es importante obtener previamente toda la información que se tenga de la

edificación en estudio como son: planos arquitectónicos, estructurales, memorias

de cálculo. Ya que con esta documentación se permitirá comparar el diseño al

inicio del proyecto en planos y lo existente, de esta manera determinar si es

necesario realizar estudios más rigurosos para la determinación del

comportamiento sísmico de la estructura.

2.6. Modelación estructural y criterios de aceptación.

Para efectuar la modelación es importante el uso de un software computacional,

que permita realizar la idealización de un modelo matemático, en el que se

reflejen todas las características que posea la edificación, para de esta manera se

conozca el comportamiento que tendría la estructura ante distintos eventos que se

podrían presentar.

Así mismo es importante mencionar que se deberán considerar cuidadosamente

ciertos parámetros de la estructura para obtener resultados confiables, y eliminar

la probabilidad de errores al realizar la aplicación.

Es por ello que se detallan a continuación ciertos parámetros que deberán ser

tomados en cuenta al realizar la modelación.

Características mecánicas de los materiales que se usaron en la edificación,

como son: resistencia a compresión del hormigón (f’c) y su el esfuerzo a la

fluencia del acero de refuerzo (fy) usado.

40

Dimensiones de los elementos estructurales principales (vigas, columnas y

losas).

Tipos de apoyo que posee la edificación.

Unión entre columna y viga.

Cargas que posee la estructura y las respectivas cargas sísmicas.

Así mismo la modelación permite determinar el comportamiento de la edificación

por medio de distintos análisis como son lineal y no lineal, por ello se debe elegir

los procedimientos más adecuados de acuerdo a las necesidades que se presenten,

como se indican a continuación:

Modelación mediante un análisis lineal, este método es conservador ya

que permite estimar respuestas de diseño y en algunos casos no se

presentan resultados exactos, este análisis se divide en:

Análisis estático lineal.

Análisis dinámico no lineal

Modelación mediante un análisis no-lineal, es menos conservador y

proporciona resultados y desempeño de la edificación más exactos, el

mismo que se divide en:

Análisis estático no-lineal.

Análisis dinámico no-lineal.

Nota:

En el presente proyecto se realizara únicamente:

Análisis dinámico lineal

2.6.1. Análisis Estático Lineal.

El análisis estático lineal modela a la estructura considerando un grado de libertad

por planta (1G), con una rigidez estática lineal. Los materiales que conforman la

estructura obedecen a la Ley de Hooke considerando la linealidad del mismo.

Considera la acción sísmica mediante la distribución de cargas horizontales es

decir se realiza el cálculo del cortante basal, en el centro de masas en cada planta.

41

Las cargas en la edificación serán aplicadas lenta y gradualmente, hasta que

alcancen la completamente su magnitud. Así mismo se supone que las cargas

permanecerán constantes a lo largo del tiempo.

Por ello se debe considerar que este análisis es aplicable en estructuras regulares,

en donde predomina el primer modo de vibración.

2.6.2. Análisis Dinámico Lineal.

Este tipo de análisis considera múltiples grados de libertad por planta (MGDL), y

la acción sísmica se lo realiza mediante el uso de espectros de aceleraciones o

desplazamientos, obteniendo así las respuestas máximas en el tiempo.

Al igual que el anterior análisis considera la linealidad de los materiales que

conforman, es decir, obedecen a la ley de Hooke.

42

CAPÍTULO III.- EVALUACIÓN DE LA VULNERABILIDAD SISMICA

DEL EDIFICIO DE LA FACULTAD DE ECONOMÍA BLOQUE B

UBICADO EN LA CIUDADELA UNIVERSITARIA.

3.1. Antecedentes del Edificio de la Facultad de Economía Bloque B, ubicado

en la ciudadela universitaria.

El edificio en estudio es una edificación de hormigón armado con losa

alivianada, de 5 pisos, usados por el personal administrativo y los estudiantes

de dicha facultad, por lo que su afluencia debido al gran número de

estudiantes es alto. En la tabla 17 se muestra una recopilación de información

del bloque B de la Facultad de Economía

Tabla 17 Identificación del Edificio de la Facultad de Economía.

Nombre Edificio de la Facultad de Economía, Bloque B

Propietario: Universidad Central del Ecuador

Decano: Eco. Renè Puga Rosero

Subdecano: Mgt. Bayardo Tobar

Dirección: Ciudadela Universitaria

Cantón: Quito

Provincia: Pichincha

Tipo de educación

impartida:

Superior

Número de Ocupantes: 2498 estudiantes matriculados en las distintas

carreras, que usan el Bloque B y los otros bloques

de la facultad.

Elaborado: Andrea Ruales

Cabe señalar que la edificación en estudio fue remodelada para unirla al bloque

nuevo construido en el año 2014.

43

Figura 3 Edificación antes de la remodelación.

Fuente: (Proaño Jácome, 2013)

Figura 4 Edificación después de la remodelación.

Fuente: Andrea Ruales

44

3.1.1. Mapa de la Universidad Central del Ecuador

El edificio de la facultad de Economía Bloque B, se encuentra ubicado en el

Centro norte del Distrito Metropolitano de Quito, en los terrenos de la

Universidad central del ecuador, conocida como ciudadela universitaria.

Figura 5 Ubicación de la Universidad Central del Ecuador

Fuente: (Google Maps, 2016)

3.1.2. Visita Preliminar

Para ejecutar este proyecto se realizó una inspección visual previa al edificio en

cuestión el día miércoles 10 de febrero del 2016, que permitió comprobar la

información obtenida en los planos lo que respecta a dimensiones de columnas,

vigas y losas, así mismo la distancias de separación entre columnas, altura de

entrepiso, y determinar características de la edificación como son: material de

construcción, existencia de problemas de construcción visibles con esta

45

información se procedió a realizar la pre-evaluación de la estructura, usando el

formato FEMA 154 (Federal Emergency Management Agency), que se emplea

para la evaluación visual rápida de estructuras, este formato se lo encuentra en el

ANEXO 1 FEMA-154 , con esto se pudo identificar que la edificación no posee

un alto grado de vulnerabilidad sísmica.

Dentro de lo observado en la visita se pudo observar lo siguiente:

La estructura es de hormigón armado al igual que las modificaciones que

se realizaron.

La edificación cuenta con planos tanto arquitectónicos (actualizados), y

planos estructurales, proporcionados por el Departamento de Planificación

de la Universidad Central del Ecuador

Posee 38671 estudiantes matriculados en las distintas carreras, que usan el

bloque B en estudio y los otros bloques de la facultad.

El uso de la edificación es para uso del personal administrativo de la

facultad y aulas para los estudiantes de las diferentes carreras que ofrece la

facultad.

Se observó que la estructura es de 5 pisos, con accesos en la segunda,

tercera y cuarta planta al bloque C construido recientemente, estos accesos

forman parte de la remodelación que se dio en la edificación.

La estructura posee dos muros en la parte del paso peatonal en la primera

planta.

Es necesario realizar el levantamiento estructural para la determinación de

las dimensiones de cada elemento estructural que conforma la edificación.

La estructura posee cielo raso por lo que no fue factible apreciar los

dimensionamientos de las vigas.

Todos estos aspectos se encuentran recopilados en fotografías que se

indican en el ANEXO FOTOGRÁFICO 1, esta información servirá para

posteriores visitas y los siguientes niveles de investigación BS1 Y SS1,

además de la aplicación del formato FEMA 154.

46

3.1.3. Croquis y ubicación de la Institución.

En la figura 3.2 se muestra la ubicación de la facultad de Economía ubicada en la

ciudadela Universitaria.

Con coordenadas:

Latitud: 0°12'0.44"S

Longitud: 78°30'11.30"O

Figura 6 Ubicación de la Facultad de Economía, en la Ciudadela Universitaria

Fuente: (Google Earth, 2016)

3.1.4. Áreas Totales de la Edificación

El edificio de Economía bloque B, posee:

Área del terreno donde se encuentra ubicado: 829.38m2

Área total de construcción: 3603.72 m2

Cabe señalar que existe un pasillo que une el Bloque B en estudio, con el Bloque

C recientemente construido, dicho pasillo se encuentra construido de forma

47

independiente, pero también se realiza el análisis ya que se encuentra en el terreno

del Bloque B.

En la tabla 18 se muestra una distribución por planta, que contiene

especificaciones como contenido, área de distribución y el respectivo nivel en el

que se encuentra, y la tabla 19 muestra el área y nivel del pasillo.

Tabla 18 Distribución del Edificio de la Facultad de Economía.

PLANTA BAJA CONTIENE:

Hall principal

Hall de gradas

Un baño para hombres y uno para mujeres.

Un sector para oficinas administrativas

NIVEL DE REFERENCIA AREA DE

CONSTRUCCIÓN

N +0.00 514.74m2

PRIMERA

PLANTA

CONTIENE:

Hall de gradas.

Sala de profesores.

Baño para hombres y baño para mujeres.

Área de oficinas para autoridades.


CONSTRUCCIÓN

N +3.47 535.87m2

SEGUNDA

PLANTA

CONTIENE:

Hall de gradas.


Un sector para oficinas administrativas (acreditación

e investigación).

4 aulas.


CONSTRUCCIÓN

N +6.96 712.65m2

TERCERA

PLANTA

CONTIENE:

Hall de gradas


Sala de internet.

Sala de Cursos.

4 aulas

1 aula de uso múltiple.

48


CONSTRUCCIÓN

N +10.41 689.26m2

CUARTA

PLANTA

CONTIENE:

Hall de gradas


Centro tecnológico y de cómputo.

Losa de cubierta inaccesible.

3 aulas

1 aula audiovisual.


CONSTRUCCIÓN

N +13.88 514.74m2

QUINTA

PLANTA

CONTIENE:

Losa de Cubierta inaccesible.


CONSTRUCCIÓN

N +17.35 514.74m2

AREA TOTAL 3482m2


Tabla 19 Identificación del pasillo que une el Bloque B con el C.

PRIMERA PLANTA NIVEL DE

REFERENCIA

AREA DE

CONSTRUCCIÓN

N +7.60 30.43m2

SEGUNDA PLANTA NIVEL DE

REFERENCIA

AREA DE

CONSTRUCCIÓN

N +10.47 30.43m2

TERCERA PLANTA NIVEL DE

REFERENCIA

AREA DE

CONSTRUCCIÓN

N +13.88 30.43m2

CUARTA PLANTA NIVEL DE

REFERENCIA

AREA DE

CONSTRUCCIÓN

N +17.35 30.43m2

AREA TOTAL 121.72m2


49

3.2.Desarrollo de los Niveles de Investigación.

Con los conceptos claros de los niveles de investigación se procederá a realizar

dicho procedimiento de acuerdo a la información obtenida sobre el Edificio de la

Facultad de Ciencias Económicas de la Universidad Central del Ecuador.

3.2.1. Nivel de Investigación BS1.

Fecha de Visita: viernes 19 de febrero del 2015 a partir de las 9:30 am.

Este nivel de investigación tiene como objeto la determinación de la

configuración estructural de la edificación, de esta manera identificar las

deficiencias que pueda contener, para ello el formato FEMA 154 permite

complementar este nivel de investigación BS1.

Con la información obtenida en la visita preliminar y en esta visita se procedió a

la aplicación de este nivel de investigación y la respectiva aplicación del formato

FEMA 154 (Adecuación del Distrito Metropolitano de Quito), información

que se desarrolla posteriormente y encontramos el resultado en los anexos

respectivos.

SISTEMA DEL EDIFICIO

En la inspección se pudo verificar lo siguiente:

El bloque B de la Facultad de Ciencias Económicas, está destinado para el

uso de personal administrativo con oficinas y para estudiantes con aulas y

laboratorios de la facultad.

En el departamento de planificación de la Universidad Central del Ecuador

proporcionó documentos de la edificación, tales como:

o Planos Arquitectónicos.

o Planos estructurales.

El departamento también posee información como son:

o Planos de instalaciones eléctricas.

50

o Planos de instalaciones hidrosanitarias.

La estructura está diseñada para resistir cargas verticales y horizontales,

posee pórticos compuestos por vigas peraltadas y columnas.

En la inspección no es factible observar el tipo de cimentación que posee

la estructura, por lo que es necesario remitirnos a los planos estructurales,

así mismo no se observó ninguna clase de asentamientos diferencial o

axial, por lo que se puede asumir que no presenta problemas en la misma.

Se pudo tomar las respectivas dimensiones de los elementos estructurales

como son las columnas, pero para la toma de las dimensiones de las vigas

fue necesario retirar el cielo falso que posee la edificación.

En las tablas 20 y 21 se identifican los detalles de los dos tipos de losa que

aparecen en la edificación en estudio, identificando en ambas ser losas de

tipo alivianada con un espesor de 30cm. Se observa que en todos los pisos

se tiene la misma configuración respectivamente para el Bloque B, como

para el Bloque del Pasillo.

Tabla 20 Dimensiones de la Losa Tipo del Bloque B.

LOSA TIPO (bloque B)

FOTOGRAFÍA TOMADA EN LA PARTE VISIBLE DE

LA SEGUNDA PLANTA

Espesor Loseta: 5cm (datos del plano)

Varilla: No se pudo observar

Alivianamiento Vacío: 60x60x25

Espesor Total de Losa: 30cm (datos del plano)


51

Tabla 21 Dimensiones de la Losa Tipo del Pasillo, ubicada en el Bloque B.

LOSA TIPO (pasillo)

FOTOGRAFÍA TOMADA EN LA PARTE VISIBLE DE

LA PRIMERA PLANTA

Espesor Loseta: 5cm (datos del plano)

Varilla: No se pudo observar

Alivianamiento Vacío: 2.60x60x25 (medido)

Espesor Total de Losa: 30cm (datos del plano)


En la inspección que se realizó se pudo observar simplemente el

dimensionamiento de las columnas, el armado no es factible visualizar, al

realizar la medición variaban entre 62 a 64 cm de base y de igual manera

de altura, a lo cual debido a los macillados capas de pintura realizada a lo

largo del uso de la estructura, por lo tanto tomamos los dimensionamientos

que se presentan en el plano estructural, con el respectivo armado.

Tabla 22 Dimensiones de los tipos de columnas de la edificación

COLUMNA TIPO PASILLO

Detalle de la columna de grada

B 30 cm

H 60 cm

Varilla 6 ϕ 22

Recubrimiento 4 cm


52

COLUMNA GRADA

Detalle d la columna de grada

B 30 cm

H 30 cm

Varilla 4 ϕ 16

Recubrimiento 4 cm


COLUMNA C1 COLUMNA C2

Detalle d la columna de grada Detalle d la columna tipo de la edificación

B 70 cm B 60 cm

H 70 cm H 60 cm

Varilla 16 ϕ 32 Varilla 8 ϕ 25

Recubrimiento 4 cm Recubrimiento 4 cm

COLUMNA C3 COLUMNA C4

53

Detalle de la columna tipo de la edificación Detalle de la columna tipo de la edificación

B 60 cm B 60 cm

H 60 cm H 60 cm

Varilla 16 ϕ 25 Varilla 16 ϕ 32

Recubrimiento 4 cm Recubrimiento 4 cm


En cuestión a las vigas se observa que son peraltadas, para realizar la

medición se debió proceder a la remoción del cielo raso, solo en la primera

planta que se encuentra descubierta se pudo observar directamente, todas

las vigas en ambas direcciones poseen la misma medida, lo que se

comprobó con los datos que tiene el plano estructural. Las vigas son T en

el bloque B, y en el bloque del pasillo son rectangulares, en las tablas 23 y

24 se presenta una descripción de las mismas.

54

Tabla 23 Dimensiones de Vigas Peraltadas de la edificación (Bloque B)

Viga en sentido Norte-Sur Viga en sentido Este-Oeste

Viga peraltada planta Visible Viga peraltada planta Visible

Tipo de viga T Tipo de viga Rectangular

B 60 B 60

H 80 H 80

Tf 50

Tw 40


Viga Grada

Viga tipo de grada

Tipo de viga Banda

B 30 cm

H 30 cm

Varilla 4 ᶲ 25


55

Tabla 24 Dimensiones de Vigas Peraltadas de la edificación (Bloque Pasillo)

Viga en sentido Norte-Sur y Este- Oeste

Viga Bloque Pasillo

Tipo de viga Banda

B 30 cm

H 80 cm

Varilla 6 ᶲ 25


CÓDIGO DE CONSTRUCCIÓN

Según la información obtenida por los planos estructurales, se tiene que los

diseños se realizaron en el año de 1979 y 1980, no se tiene información del año de

construcción y por lo tanto no se dispone información del código de construcción

usado, pero al ser realizado para una institución pública se asume que se realizó en

la etapa de transición que fue desde 1977 pero antes de 2001, con el código de

construcción vigente en esa época.

56

CONSIDERACIONES ESPECIALES

ELEVACIÓN

De acuerdo a la información obtenida en la evaluación visual que se realizó, se

presentan los siguientes aspectos:

El terreno muestra una ligera discontinuidad (topografía), por lo que

observa que por la presencia del muro de contención, debido a la

topografía que presenta el terreno, esto genera el problema de columna

corta. Esta información se la puede observar en fotografías en el ANEXO

FOTOGRÁFICO.

No existe presencia de pisos débiles.

Existe irregularidad geométrica puesto que la dimensión de la planta

inferior es mayor que 1.3 veces la del quinto piso.

a= 27 m

b= 18 m

a = 31.60 m >1.3 b = 23.4m

No existen cambios de dimensión en los ejes de las columnas en todos los

pisos.

PLANTA

La estructura no presenta irregularidades en planta, esto se verifico en la

inspección visual y levantamiento estructural.

3.2.1.1. Aplicación del Formato de Evaluación FEMA 154.

Como se mencionó anteriormente la visita se realizó el día viernes 19 de febrero

del 2015 a partir de las 9:30 am, con la información obtenida se procedió a llenar

el contenido que presenta el formato FEMA 154, dicha información pretende

determinar el grado de vulnerabilidad sísmica del Edificio de Economía Bloque B

y el bloque de Pasillo

57

PARAMETROS DE LA ESTRUCTURA

200. Tipología del Sistema Estructural

El edificio de la Facultad de Economía Bloque B, tiene una tipología estructural:

Pórtico H. Armado con muros estructurales, ya que tiene la presencia de un muro

de contención en la discontinuidad que posee el terreno, así mismo se pudo

observar la presencia de elementos estructurales como son: vigas, columnas de

hormigón armado en toda la estructura. De acuerdo al formato se determina como

una tipología 206 Pórtico H. Armado con muros estructurales (C2), en base a

esto se le otorga un puntaje básico de 2.8.

Mientras que para el bloque de pasillo presenta una tipología estructural: 205

Pórtico H. Armado de acuerdo (C1), otorgándole un puntaje básico de 2.5.

303. Altura

Con la información de la visita y los planos obtenidos la estructura posee 5 pisos

en el Bloque B y 4 pisos en el bloque del pasillo, como se observa en la figura 7

Fachada Norte y figura 8 la Fachada Sur, tomando su máxima altura como 5 pisos

el formato indica que es una estructura de mediana altura (4 a 7 pisos)

codificada como 303B, asignada con un puntaje de 0.4.

Figura 7 Fachada Norte del Edificio de Economía Bloque B y Pasillo

Fuente: Andrea Ruales.

58

Figura 8 Fachada Sur del Edificio de Economía Bloque B

Fuente: Andrea Ruales.

304. Irregularidad

Irregularidad en Elevación

La edificación de acuerdo a lo expuesto en la Tabla 2.13 de este proyecto, indica

que se la estructura posee una irregularidad tipo 3 Irregularidad Geométrica,

puesto que la dimensión de la planta es mayor que 1.3 veces la del quinto piso.

Además de lo expuesto en la figura 9 tomada del instructivo del formato FEMA

154, indica que el bloque principal Bloque B posee irregularidad en elevación,

puesto que existe discontinuidad en los ejes, presencia de columna corta.

Mientras que para el bloque de pasillo no posee irregularidad en elevación.

Figura 9 Irregularidades en elevación (Instructivo del Formato FEMA 154)

Fuente: Instructivo del Formato FEMA 154, (Municipio de Quito)

59

Irregularidad en Planta

Se observa que la estructura principal bloque B y el bloque de pasillo no presentan

ningún tipo de irregularidad en planta, con lo que indica la Norma Ecuatoriana de

la Construcción o con los parámetros que muestra el instructivo del formato

FEMA 154, como se observa en la figura 10.

Figura 10 Irregularidades en elevación (Instructivo del Formato FEMA 154)

Fuente: Instructivo del Formato FEMA 154, (Municipio de Quito)

305. Código de Construcción

Con la información que muestran los planos los diseños para el bloque B se

realizaron entre los años de 1979 y 1980, con esta información de acuerdo a lo

que determina el formulario FEMA 154 la estructura seria Construida en etapa

de transición (desde 1977 pero antes de 2001) codificada como 305B, en donde

se le otorga un puntaje de 0.

Por la información que se tiene el bloque de pasillo de acuerdo a la información

obtenida en planos seria Construida en etapa de transición (desde 1977 pero

antes de 2001) codificada como 305B, en donde se le otorga un puntaje de 0.

306. Suelo

No se posee información sobre un estudio de suelos, pero se pudo observar que el

suelo no presenta ningún asentamiento diferencial o axial.

De acuerdo a la información que se presentó en la tabla 2.2 del presente proyecto

y el estudio de microzonificación sísmica, la Universidad Central del Ecuador se

encuentra determinado con un suelo Tipo D, otorgándole una puntuación de -0.6,

tanto para el bloque principal bloque B y para el bloque de pasillo.

60

PUNTAJE FINAL

Al llenar todos los parámetros del Formato FEMA 154, y obteniéndose cada

puntuación que el mismo indica la calificación total que presenta la edificación en

estudio es de 1.6 para el bloque principal Bloque B.

Mientras que el bloque de pasillo obtiene un puntaje final de 2.3.

400. Grado de Vulnerabilidad

De acuerdo al puntaje final obtenido y lo que indica el formato FEMA 154, la

estructura principal Bloque B posee: alta vulnerabilidad, requiere evaluación

espacial, ya que es menor a 2.

Mientras que el bloque de Pasillo al obtener un puntaje mayor a dos posee:

Vulnerabilidad Media.

Nota:

El formato fema tanto para el Bloque B como para el Bloque de pasillo se

encuentra en el ANEXO FEMA 154 (BLOQUE B) y ANEXO FEMA 154

(BLOQUE PASILLO).

3.2.1. Nivel de Investigación SS1.

Es indispensable la aplicación del nivel de investigación SS1 en una evaluación

estructural, ya que permite determinar el grado de vulnerabilidad sísmica del sitio

donde se encuentra implantada la edificación, obteniendo una evaluación más

completa de la estructura.

CONDICIONES DEL SITIO

o Características Sísmicas

Basados en la Norma Ecuatoriana de la Construcción en el Capítulo 2

correspondiente “Peligro Sísmico y Requisitos del Diseño Sismo Resistente” y

61

en el estudio de Microzonificación Sísmica del Distrito Metropolitano de

Quito, se obtiene información acerca del sitio donde se encuentra ubicada la

estructura en estudio.

La tabla 2.1 de este proyecto muestra los valores de Z, al ser Quito la

ubicación se le otorga a la Zona Sísmica V cuya amenaza sísmica es alta

con un valor de Z = 0.40, siendo Z el valor que representa la aceleración

máxima en roca esperada para el sismo de diseño, y esta expresada como

fracción de la aceleración de la gravedad.

o Características Geotécnicas del Lugar

En la figura 11 se muestra la estratigrafía que presenta la ciudad de Quito, de

acuerdo a esta información se asume que posee una estructura conocida como

Depósitos la Carolina, por lo que la cimentación de la edificación en estudio

estaría realizada sobre estas características.

Es importante tomar en cuenta que no toda la ciudad de Quito se encuentra

asentado sobre este tipo de suelo, por lo que nos remitiremos al estudio de

microzonificación de la ciudad de Quito (ERN 12), que nos proporcionan

datos más específicos, por lo que en función a esto lo adaptamos a la

información que la NEC-15 nos proporciona, seleccionando un perfil de suelo

tipo D.

Figura 11 Modelo de una columna generalizada de suelo de Quito

Fuente: (Microzonificación Sísmica de Quito, 2013)

62

Coeficientes de Amplificación Dinámica del Perfil del Suelo, en donde se

encuentra cimentada la estructura.

Fa, Fd y Fs son coeficientes que se encuentran en función del perfil del suelo

eligiendo como perfil tipo D, valores que se encuentran definidos en las tablas 3,

4 y 5 de este proyecto, de acuerdo a la zona V en la que se encuentra la estructura,

se puede definir que:

Fa = 1.2, Fd = 1.19 y Fs = 1.28

Adicional a esto la Norma Ecuatoriana de la Construcción estipula que:

η = 1.8 (Provincias de la Costa, excepto Esmeraldas)

η = 2.48 (Provincias de la Sierra, Esmeraldas y Galápagos), y 2.6 (Provincias del

Oriente)

r=1, para tipo de suelo A, B o C y r = 1.5, para tipo de suelo D o E.

De acuerdo a esta información tomamos los valores correspondientes para el sitio

de estudio: η = 2.48 y r= 1.5.

En la tabla 25 se muestra un resumen de los valores tomados de acuerdo a lo

estipulado en la NEC-15.

Tabla 25 Resumen de coeficientes tomados de la NEC-15

Coeficientes NEC-15

Tipo de Suelo D

Zona Sísmica V

Z 0.4

Fa 1.2

Fd 1.19

Fs 1.28

η 2.48

r 1.5

Fuente: (Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-DS, 2015)


63

SUCEPTIBILIDAD A FALLAS GEOLÓGICAS

Quito es una Ciudad que se encuentra situado sobre diferentes fallas geológicas

que afectan directamente a las estructuras, en la figura 12 se puede observar la

sismicidad asociada a las Fallas de Quito registradas entre 1990 y 2011.

Figura 12 Sismicidad asociada a las Fallas de Quito registradas entre 1990 y

2011.

Fuente: (Microzonificación Sísmica de Quito, 2013)

64

En la figura expuesta se observa la alta sismicidad asociada a la presencia de

fallas geológicas, que son conocidas como Fallas Ciegas de Quito, en el grafico se

puede observar los epicentros de los sismos que se registraron entre los años de

1990 y 2011, con magnitudes mayo a 3, así mismo se indica en el grafico la

profundidad focal y se observa que todos son superficiales, con esta información

se puede concluir que Quito la cuidad en la que se encuentra la edificación en

estudio se encuentra situada sobre una zona sísmica activa por fallas geológicas

con susceptibilidad a fallas superficiales.

SUCEPTIBILIDAD ANTE INUNDACIONES

El distrito Metropolitano de Quito se encuentra situado entre la cordillera de los

andes, a 2.800 metros sobre el nivel del mar, por lo que no es susceptible a

Tsunamis, así mismo la estructura en estudio no se encuentra ubicada cerca de

cuerpos de agua (lagos, lagunas, diques, reservorios de agua) por lo que no tendría

riesgo de seiches.

Debido a esta información se puede afirmar que la Edificación no tiene

susceptibilidad a inundaciones.

3.3. Descripción Técnica del Edificio de la Facultad de Economía Bloque B,

ubicado en la ciudadela universitaria.

3.3.1. Levantamiento Estructural de la edificación.

Con los resultados que se obtuvieron con los niveles de evaluación BS1, SS1 y la

aplicación del formato FEMA 154 que se expusieron anteriormente, se evidencia

que el Edificio de Economía bloque B, requiere de una evaluación más específica

y detallada, puesto que posee un alto grado de vulnerabilidad ante la presencia de

uno o varios eventos sísmicos.

65

Por esta razón se procedió a la realización de un levantamiento estructural a

detalle de la edificación, el cual se realizó el día lunes 22 de febrero del 2016 a

partir de las 9:00 am.

El objeto de este procedimiento es determinar la configuración y características de

la edificación, información que fue tomada de los planos estructurales que fueron

facilitados por el Departamento de Planificación de la Universidad Central del

Ecuador.

El levantamiento estructural de una edificación es parte fundamental en la

realización de una evaluación. Es por ello que se procedió a la verificación de la

información de los planos, tomando dimensiones de todos los elementos

estructurales visibles.

A continuación se describe la información recolectada en el levantamiento:

Columnas

En la edificación principal (Bloque B) se encuentran 2 tipos de columnas un tipo

de 70x70 y otro de 60x60 y en el Bloque del pasillo se tiene un tipo de columna

de 30x60, pero de acuerdo a los datos que se obtuvieron en los planos se observa

que las columnas de 60x60 poseen armados diferentes por lo que se tiene cuatro

tipos distintos de columnas más uno del bloque del pasillo.

Para definir los armados de las columnas nos regimos a lo que se presenta en los

planos estructurales, ya que en el proyecto no se realizara ensayos.

En las figuras 13, 14 y 15 se observan los tipos de columnas que se observaron en

la visita de acuerdo a sus dimensiones.

66

Figura 13 Medidas de la columna de 70x70 del bloque B


Figura 14 Medidas de la columna de 60x60 del bloque B


Figura 15 Medidas de la columna de 30x60 del bloque del pasillo


67

Losas

Para continuar con el levantamiento estructural se procedió a tomar la dimensión

de las losasen la edificación, en el que se confirmó que todas las plantas poseen

iguales características, las cuales son:

Losa alivianada con un espesor de 30cm, los alivianamientos son de 60x60x25

cm, el espesor de la loseta es de 5cm, lo cual se comprueba la información que

nos proporcionan los planos.

En la figura 16 se observa la configuración de los alivianamiento de la losa en el

N+6.69 y en el N+7.60

Figura 16 Configuración de alivianamiento en las losas del Bloque B

N+6.69 N+7.60


Vigas

Las vigas que se observan en la estructura principal Bloque B son de tipo

peraltadas, en dirección Norte-Sur y Este-Oeste, que poseen las mismas

características en ambos sentidos, en las figuras 18 y 19 se observa la medición

que se realizó en el levantamiento estructural. La configuración que se observa de

las Vigas tipo T en la edificación es la siguiente:

68

Viga Norte-Sur: Viga T

b=60 cm, Tw=40; h= 50cm +30cm (losa)= 80cm

Viga Este-Oeste: Viga Rectangular Peraltada

b=40; h= 50cm +30cm (losa)= 80cm

Mientras tanto en el bloque del pasillo se presenta la siguiente configuración de

Viga Peraltada:

Viga Norte-Sur: Viga Peraltada

b=30 cm, h=80cm

Viga Este-Oeste: Viga Peraltada

b=30 cm, h=80cm

Como ya se lo había mencionado en el proyecto no se van a realizar ensayos, para

obtener las características de los materiales nos remitiremos a la información que

nos proporcionan los planos estructurales.

Figura 17 Medidas de la Viga Este- Oeste Bloque B


69

Figura 18 Medidas de la Viga Norte- Sur Bloque B


3.3.1.1. Elementos estructurales principales.

La edificación en estudio cuenta con dos bloques el Bloque B, y el Bloque de

pasillo que une el bloque B con el recientemente construido Bloque C ambos

bloques llegan hasta el nivel N+17.35, y sus elementos principales se distribuyen

de la siguiente manera:

Estructura 1: Bloque B

Desde nivel N+0.00 hasta N+17.35, ejes (E, F, G, H y 5, 6, 7, 8)

Columnas

Las columnas que se encuentran en esta estructura son de tipo C1, C2, C3, C4 y

una tipo C5 que representa a la columna de grada.

En la figura 19, se observa la configuración de los tipos de columnas que se

encuentran en la estructura principal (bloque B).

70

Nota:

La disposición de las columnas es la siguiente:

Tipo C1: Ejes: F6 y F7

Tipo C2: Ejes: E5-E6-E7- E8- F5- F6- F7 -F8-G5-G6-G7-G8

Tipo C3: Ejes: E5-E6-E7- E8- F5- F8-G5-G6-G7-G8

Tipo C4: Ejes: E5-E6-E7- E8- F5- F8-G5-G6-G7-G8- H5-H6-H7

Figura 19 Detalle de los tipos de Columnas de la estructura principal


71

Vigas

En la estructura principal Bloque B las al realizar la visita al sitio se determinó

que las vigas en sentido Este-Oeste son rectangulares mientras que en sentido

Norte- Sur son tipo T, peraltadas y viga tipo Banda para las gradas y sus

dimensiones son las siguientes:



Viga Este-Oeste: Viga Rectangular

b=40 cm; h= 50cm +30cm (losa)= 80cm

Viga Grada: Viga Banda

b=30 cm; h= 30cm

En la figura 20 se muestra la configuración de los tipos de Viga de la estructura.

Figura 20 Sección de Viga tipo sentido Norte-Sur y Este-Oeste


72

Losa

La losa posee un espesor de 30cm mencionado anteriormente, el Alivianamiento

es vacío de dimensiones 60x60x25 cm.

En la figura 21 se tiene el corte típico que posee la edificación principal (Bloque

B).

Figura 21 Corte típico de la losas del Bloque B


Estructura II (Bloque pasillo)

Desde nivel N+7.60 hasta N+17.35, ejes (H, G’, 7’,7’’)

Columnas

Las columnas que se encuentran en toda la estructura son de tipo C6.

En las figuras 22, se observa la configuración de los tipos de columnas que se

encuentran en la estructura II (bloque pasillo).

73

Figura 22 Detalle de los tipos de Columnas de la estructura II (Bloque pasillo)


Vigas

En la estructura II, Bloque Pasillo, las vigas son Rectangulares, de tipo Peraltada

y sus dimensiones son las siguientes:

Viga Norte-Sur: Viga Rectangular

b=30 cm, h= 80cm

Viga Este-Oeste: Viga Rectangular

b=30 cm, h= 80cm

En la figura 23 se muestra la configuración de la Viga que es la misma en ambos

sentidos.

Figura 23 Sección de Viga tipo sentido Norte-Sur y Este-Oeste


74

Losa

La losa posee un espesor de 30cm mencionado anteriormente, el Alivianamiento

es vacío de dimensiones 2.60x60x25 cm.

En la figura 24 se observa el corte típico que posee la estructura II (Bloque

Pasillo).

Figura 24 Corte típico de la losas del Bloque Pasillo


Nota:

Se anexa un plano de resumen de los elementos, ANEXO PLANO RESUMEN.

3.4. Identificación de Patologías en la estructura.

Principalmente se debe realizar un procedimiento que permita identificar

correctamente esta información lo que a continuación se describe:

Observar el suelo alrededor de la edificación, y así se pretende determinar la

posible presencia de grietas, hundimientos deslizamientos o cualquier otro tipo

de anomalía que presente el terreno afectando directamente la edificación.

Con esto se observó que el sitio donde se encuentra ubicada la estructura no

presenta este tipo de problemas.

Observar el estado general exterior de la edificación esto es daños en fachadas,

balcones, antepechos, etc.

75

De acuerdo a esto la estructura en estudio no presenta ningún tipo de daño

externo.

De igual manera se debe observar dentro de la edificación si existe presencia

de daños como: fisuras presencia de humedad.

De acuerdo a lo observado la estructura interna no presenta patologías (fisuras,

humedad)

Es importante mencionar que la edificación recientemente fue sometida a una

restauración, en lo que respecta a pintura, arreglo del cielo raso falso y pisos, por

lo que el día que se realizó la evaluación no se encontró ningún problema visible

ni externamente ni internamente.

76

CAPITULO IV.- ANÁLISIS DINÁMICO LINEAL DEL EDIFICIO DE

LA FACULTAD DE ECONOMÍA BLOQUE B DE UNIVERSIDAD

CENTRAL DEL ECUADOR, USANDO EL PROGRAMA

COMPUTACIONAL SAP2000 15.1.0.

4.1. Normativa Utilizada.

De acuerdo a lo establecido:

El Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda mediante Acuerdo Ministerial

número 0047 del 10 de enero de 2015, publicado en el Registro Oficial N° 413,

dispuso la aplicación obligatoria en todo el país de 10 capítulos de la Norma

Ecuatoriana de la Construcción, NEC.3

De acuerdo a esto y cumpliendo con la disposición, para el análisis estático lineal

y dinámico lineal del edificio de la Facultad de Ciencias Económicas de la

Universidad Central del Ecuador, se usa la Norma Ecuatoriana de la Construcción

que se encuentra vigente en el país.

4.2. Descripción.

Para el edificio de la Facultad de Economía de la Universidad Central del Ecuador

se realizó el modelo matemático mediante el software SAP 2000 15.1.0, el mismo

que ayuda en la representación de la estructura mediante un modelo

tridimensional computacional, así mismo el análisis se lo realiza mediante el

Método de los Elementos Finitos (MEI).

Los valores que se usan tanto para la resistencia al hormigón f’c, como para la

resistencia a la fluencia del acero fy, son aquellos que se muestran en los datos de

los planos estructurales proporcionados por el Departamento de Planificación de

la Universidad Central del Ecuador.

Teniéndose lo siguiente:

Hormigón f’c: 210 kg/cm2

Acero de refuerzo fy: 4200 kg/cm2

3 (Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, 2015)

77

En la Tabla 26 se indica la información necesaria para el estudio de la Estructura

Principal (Bloque B)

Tabla 26 Descripción de la Estructura Principal Bloque B, del Edificio de la

Facultad de Economía de la Universidad Central del Ecuador

Estructura principal Bloque B

Número de pisos 5

Altura de entrepiso 3.47 m

Sistema Estructural Pórtico de hormigón armado

Resistencia a la compresión del Hormigón (f’c) 210 kg/cm2

Resistencia a la fluencia del acero (fy) 4200 kg/cm2

Elaborado por: Andrea Ruales

4.3.Cargas Consideradas.

4.3.1. Carga Viva.

La carga viva de la estructura también es conocida como Sobrecargas de uso, ya

que el valor que se usa para el cálculo está en función de la ocupación a la que

será destinada la edificación, este valor se encuentra conformado en función del

peso de personas, muebles, equipos y accesorios móviles o temporales, entre

otras.

De acuerdo a lo que se encuentra en vigencia en la Norma Ecuatoriana de la

Construcción, en la Tabla 27 se muestras las cargas que vivas que se usaran en el

modelo matemático de la estructura.

78

Tabla 27 Cargas Vivas para Unidades Educativas

Ocupación o Uso Carga Uniforme (Tn/m2)

Aulas 0.20

Corredores segundo piso y

superior

0.40

Corredores primer piso 0.48

Fuente: (Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-CG, 2015, pág. 30)

De acuerdo a esta información los valores usados para la el proyecto:

Bloque Principal (Bloque B): CV= 0,20 T/m2

Bloque Pasillo: CV= 0.40 t/m2

4.3.2. Carga Muerta por Peso Propio de la Estructura.

El programa SAP2000 15.1.0 se encarga del cálculo el valor de la carga

permanente por el peso propio de la estructura del edificio de la Facultad de

Economía de la Universidad Central del Ecuador, tanto para el bloque principal

(Bloque B), como para el Bloque Pasillo, información que se encuentra ligada a

peso de los elementos de la estructura como son: Columnas, Vigas, Losas,

Nervios.

El peso específico del hormigón armado es de 2.4 Ton/m3.

4.3.3. Carga Muerta Permanente.

Se considera carga muerta permanente a los pesos constituidos por todos los

elementos estructurales que actúan constantemente en la estructura, elementos

como: uros, paredes, recubrimientos, instalaciones sanitarias, instalaciones

eléctricas, instalaciones mecánicas, maquinarias y todo artefacto que se encontrará

integrado permanentemente a la edificación.

79

En las tablas 28 y 29 se indica los elementos que se usaron para el cálculo de la

carga muerta permanente de la estructura del Edificio de Economía Bloque B

como para el Bloque de pasillo de la Universidad Central del Ecuador.

Tabla 28 Cargas Muerta Permanente del Edificio de Economía Bloque B

ELEMENTO CARGA (Tn/m2)

Instalaciones 0.015

Acabados 0.06

Cielo raso 0.02

MAMPOSTERIA

Piso 1 0.13252658

Piso 2 0.2303212

Piso 3 0.17952616

Piso 4 0.21801259

CARGA MUERTA POR PISO

Piso 1 0.227527

Piso 2 0.325321

Piso 3 0.2745261

Piso 4 0.313012013

Cubierta 0.095


80

Tabla 29 Cargas Muerta Permanente del Edificio de Economía Bloque

Pasillo

ELEMENTO CARGA (Tn/m2)

Instalaciones 0.015

Acabados 0.06

Cielo raso 0.02

MAMPOSTERIA

Piso 1 0.189024

Piso 2 0.16680907

Piso 3 0.184554716

CARGA MUERTA POR PISO

Piso 1 0.284023989

Piso 2 0.26180907

Piso 3 0.279554716

Cubierta 0.095


4.3.4. Carga Sísmica.

En el capítulo 2 de este proyecto se presenta los parámetros y expresiones, que se

usaron para la determinación y cálculo de la carga sísmica mediante el Cortante

Basal.

4.3.5. Carga por empuje de suelo

En la estructura principal se toma en cuenta esta carga debido a que en la zona

este existe la presencia de un muro que soporta el empuje de suelo, debido a esto

se calculó lo siguiente:

Datos:

Altura del muro: 2.48

ϕ =30°

𝑘𝑎 =1

𝑡𝑎𝑔2 (45 −∅2)

81

𝒌𝒂 = 𝟎. 𝟑𝟑𝟑𝟑

𝐸𝑎 = 1

2∗ 𝛿 ∗ ℎ2 ∗ 𝑘𝑎

𝑬𝒂 = 𝟏. 𝟒𝟏𝟏𝟓𝑻/𝒎

De acuerdo a este el valor que ingresamos en de 1.4115 T/m

4.4. Combinación de Cargas.

Se usan las combinaciones de carga que la Norma Ecuatoriana de la Construcción

recomienda en el capítulo NEC-SE-DS en la sección 4.4 (Cargas y

Combinaciones de Cargas), por lo que las cargas que se emplean en el proyecto

son únicamente las cargas reales que existen en la edificación, como la norma lo

indica se usa las siguientes combinaciones de carga:

Pero es importante mencionar que estas dos combinaciones de carga al

considerarlas en el modelo matemático se transforman en ocho combinaciones, ya

que se representan en cargas en el sentido X y sus excentricidades (Sx+, Sx-), al

igual que las respectivas cargas en Y, y sus excentricidades (Sx+, Sy-).

1.1 (D+ 0.25L) + E

0.9 (D + 0.25L) + E

Dónde:

D Carga muerta total de la estructura.

E Efectos de las fuerzas sísmicas.

L Sobrecarga (carga viva).

82

4.5. Espectro de Diseño (NEC 15)

Para realizar el Espectro de Diseño de acuerdo a lo especificado se usa los

parámetros que indica la Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-15, de

donde tomamos los valores de los factores Fa, Fd y Fs.

En la tabla 30 se indican cada uno de los valores para la elaboración del espectro

de diseño, y los valores calculados de cada uno de los periodos de la estructura Tc,

TL, To.

Tabla 30 Valores para la determinación del Espectro de Diseño de la estructura y

sus respectivos periodos

Bloque B Bloque Pasillo

Tipo de Suelo D Tipo de Suelo D

Zona V Zona V

Z 0.4 Z 0.4

Fa 1.2 Fa 1.2

Fd 1.19 Fd 1.19

Fs 1.28 Fs 1.28

ƞ 2.48 ƞ 2.48

r 1 r 1

I 1.3 I 1.3

R 8 R 8

ϕE 0.9 ϕE 1

Φp 1 Φp 1

Periodos de la Estructura Periodos de la Estructura

To= 0.12693333 To= 0.126933333

Tc= 0.69813333 Tc= 0.698133333



83

4.6. Periodo de Vibración.

Como en capítulo 2 de este proyecto la Norma Ecuatoriana de la Construcción

indica la siguiente expresión para el cálculo del periodo de vibración Ta:

De acuerdo a esta expresión se muestra en la tabla 31 los valores de los

coeficientes Ct y α, dispuestos para el periodo Ta previo al cálculo del cortante

basal.

Tabla 31 Calculo del periodo de vibración Ta

BLOQUE B BLOQUE PASILLO

Ct= 0.055 Ct= 0.055

α= 0.9 α= 0.9

hmáx= 17.35 hmáx= 14.87

Ta= 0.71735185 Ta= 0.62437077



En las figura 25 se muestran los espectros de aceleraciones tanto elástico como

inelástico usados en el bloque principal (Bloque B) y el Bloque del pasillo de

acuerdo a la NEC-15.

T= Ct hnα

84

Figura 25 Espectro de aceleraciones Elástico e Inelástico usados para el bloque B y Bloque de Pasillo de acuerdo a la NEC-15


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

sa (

g)

T (seg)e

Espectros de aceleraciones NEC-15 para el Bloque B y Bloque de Pasillo

ESPECTRO INELÁSTICO

ESPECTRO ELÁSTICO

85

4.7.Cálculo del Cortante Basal.

De acuerdo a lo indicado anteriormente la norma indica que para el cálculo del

cortante basal se usará la siguiente expresión:

Los valores de Sa se encuentran en función del periodo Ta previamente ya

calculado, que ya fue determinado con anterioridad, este valor forma parte del

Espectro de Aceleraciones Elástico, en la tabla 32 se muestran los valores para la

determinación del cortante basal.

Tabla 32 Cálculo del Cortante Basal

BLOQUE B BLOQUE PASILLO

Ta 0.71735185 Ta 0.62437077

Sa (Ta) 1.0834 Sa (Ta) 1.1904

ϕp 1 ϕp 1

Φe 0.9 Φe 1

I 1.3 I 1.3

R 8 R 8

V 577.288 V 17.447



𝑉 =𝐼 ∗ 𝑆𝑎(𝑇𝑎)

𝑅 ∗ ∅𝑃 ∗ ∅𝐸∗ 𝑊

86

4.8. Modelación de la estructura en SAP2000 v15.1.0

Partiendo de los datos que se han especificado en el proyecto, se procede a la

realización del modelo del edificio de Economía Bloque B y el Bloque de pasillo

que une el Bloque B con el bloque construido recientemente (Bloque C).

Elaboración de los elementos de la estructura en el programa

AutoCAD

Este paso se lo realiza en función de la información que se tiene en los planos

estructurales con el uso de diferentes Layers para cada elemento de la estructura

es decir, vigas en sentido X y en sentido Y, columnas de con los diferentes

armados y dimensiones, loseta, gradas, una vez definidos estos parámetros se

procede a guardar el archivo en formato DXF para posteriormente proceder con la

exportación al programa SAP2000.

Elaboración de los elementos de la estructura en el programa

AutoCAD

Este paso se lo realiza en función de la información que se tiene en los planos

estructurales con el uso de diferentes Layers para cada elemento de la estructura

es decir, vigas en sentido X y en sentido Y, columnas de con los diferentes

armados y dimensiones, loseta, gradas, una vez definidos estos parámetros se

procede a guardar el archivo en formato DXF para posteriormente proceder con la

exportación al programa SAP2000.

87

Figura 27 Elaboración del modelo de la estructura en el programa AutoCAD vista

frontal y posterior del Edificio de Economía Bloque B

Fuente: AutoCAD


Definición de un nuevo archivo en SAP2000 para la modelación

Se parte de la creación un New Model en el programa y seleccionamos Blank ya

que se va a importar los elementos del programa AutoCAD.

Figura 28 Creación de un New model para la modelación de la estructura

Fuente: SAP2000


88

Selección de unidades con las que se va a trabajar en el programa

SAP2000

De acuerdo a la información que tenemos de la estructura por factibilidad es

importante seleccionar unidades que se acomoden a esta información.

Para lo cual al cargar el programa SAP2000 en la parte inferior de su pantalla

principal se procede a elegir las unidades de trabajo que para el caso serán Ton,

m, C.

Definición de las propiedades de los materiales

Conforme a la información que se tiene en los planos, la estructura fue diseñada

con un hormigón de f’c=240 por lo que se procede a crear un material con estas

características en el programa.

Figura 29 Definición del material

Fuente: SAP2000


Definir las propiedades de los elementos que se van a importar (Vigas,

Columnas)

Para proceder con este paso nos dirigimos a la opción Define- Section Propieties-

Frame Sections, el programa generara en una ventana y en la opción Add New

89

Propiety se procede a crear las diferentes secciones y sus características que posee

cada elemento de la estructura.

Figura 30 Definición de Secciones para los elementos (vigas, columnas y

nervios)

Fuente: SAP2000


Posteriormente aparece la ventana Add Frame Section Propiety, en la que nos

permite seleccionar el material y la sección.

Como ya se describió anteriormente las secciones para las columnas son

rectangulares, mientras que las vigas poseen una sección T, de igual manera se

tiene secciones rectangulares para los nervios tanto en X como en Y.

La ventana Reinforcement Data nos permite definir las características de la

sección, es decir si trabaja como viga o columna, al igual que las varillas que se

usaran para el reforzamiento

90

Figura 31 Definición de material, sección y características del elemento

estructural

Fuente: SAP2000


Este procedimiento se realiza para cada elemento (Viga, Columna y Nervio)

Definir sección para la loseta y la losa de grada y el muro

Al igual que en paso anterior se procede a elegir Define- Section Propieties-Area

Sections, el programa generara en una ventana y en la opción Add New Section se

procede a crear la sección y sus características tanto para la loseta, para la losa

grada y para el caso para el muro que se encuentra en un lado de la estructura.

91

Figura 32 Definición de Secciones para la loseta, la losa de grada y el muro

Fuente: SAP2000


Se procede a seleccionar las características de estos elementos en la ventana Shell

Section Data, como es material sección.

Figura 33 Definición de características para los elementos Área

Fuente: SAP2000


92

Importar los elementos de la estructura al programa SAP2000.

Seleccionamos la opción de importar en el formato en el que se guardó en

AutoCAD (DXT), se selecciona la dirección en el plano Z y se procede a la

selección de elemento por elemento para la importación.

Conforme se van importando los elementos del programa AutoCAD se va

asignando las características de secciones que anteriormente la se definieron

(vigas, columnas, nervios X, Y, loseta, losa de grada, muro).

Figura 34 Importación de los Elementos Frame y Shell del Edificio de Economía

Bloque B en el programa SAP2000

Fuente: SAP2000


93

Figura 35 Vista de todos los Elementos Edificio de Economía Bloque B en el

programa SAP2000 v15.1.0

Fuente: SAP2000


Definición de Cargas

Para la definición de cargas se sigue el procedimiento Define – Load Patterns el

programa genera una ventana donde se procede a definir el nombre y tipo de

carga.

Las cargas que se usan en el modelo son: Peso Propio, Carga Muerta, Carga Viva,

Sismo en X y, Y positivo y negativo, Carga de Suelo.

94

Figura 36 Generación de cargas en el modelo matemático

Fuente: SAP2000


Definición del Espectro de Diseño.

Para proceder con este paso nos dirigimos al menú Define – Functions –

Response Spectrum despliega una ventana que nos ayuda en la creación del

espectro de diseño de acuerdo a las características en las que se encuentra la

estructura, seleccionamos la obcion From File y damos clic en la opción Add

New Function, se despliegara una nueva ventana en la que nos permite subir el

espectro de diseño previamente transformado a formato TXT.

Figura 36 Menú para la definición de un espectro de diseño

Fuente: SAP2000


95

El espectro que se subió al modelo matemático se lo realizo de acuerdo a lo que

indica la Norma Ecuatoriana de la Construcción.

Figura 38 Espectro de diseño para el modelo matemático

Fuente: SAP2000


Definición de los casos de cargas

Cuando se realiza la modelación de una estructura en el programa SAP2000 es

importante definir los casos de carga que se usaran en el análisis, para lo cual nos

dirigimos al menú Define – Load Case aparece una ventana que nos permite

crear ó modificar distintos casos de cargas.

En esta ventana elegimos la opción Add New Load Case para seguir definiendo

los diferentes casos de cargas a emplearse en el modelo matemático.

96

Figura 39 Menú para definir los casos de carga

Fuente: SAP2000


Definición de Combinaciones de Cargas

Siguiendo con el proceso es necesario definir las combinaciones de cargas que se

deben analizar de acuerdo a lo que indica la norma, para ello nos dirigimos al

menú Define – Load Combinations aparece una ventana que nos permite la

creación de nuevos combos escogiendo la opción Add Default Design Combos, a

más de estos, es necesario crear los combos que la Norma Ecuatoriana de la

Construcción indica para ello elegimos la opción Add New Combo.

97

Figura 40 Menú para definir Combos para el análisis

Fuente: SAP2000


Según indica la norma se ingresaron 2 combinaciones de carga que considera los

esfuerzos admisibles, que se transforman en 8 combinaciones ya que se tiene

Sismo X+, X-, Sismo Y+, y-.

Combo 1: 1.1 (D+0.25L)+Sx+ Combo 2: 1.1 (D+0.25L)+Sx-

Combo 3: 1.1 (D+0.25L)+Sy+ Combo 4: 1.1 (D+0.25L)+Sy-

Combo 5: 0.9 (D+0.25L)+ Sx+ Combo 6: 0.9 (D+0.25L)+ Sx-

Combo 7: 0.9 (D+0.25L)+ Sy+ Combo 8: 0.9 (D+0.25L)+ Sy-

Y conforme a la teoría de la última resistencia se agregan los combos:

Combo 9: 1.4D

Estos valores de ingresan entrando a la ventana Load Combination Data en donde

se nos permite modificar el nombre de la combinación, e ingresar los factores por

el cual será afectada la carga.

98

Figura 41 Menú para definir los valores de las combinaciones de carga

Fuente: SAP2000


Asignar cargas a la estructura

A la estructura se le deberán asignar Carga Viva de acuerdo a lo que estipula la

norma, y Carga Muerta.

Esto se realiza seleccionado el elemento loseta donde se asignaran estas cargas,

así mismo en la losa de grada, como se menciona en este proyecto la carga viva

que se asigno es de 0.2T/m2 y en el pasillo de 0.48 T/m2, mientras que para la

carga muerta se asignan los siguientes valores:

CARGA MUERTA BLOQUE B

POR PISO

Piso 1 0.2275266

Piso 2 0.325321

Piso 3 0.274526

Piso 4 0.313013

Cubierta 0.095

CARGA MUERTA BLOQUE

PASILLO POR PISO

Piso 1 0.284024

Piso 2 0.2618091

Piso 3 0.2795547

Cubierta 0.095

99

En el programa SAP2000 nos dirigimos al menú Select- Propieties- Area Section

aparecerá un menú que nos permite seleccionar el elemento al cual vamos a

asignar la carga.

Figura 42 Selección de elementos al cual se asignara las respectivas cargas

Fuente: SAP2000


Una vez seleccionados los elementos se procede a la asignación de carga para lo

cual nos dirigimos al menú Assing- Area Loads- Uniform (Shell), se despliega

una ventana en la que nos permite colocar las cargas a los elementos.

Figura 43 Asignar Cargas a los elementos

Fuente: SAP2000


100

Para que el programa SAP2000 asigne el peso de todos los elementos

estructurales (Columnas, Vigas, Losas, Nervios) para el cálculo, es necesario

dirigirnos al menú Define- Mass Source, en la ventana que aparece es necesario

asignar con un factor de 1 a la Carga muerta.

Figura 44 Menú Mass Source para asignación de pesos a los elementos

estructurales

Fuente: SAP2000


Análisis de la estructura

Una vez que se definió toda la geometría y características de la estructura se

procede a realizar el análisis estructural. Para lo cual elegimos el menú Analysis –

Set Analysis Options, aparece una ventana en la cual debeos elegir la opción

Space Frame, esto es debido a que el análisis es estructural.

101

Figura 45 Análisis estructural

Fuente: SAP2000


El proceso de análisis estructura concluye una vez que nos dirigimos al menú

Analyze elegimos la opción Run Analysis, aparece una ventana que contiene

todos los estados de carga que serán analizados finalizamos escogiendo la opción

Run Now.

Figura 46 Menú para que el programa empiece a correr el programa.

Fuente: SAP2000


102

Cuando el programa finaliza el análisis aparecerá el siguiente cuadro:

Figura 47 Ventana que indica la finalización del análisis estructural

Fuente: SAP2000


Una vez que se realizó todo el proceso se procede ya a realizar un análisis de los

resultados que arroja el programa.

4.9. Análisis de Resultados.

La estructura principal del Bloque B de la Facultad de Ciencias Económicas de la

Universidad Central del Ecuador, posee un sistema estructural de pórticos

espaciales de hormigón armado, con vigas T peraltadas, en los dos sentidos de

toda la edificación, como se observa en la figura 48 el modelo matemático de la

estructura.

Mientras que el bloque de pasillo de la Facultad de Economía posee un sistema

estructural de pórticos espaciales de hormigón armado, con vigas rectangulares

103

peraltadas, en ambos sentidos de la estructura, como se observa en la figura 49 el

modelo matemático.

Figura 48 Modelo matemático de la estructura principal Bloque B de la Facultad

de Ciencias Económicas de la Universidad Central del Ecuador

Fuente: SAP2000


104

Figura 49 Modelo matemático del Bloque de Pasillo de la Facultad de Ciencias

Económicas de la Universidad Central del Ecuador

Fuente: SAP2000


4.9.1. Modos de Vibración.

Para realizar el análisis dinámico se requiere de manera fundamental realizar el

análisis modal de la estructura, que es la representación de los “modos” o formas

en los que la estructura podría vibrar frente a la presencia una determinada

excitación sísmica.

Estos modos se encuentran sujetos a la masa que se definió de las acciones a las

que se encuentra sujeta la estructura.

105

En nuestro análisis se realiza tres grados de libertar por planta, pero claramente se

observa que el primer modo de vibración representara el más destructivo, de

hecho se considera que coincide con la frecuencia natural de la edificación, es

decir representa la respuesta principal de la estructura.

En la tabla 33 se indican los periodos de vibración de la estructura principal

Bloque B y bloque de pasillo, que se obtuvieron mediante el programa

computacional SAP2000, en donde se muestra que el primer modo de vibración

(Periodo Fundamental de la Estructura) es T=0.9852s mientras que el calculado

mediante la NEC-15 Ta= 0.717352 s calculo que se presentó en la Tabla 31, para

el Bloque principal Bloque B, mientras que para el pasillo se conoce que

T=0.65628 mientras que Ta= 0.6243 calculo que se presentó en la tabla 31.

De acuerdo a esto podemos decir que los bloques tanto Principal (Bloque B) como

el de pasillo, presenta comportamiento inadecuado ante la presencia de un evento

extremo.

A más de esto se indica que el Periodo Fundamental de la Estructura posee una

Frecuencia Propia Fundamental de f= 1.15 Hz para el bloque B, y para el bloque

de pasillo f=1.523 Hz este valor debido a que la energía que se requiere para

deformar la estructura va a ser menor en el primer piso. De acuerdo a esto

podemos decir que mientas mayor participación de masa se tenga menor va a ser

la frecuencia.

De acuerdo a los modos de vibración en la tabla 34 se muestra los periodos y

frecuencias de los dos bloque analizados.

106

Tabla 33 Periodos y Frecuencias de la Estructura principal Bloque B y Bloque

pasillo de la Facultad de Economía de la Universidad Central del Ecuador.

Bloque Principal (Bloque B) Bloque Pasillo

Número de

modo

Periodo Frecuencia Número

de modo

Periodo Frecuencia

Seg Hz Seg Hz

Modo 1 0.985198 1.8962 Modo 1 0.655894 1.5246

Modo 2 0.930028 3.0308 Modo 2 0.509231 1.9637

Modo 3 0.527368 3.2483 Modo 3 0.443101 2.2568

Modo 4 0.329946 3.4788 Modo 4 0.212069 4.7155

Modo 5 0.307852 3.4965 Modo 5 0.154114 6.4887

Modo 6 0.287458 3.5024 Modo 6 0.143865 6.951

Modo 7 0.285997 3.5164 Modo 7 0.122591 8.1572

Modo 8 0.285518 3.5294 Modo 8 0.093916 10.648

Modo 9 0.284382 3.5492 Modo 9 0.083906 11.918

Modo 10 0.283336 3.5522 Modo 10 0.081281 12.303

Modo 11 0.281756 3.5638 Modo 11 0.073416 13.621

Modo 12 0.281518 3.5802 Modo 12 0.069759 14.335

Modo 13 0.280599 3.5931

Modo 14 0.279312 3.6453

Modo 15 0.278308 3.6591

Fuente: SAP2000


Como se puede observar en la tabla 35 se indica los modos de vibración para el

bloque principal bloque ve siendo el Primer modo de Vibración, posee una

participación de 74.3487 % con movimiento translacional en sentido X en la

masa de la estructura, mientras que en torsión posee un 34.4427% de la masa de

la estructura en sentido Z, de igual manera en la tabla 36 se observa los modos de

vibración para el bloque de pasillo.

107


estructura principal Bloque B de la Facultad de Economía

MODO Periodo TRAS

X

TRAS

Y

TRAS

Z

ROT

X

ROT

Y

ROT

Z

Sin Unidad Seg % Masa % Masa %Masa % Masa % Masa % Masa

MODO 1 0.943935 74.3487 0.948 0.0013 0.3998 33.3411 34.4427

MODO 2 0.925394 75.472 52.9312 0.0015 21.213 33.8575 34.9878

MODO 3 0.513195 75.4772 62.9915 0.0021 27.136 33.8688 57.9299

MODO 4 0.317506 87.5026 63.0797 0.021 27.1586 33.8697 63.3289

MODO 5 0.30639 87.6879 71.404 0.0589 27.2151 33.874 63.5395

MODO 6 0.281286 87.6879 71.4066 0.1973 27.5807 33.9084 63.5436

MODO 7 0.280779 87.6899 71.4072 0.7482 27.7671 34.0698 63.5473

MODO 8 0.279082 87.7096 71.4081 1.1051 28.126 34.698 63.5523

MODO 9 0.278045 87.7096 71.4107 1.1117 28.1324 34.7027 63.5524

MODO 10 0.277381 87.7098 71.412 1.1322 28.1431 34.7745 63.5528

MODO 11 0.276672 87.7098 71.4136 1.1551 28.1525 34.8166 63.5528

MODO 12 0.275835 87.712 71.4153 1.1717 28.2869 35.024 63.5534

MODO 13 0.274923 87.7174 71.4165 1.1807 28.9555 35.1707 63.5554

MODO 14 0.27448 87.7205 71.4225 1.1807 28.9916 35.5291 63.5559

MODO 15 0.273389 87.7265 71.4271 1.182 29.1428 36.2688 63.5574

Fuente: SAP2000


108


estructura Bloque Pasillo de la Facultad de Economía

MODO Periodo TRAS

X

TRAS

Y

TRAS

Z

ROT X ROT Y ROT Z

Sin

Unidad

Seg %Masa %Masa %Masa %Masa %Masa %Masa

MODO 1 0.655894 87.567 93.438 0.000 94.092 77.276 51.666

MODO 2 0.509231 87.567 93.438 0.000 94.092 77.276 57.907

MODO 3 0.443101 87.567 93.438 0.000 94.092 77.276 92.795

MODO 4 0.212069 87.567 99.308 0.000 96.041 77.276 96.041

MODO 5 0.154114 97.153 99.308 0.000 96.041 77.419 96.725

MODO 6 0.143865 97.153 99.308 0.000 96.041 77.419 99.057

MODO 7 0.122591 97.153 99.920 0.000 96.153 77.419 99.395

MODO 8 0.093916 97.153 99.999 0.000 96.206 77.419 99.439

MODO 9 0.083906 97.153 99.999 0.000 96.206 77.419 99.746

MODO 10 0.081281 99.470 99.999 0.000 96.206 77.606 99.912

MODO 11 0.073416 99.470 99.999 4.893 96.313 78.289 99.912

MODO 12 0.069759 99.470 99.999 6.644 96.352 78.534 99.912

Fuente: SAP2000


En la figura 50 se observa el primer modo de vibración de la estructura principal

Bloque B de la Facultad de Economía de la Universidad Central del Ecuador

Mientras que en la figura 51 se muestra el primer modo de vibración del bloque

de pasillo.

109

Figura 50 Primer Modo de Vibración de la Estructura Principal Bloque B de la


Fuente: SAP2000


Figura 51 Primer Modo de Vibración de la Estructura Bloque Pasillo de la


Fuente: SAP2000


110

Una vez analizado el Periodo Fundamental de la Estructura es necesario el

chequeo del Cortante Basal manualmente calculado mediante la Norma

Ecuatoriana de la Construcción NEC-15 y el que se obtuvo respectivamente

mediante el programa computacional SAP2000.

De la Norma Ecuatoriana de la Construcción se calculó el valor del Cortante

Basal para las estructuras mediante la siguiente expresión:

𝑽 =𝑰 ∗ 𝑺𝒂(𝑻𝒂)

𝑹 ∗ ∅𝑷 ∗ ∅𝑬∗ 𝑾


𝑉 =1.3 ∗ 1.083

8 ∗ 1 ∗ 0.9∗ 𝑊

𝑉 =1.3 ∗ 1.416

8 ∗ 1 ∗ 0.9∗ 𝑊

V=0.1956W V= 0.1934W

El peso se calculó de acuerdo a la información que se posee de la estructura así

como lo observado en las visitas que se realizó a la edificación, en la tabla 36 se

indica los valores que se usaron.

Tabla 36 Peso de la Estructura principal Bloque B, y bloque Pasillo de la


Bloque B Bloque Pasillo VALOR VALOR

NUMERO DE PISO TON NUMERO DE PISO TON

Piso 1 430.04992 Piso 1 20.431432

Piso 2 641.6139 Piso 2 19.755432

Piso 3 585.5444 Piso 3 20.295432

Piso 4 457.0956 Cubierta 14.679432

Cubierta 344.8758 Columnas y Vigas 15.032346

Columnas y Vigas 491.83592 TOTAL 90.194074

TOTAL 2951.0155


111

De acuerdo a este dato se determina que:

Tabla 37 Calculo teórico del Cortante Basal

𝑽 =𝑰 ∗ 𝑺𝒂(𝑻𝒂)

𝑹 ∗ ∅𝑷 ∗ ∅𝑬∗ 𝑾


V=0.1956W V= 0.1934W

V=577.288 V=17.4471


Anteriormente se mostró los valores que se usaron para este cálculo (Tabla 32)

Mientras que el software SAP2000 nos indica el siguiente valor:

Figura 51 Base Reaccion de la estructura principal Bloque B

Fuente: SAP2000


Figura 52 Base Reacción del Bloque Pasillo

Fuente: SAP2000


112

Teniendo como resultado final lo siguiente:

Tabla 38 Calculo del Cortante Basal con el programa SAP2000


𝑽 = 𝟓𝟖𝟓. 𝟕𝟗𝟔𝟏𝑻𝒐𝒏 𝑽 = 𝟏𝟕. 𝟕𝟕𝟐𝟓𝑻𝒐𝒏

Porcentaje de diferencia con respecto

a la NEC: 1.453%

Porcentaje de diferencia con respecto

a la NEC: 1.831%

4.9.2 Chequeo de Derivas de Piso.

En una edificación siempre es fundamental el chequeo de las derivas que

presentara la estructura ante la presencia de un evento extremo, es por ello que la

Norma Ecuatoriana de la Construcción indica que la deriva de cualquier piso no

deberá exceder los límites de deriva inelástica para el caso de estructuras

conformadas por hormigón armado ΔΜ máxima no excederá 0.02.

En la figura 52 se muestra el pórtico en el que se realizó el análisis de derivas de

piso ya que se encontraron las derivas más críticas, del Bloque Principal (Bloque

B) mientras que en la figura 53 encontramos el pórtico que se analizó del Bloque

pasillo de igual manera fue analizado ya que se encuentra las derivas más críticas.

Figura 52 Pórtico analizado del Bloque principal (Bloque B)

Fuente: AutoCAD


113

Figura 53 Pórtico analizado del Bloque pasillo

Fuente: AutoCAD


114

En la tabla 39 se observa los valores y análisis de derivas de pórtico

Tabla 39 Derivas de piso Bloque Principal (Bloque B)- Pórtico crítico P

iso

Alt

ura

En

trep

iso

DE

RIV

A

MÁ

XIM

A

Ca

so

DE

RIV

A

EL

ÁS

TIC

A

DE

RIV

A

INE

LÁ

ST

I

CA

RE

SU

LT

AD

O

m m m

Pis

o 1

3.47 0.02 Sx+ 0.002 0.010 OK Sx- 0.002 0.011 OK Sy+ 0.002 0.012 OK Sy- 0.002 0.014 OK

NEC X 0.001 0.004 OK NEC Y 0.001 0.008 OK

Pis

o 2

3.47 0.02 Sx+ 0.028 0.028 NOPASA Sx- 0.030 0.030 NOPASA Sy+ 0.005 0.032 NOPASA Sy- 0.006 0.037 NOPASA

NEC X 0.012 0.012 OK NEC Y 0.004 0.022 NOPASA

Pis

o 3


NEC X 0.003 0.021 NOPASA NEC Y 0.006 0.037 NOPASA

Pis

o 4



Pis

o 5



Fuente: SAP2000


115

Obteniéndose la deriva máxima:

𝑫𝒆𝒓𝒊𝒗𝒂 𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂 = 𝟎. 𝟎𝟖𝟗 𝒎

Que representa un 8.9% de deriva con respecto a la altura de entrepiso.

Para el bloque de pasillo se expresan las máximas derivas en la tabla 40

Tabla 40 Resumen de derivas de piso del Bloque de Pasillo

Pis

o

Alt

ura

En

trep

iso

DE

RIV

A

MÁ

XIM

A

Ca

so

DE

RIV

A

EL

ÁS

TIC

A

DE

RIV

A

INE

LÁ

ST

I

CA

RE

SU

LT

AD

O

m m m

Pis

o 1

4.46 0.02 Sx+ 0.001 0.006 OK Sx- 0.001 0.007 OK Sy+ 0.002 0.015 OK Sy- 0.002 0.013 OK

NEC X 0.001 0.006 OK NEC Y 0.002 0.014 OK

Pis

o 2

3.47 0.02 Sx+ 0.002 0.012 OK Sx- 0.002 0.013 OK Sy+ 0.003 0.020 NOPASA Sy- 0.004 0.023 NOPASA


Pis

o 3

3.47 0.02 Sx+ 0.003 0.017 OK Sx- 0.003 0.018 OK Sy+ 0.004 0.026 NOPASA Sy- 0.005 0.030 NOPASA


Pis

o 4

3.47 0.02 Sx+ 0.003 0.020 OK Sx- 0.003 0.020 NOPASA Sy+ 0.005 0.029 NOPASA Sy- 0.006 0.033 NOPASA


Fuente: SAP2000


116

Siendo la máxima:

𝑫𝒆𝒓𝒊𝒗𝒂 𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂 = 𝟎. 𝟎𝟑𝟑 𝒎


4.9.3 Chequeo de deflexiones

Conocemos que las deflexiones son las deformaciones que sufren los elementos al

ser sometidos a flexión por la acción de cargas perpendiculares al plano de la

estructura, presentándose en los elementos de hormigón armado en forma de

agrietamientos.

De acuerdo a lo establecido en la Norma Ecuatoriana de la Construcción, se debe

cumplir lo estipulado en la ACI 318-08 en la sección 9.5 sobre Control de

Deflexiones, indicando la deformación máxima permitida de acuerdo al caso.

En la figura 54 se indica las deflexiones más críticas las mismas que se ubicaran

en el volado que posee la estructura principal Bloque B de la Facultad de

Economía de la Universidad Central del Ecuador.

117

Figura 54 Deflexiones de la Estructura Principal Bloque B de la Facultad de

Economía de la Universidad Central del Ecuador.

Fuente: SAP2000


Conforme a lo indicado el procedimiento para el cheque de deflexiones más

críticas es el siguiente:

Deflexión máxima admisible calculada

∆𝑚𝑎𝑥.𝑎𝑑𝑚=𝐿

480

∆𝑚𝑎𝑥.𝑎𝑑𝑚=2700

480

∆𝑚𝑎𝑥.𝑎𝑑𝑚= 5.63 𝑚𝑚

118

Deflexión de la estructura

Deflexión Instantánea

Con el Software SAP2000 se obtuvo las deflexiones instantáneas, las cuales

eligiéndose las más críticas se muestran en las figuras 54 y 55 donde hay

presencia de volado.

Los valores que indica el programa son:

∆𝑖𝐶𝑀= 0.3532𝑚𝑚

∆𝑖𝐶𝑣= 0.3136𝑚𝑚

∆𝑖𝐶𝑀 + ∆𝑖𝐶𝑣= 0.6668𝑚𝑚

Figura 55 Deflexiones por Carga Muerta, en el punto crítico en el volado en el

nivel N +6.94.

Fuente: SAP2000


Figura 56 Deflexiones por Carga Viva, en el punto crítico en el volado en el nivel

N +6.94.

Fuente: SAP2000


119

Con estos valores de deformación instantánea procedemos al cálculo de la

deflexión a largo plazo, usando la siguiente expresión:

∆𝐿𝑃= 𝜆 ∗ ∆𝑖𝐶𝑆

Dónde:

ΔiCS Deformación Instantánea debido a la carga sometida

λ Factor que está en función del tiempo.

𝜆 =𝜉

1 + 50𝜌′

Dónde:

ξ Factor que depende del tiempo que se mide a partir del desencofrado del

elemento estructural.

Según la ACI 318-08 indica que:

TIEMPO ξ

5 años o mas 2.0

12 meses 1.4

6 meses 1.2

3 meses 1

ρ’ Porcentaje de acero comprimido en el centro de la luz para tramos simples

y continuos, y en el apoyo para voladizos.

Para el edificio principal Bloque B se dispuso lo siguiente:

Viga T en el volado

ξ = 2.0

ρ’ =𝐴𝑠′

𝑏𝑑

Con la información que se obtuvo de los planos estructurales de la edificación:

As’= 8ϕ25mm= 19.63 cm2

120

ρ’ =39.26

80 ∗ 73.75

𝛒’ = 𝟔. 𝟔𝟓𝟒 ∗ 𝟏𝟎−𝟑

𝜆 =2.0

1 + 50 ∗ 6.654 ∗ 10−3

𝝀 = 𝟏. 𝟓𝟎𝟏

∆𝐿𝑃= 1.501 ∗ 0.6668

∆𝑳𝑷= 𝟏. 𝟎𝟎𝟏 𝒎𝒎

Deflexión Total

∆𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= ∆𝑖𝐶𝑀+𝐶𝑉 + ∆𝐿𝑃

∆𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= 0.6668 + 1.001

∆𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍= 𝟏. 𝟔𝟔𝟗 𝒎𝒎

∆𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍< ∆𝒎𝒂𝒙.𝒂𝒅𝒎

𝟏. 𝟔𝟔𝟗 < 𝟓. 𝟔𝟑 𝑶𝑲

De igual manera se procede a realizar un análisis para una viga en sentido Norte-

Sur y Este Oeste del bloque principal Bloque B, considerándose que tanto el

armado como el distanciamiento entre apoyos es el mismo se considera este

análisis para ambos sentidos.



480


480



121


Deflexión generada en la viga en sentido Norte-Sur, en las figuras 56 y 57 se

muestra las deflexiones que generan la carga muerta y la carga viva.


∆𝑖𝐶𝑀= 2.286𝑚𝑚

∆𝑖𝐶𝑣= 2.002𝑚𝑚

∆𝑖𝐶𝑀 + ∆𝑖𝐶𝑣= 4.288𝑚𝑚

Figura 57 Deflexiones por Carga Muerta para Viga en el sentido Norte- Sur, nivel

N +6.94, para el bloque B.

Fuente: SAP2000


Figura 58 Deflexiones por Carga Viva para Viga en el sentido Norte- Sur, nivel

N +6.94, para el bloque B.

Fuente: SAP2000




122


Dónde:



𝜆 =𝜉

1 + 50𝜌′

Dónde:




TIEMPO ξ

5 años o mas 2.0

12 meses 1.4

6 meses 1.2

3 meses 1



Para el edificio principal Bloque B se dispuso lo siguiente:

Viga T y Viga Rectangular

ξ = 2.0

ρ’ =𝐴𝑠′

𝑏𝑑


As’= 8ϕ25mm= 39.26 cm2

ρ’ =39.26

80 ∗ 73.75

123

𝛒’ = 𝟔. 𝟔𝟓𝟒 ∗ 𝟏𝟎−𝟑

𝜆 =2.0

1 + 50 ∗ 6.654 ∗ 10−3

𝝀 = 𝟏. 𝟓𝟎𝟏

∆𝐿𝑃= 1.501 ∗ 4.288

∆𝑳𝑷= 𝟕. 𝟑𝟐𝟑 𝒎𝒎

Deflexión Total


∆𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= 7.323 + 4.288

∆𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍= 𝟏𝟏. 𝟔𝟏𝟏 𝒎𝒎


𝟏𝟏. 𝟔𝟏𝟏 < 𝟏𝟖. 𝟕𝟓 𝑶𝑲

Para el análisis del bloque Pasillo realizamos el procedimiento para la viga en

sentido Este-Oeste.



480


480




Deflexión generada en la viga en sentido Norte-Sur, en las figuras 58 y 59 se

muestra las deflexiones que generan la carga muerta y la carga viva.

124


∆𝑖𝐶𝑀= 0.752𝑚𝑚

∆𝑖𝐶𝑣= 1.199𝑚𝑚

∆𝑖𝐶𝑀 + ∆𝑖𝐶𝑣= 1.951𝑚𝑚

Figura 59 Deflexiones por Carga Muerta para Viga en el sentido Este Oeste nivel

N +11.40, para el Bloque de Pasillo

Fuente: SAP2000


Figura 60 Deflexiones por Carga Viva para Viga en el sentido Este- Oeste nivel

N +11.40, para el Bloque de Pasillo

Fuente: SAP2000





125

Dónde:



𝜆 =𝜉

1 + 50𝜌′

Dónde:




TIEMPO ξ

5 años o mas 2.0

12 meses 1.4

6 meses 1.2

3 meses 1



Para el Bloque de pasillo se dispuso lo siguiente:

Viga Rectangular

ξ = 2.0

ρ’ =𝐴𝑠′

𝑏𝑑


As’= 4ϕ25mm= 19.63 cm2

ρ’ =19.63

80 ∗ 73.75

𝛒’ = 𝟑. 𝟑𝟐𝟕 ∗ 𝟏𝟎−𝟑

126

𝜆 =2.0

1 + 50 ∗ 3.327 ∗ 10−3

𝝀 = 𝟏. 𝟕𝟏𝟒𝟕

∆𝐿𝑃= 1.7147 ∗ 1.951

∆𝑳𝑷= 𝟐. 𝟔𝟖𝟐 𝒎𝒎

Deflexión Total


∆𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙= 2.951 + 1.951

∆𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍= 𝟒. 𝟔𝟑𝟑 𝒎𝒎


𝟒. 𝟔𝟑𝟑 < 𝟖. 𝟕𝟓 𝑶𝑲

A continuación en la tabla 41 se indica las vigas que se analizaron y si las mismas

cumplen o no los parámetros estudiados.

Tabla 41 Resumen del chequeo de deflexiones estructura principal (Bloque B)

Viga

∆𝒎𝒂𝒙.𝒂𝒅𝒎 ∆𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍

RESULTADO mm mm

Viga - Volado N+6.94 5.63 1.669 CUMPLE

Viga- sentido Norte-Sur

N+6.94

18.75 11.611 CUMPLE


127

Para el caso del bloque de pasillo se muestra el análisis de la viga con mayor luz

Tabla 42 Resumen del chequeo de deflexiones Bloque de Pasillo

Viga

∆𝒎𝒂𝒙.𝒂𝒅𝒎 ∆𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍

RESULTADO mm mm

Viga – sentido

Este-Oeste

N+11.40

8.75 4.633 CUMPLE


4.10. Chequeo de los principales Elementos Estructurales.

Vigas.

Chequeo ancho mínimo

Las vigas son los elementos que soportan flexión por lo que deberán cumplir los

parámetros que exige la Norma Ecuatoriana de la Construcción vigente, los

mismos que se indica a continuación en la figura 61.

Figura 61 Características de los elementos sometidos a flexión

Fuente: (Norma Ecuatoriana de la Construcción, NEC-SE-HM, 2015)

128

La estructura tiene vigas con las siguientes características



Viga Este-Oeste: Viga Rectangular Peraltada

b=40; h= 50cm +30cm (losa)= 80cm

De acuerdo a lo que indica la norma las vigas cumplen con el ancho mínimo de

base.

Chequeo de estribos por confinamiento

De acuerdo a la información obtenida por los planos estructurales tanto para las

vigas del bloque principal Bloque B como para las del Bloque del pasillo, posee

estribos de diámetro igual a 8mm.

La Norma Ecuatoriana de la Constricción indica que el diámetro mínimo para el

confinamiento deberá ser al menos de 10mm.

Pero se conoce que bajo los parámetros en los que fue construida si cumplía.

La figura 62 expresa lo separación entre estribos que deberá cumplir una viga, con

esto se analizara la información que los planos nos indica.

Figura 62 Separación entre estribos


129

Los Planos estructurales indican que los estribos de los elementos sometidos a

flexión (Vigas) del bloque principal Bloque B, se encuentran separados a 10 y 20

cm.

Los cálculos se realizan en la tabla 43.

Tabla 43 Separación entre estribos de las vigas del bloque Principal (Bloque B)

Sección de la Viga d 2h d/4

6ϕmenor

20cm

2/d

b=60 cm, Tw=40; h=

80cm

73.75cm 160cm 18.43cm

15cm

20

36.875

b=40 cm; h= 80cm

73.75cm 160cm 18.43cm

15cm

20

36.875


De igual forma para el bloque de pasillo los planos indican que las vigas que

conforman esta estructura se encuentran separados a 10 y 20 cm.

Los cálculos se realizan en la tabla 44

Tabla 44 Separación entre estribos de las vigas del bloque de pasillo

Sección de la Viga d 2h d/4

6ϕmenor

20cm

2/d

b=30; h= 80cm

73.75cm 160cm 18.43cm

15cm

20

36.875


130

De acuerdo a lo calculado se determina que la separación por confinamiento para

ambos bloques cumple con los parámetros que indica la norma.

Columnas

Chequeo del ancho mínimo

Las columnas son los elementos que en una estructura se encuentran sometidos a

flexo-compresión, según la NEC-15 que: “La dimensión más pequeña de la

sección transversal, medida sobre una línea recta que pasa por su centroide

geométrico, no sea menor que 300 mm.” (Norma Ecuatoriana de la Construcción,

NEC-SE-HM, 2015)

Con lo expuesto se determina que las columnas que forman parte de la estructura

del bloque principal (Bloque B), así como las de bloque pasillo cumplen con lo

requerido, ya que se tiene las siguientes dimensiones:

Columna de 60x60 y 70x70 y 30x30 en el bloque principal Bloque B.

Columna de 60x30 en el bloque de pasillo.

Chequeo del refuerzo transversal, confinamiento

La NEC-15 en su capítulo NEC-SE-HM, indica los parámetros que se deben

cumplir en lo que respecta al confinamiento en los elementos que se encuentran

sometidos a flexo-compresión es decir las columnas, en la figura 63 se muestra

dicha información:

131

Figura 63 Separación de estribos en elementos sometidos a flexo-compresión


Con la información que se tiene por los planos estructurales se indica que la

separación entre estribos esta cada 20 y 30 cm en los dos bloques estudiados.

132

Cálculo

Tabla 45 Chequeo de la separación de estribos en las columnas del Bloque

principal (Bloque B) D

IME

NS

IÓN

AR

MA

DO

𝑳𝟎(𝒄𝒎)

s (cm)

RE

SU

LT

AD

O

hc

𝒉𝒏

𝟔

45cm

6db

10cm

70X70 16ϕ32 80

57.83

45

19.2

10

NO

CUMPLE

60X60 16ϕ32 80

57.83

45

19.2

10

NO

CUMPLE

60X60 16ϕ25 80

57.83

45

15

10

NO

CUMPLE

60X60 8ϕ25 80

57.83

45

15

10

NO

CUMPLE

30X30 4ϕ16 80

57.83

45

9.6

10

NO

CUMPLE


133

Tabla 46 Chequeo de la separación de estribos en las columnas del Bloque de

pasillo.

DIM

EN

SIÓ

N

AR

MA

DO

𝑳𝟎(𝒄𝒎)

s (cm)

RE

SU

LT

AD

O

hc

𝒉𝒏

𝟔

45cm

6db

10cm

30X30 6ϕ22 80

57.83

45

13.2

10

NO

CUMPLE


De acuerdo a esta información se determina que el espaciamiento entre estribos en

las columnas tanto del bloque principal como del bloque B no cumple lo que

indica la Norma vigente en la actualidad. Pero posee los parámetros que exigía la

norma vigente cuando se realizó el diseño y construcción.

Chequeo del área de refuerzo de confinamiento

La Norma Ecuatoriana de la Construcción indica que el acero de refuerzo en

forma de estribos de confinamiento rectangulares no podrá ser menor que ninguna

de las siguientes expresiones:

𝐴𝑠ℎ = 0.3𝑠 𝑏𝑐 ∗ 𝑓′𝑐

𝑓𝑦𝑡[(

𝐴𝑔

𝐴𝑐ℎ) − 1]

𝐴𝑠ℎ = 0.09𝑠 𝑏𝑐 ∗ 𝑓′𝑐

𝑓𝑦𝑡

134

Tabla 47 Chequeo de refuerzo de confinamiento

DIMENSIONES 𝐴𝑠ℎ = 0.3

𝑠 𝑏𝑐 ∗ 𝑓′𝑐

𝑓𝑦𝑡[(

𝐴𝑔

𝐴𝑐ℎ) − 1] 𝐴𝑠ℎ = 0.09

𝑠 𝑏𝑐 ∗ 𝑓′𝑐

𝑓𝑦𝑡

70x70 𝐴𝑠ℎ = 0.3

20 ∗ 62.0 ∗ 240

4200[(

4900

3844) − 1]

𝐴𝑠ℎ

= 0.0920 ∗ 62.0 ∗ 240

4200

𝐴𝑠ℎ = 5.8396 𝑐𝑚2 𝐴𝑠ℎ = 6.377 𝑐𝑚2

60x60 𝐴𝑠ℎ = 0.3

20 ∗ 52.0 ∗ 240

4200[(

3600

2704) − 1]

𝐴𝑠ℎ

= 0.0920 ∗ 52.0 ∗ 240

4200

𝐴𝑠ℎ = 5.908 𝑐𝑚2 𝐴𝑠ℎ = 5.348 𝑐𝑚2

30x30 𝐴𝑠ℎ = 0.3

20 ∗ 22.0 ∗ 240

4200[(

900

484) − 1]

𝐴𝑠ℎ

= 0.0920 ∗ 22.0 ∗ 240

4200

𝐴𝑠ℎ = 6.483 𝑐𝑚2 𝐴𝑠ℎ = 2.263 𝑐𝑚2


Análisis:

Para las columnas de 70x70 se obtiene que el mayor valor es

Ash=6.377cm2, sin embargo las columnas poseen 3ϕ10mm, lo que indica

un área de 2.36cm2. Con esto se determina que las columnas de 70x70 NO

CUMPLEN con el refuerzo de confinamiento que indica la NEC vigente.


Ash=5.908cm2, sin embargo las columnas poseen 3ϕ10mm, lo que indica

un área de 2.36cm2. Con esto se determina que las columnas de 60x60 NO



Ash=6.483cm2, sin embargo las columnas poseen 1ϕ8mm, lo que indica un

área de 0.502cm2. Con esto se determina que las columnas de 60x60 NO


135

Figura 64 Elementos que fallan en la estructura principal Bloque B

Fuente: SAP2000

136

Figura 65 Principales elementos que fallan en la estructura principal Bloque B,

vista de los pórticos.

Fuente: SAP2000

137

Tabla 48 Columnas que fallan en la estructura principal Bloque B

N° SECCIÓN NIVEL TIPO DE PROBLEMA

60X60 N+3.47 E8

La columna falla porque no posee una

sección suficiente que pueda soportar las

cargas que solicita la edificación.

60X60 N+17.35 E8

La columna falla porque no cumple con un

diseño sismo-resistente adecuado.

30x30

Todos los

niveles

Columnas

Grada




60x60 N+17.35 E6



60X60

Todos los

niveles F8




70X70

N+3.47

F7 La columna falla porque no posee una


cargas que solicita la edificación. N+10.41

70X70 N+17.35 F7



60X60

N+6.94

F6 La columna falla porque no posee una



60x60 N+17.35 F6



60X60

Todos los

niveles F5




60X60

Todos los

niveles G8




60X60

N+6.94

G7 La columna falla porque no posee una



N+10.41

N+13.88

60x60 N+17.35 G7



60X60 N+10.41




60x60 N+17.35 G6



138

60X60

N+6.94




N+10.41

N+13.88

60x60 N+17.35 H8



60x60 N+10.41 H7



60x60 N+17.35 H7



60X60

N+6.94

H6 La columna falla porque no posee una



60x60 N+17.35 H6



60X60

Todos los

niveles F5





Figura 66 Elementos que fallan en la estructura Bloque de Pasillo

Fuente: SAP2000

139

Figura 67 Principales elementos que fallan en la estructura principal Bloque de

Pasillo, vista de los pórticos.

Fuente: SAP2000

Tabla 49 Columnas que fallan en la estructura principal Bloque de Pasillo

N° SECCIÓN NIVEL TIPO DE PROBLEMA

60X30 N+3.47

G'7',

G'7'',

H7',H7''





4.11. Alternativas de reforzamiento

Para combatir las problemáticas de la estructura debido a las falencias que

presentan los elementos sometidos a flexión y flexo-compresión, es importante

presentar ciertas alternativas que permitan combatir problemas que se fueron

descritos a lo largo del presente capitulo.

Proponer alternativas de reforzamiento permite determinar posibles soluciones

para falencias que presenta la edificación después de la aplicación, y así poder

soportar las solicitaciones que la Normativa vigente y la estructura presente un

140

comportamiento adecuado ante la presencia de un sismo, con el objeto de

salvaguardar la vida de sus ocupantes, y disminuir los daños estructurales y no

estructurales que se podrían presentarse.

Con esto se presentan algunas alternativas que se podrían usar:

4.11.1. Alternativa 1: Aumento de la sección de hormigón en las columnas

Las columnas son elementos que están sometidos a flexo-compresión y no

soportan las solicitaciones de la estructura así como presenta problemas en su

configuración, por lo que una alternativa puede ser el aumento de las mismas con

hormigón armado.

Este acrecimiento se deberá realizar en los cuatro lados de cada elemento, sin

embargo se deberá analizar si es económico y técnicamente factible.

Existen ciertas sugerencias para esta alternativa como: la relación entre la mayor y

menor dimensión de la columna ya aumentada no deberá ser matar a 0.4, pero se

debe considerar que el espesor mínimo del ampliación no deberá ser menor a 10

cm para lo que es concreto colocado en sitio y 4cm para el concreto lanzado.

Figura 68 Sección típica del aumento de hormigón en una columna.

Fuente: (Moreta Viscarra, 2015)

Para aumentar resistencia y rigidez de sección, se debe diseñar el acero

longitudinal se deberá diseñar para que alcance su esfuerzo de fluencia, implica

realizar un anclaje adecuado la retícula de la cimentación y la respectiva

141

continuidad a los sistemas de piso, para ello se de colocar el acero necesario para

flexión en las esquinas de la columna recrecida y de esta manera que las vigas

queden libres y solo sea necesario perforar la losa.

De acuerdo a esto se recomienda el aumento de sección en las columnas que

fallan de acuerdo a la información que se presentó en las tablas 48 y 49.

4.11.2. Alternativa 2: Paredes Enchapadas

Los elementos de concreto y de mampostería se pueden rehabilitar colocando

mallas metálicas o plásticas recubiertas con mortero o bien, encamisando o

recubriendo a los elementos con ferrocemento o con materiales plásticos

adheridos con resinas. (Norma Ecuatoria de la Construccion (NEC-SE-

VIVIENDA), 2015).

Mediante este método se busca rigidizar la estructura, por ello se recomienda que

la ubicación debe ser analizada cuidadosamente, para que las derivas de piso

propias de la edificación disminuyan considerablemente. Para ello se describe a

continuación el procedimiento.

1. Se deberá preparar las paredes que fueron seleccionadas para el

enchapado, empezando con la remoción de pintura macillado, a más de

esto se debe realizar el procedimiento en una franja de 5cm de ancho en el

contorno de la pared.

2. Se procede a picar de manera manual el enlucido de la pared hasta

conseguir que esta tenca hendiduras y la superficie tome forma rugosa,

esto con el objeto de que el mortero que se va a usar se adhiera sin

problemas

3. Se recomienda realizar los pasos anteriores con cautela, para evitar que la

mampostería (Bloques), de las paredes se rompan, a más de garantizar que

la superficie esté libre de cualquier impureza.

4. Se procede a realizar una perforación con la ayuda de un taladro de punta

diamante (Diámetro de ½) con una profundidad de 10 cm, en hilera con

142

forma paralela al plano de la pared a ser reforzada dentro de la franja de

5cm que se dejó como se indicó en el punto 1.

5. Unir la malla con la ayuda de perforaciones complementarias traspasando

la pared cuando se enchape por los dos lados, mientras que si en

enchapado es a un solo lado las perforaciones serán de una profundidad de

15cm.

6. Las varillas serán corrugadas con un diámetro de 10mm y 50 cm de

longitud, se colocarán en las perforaciones en la hilera y paralelas al plano

de la pared en la franca de 5cm, las mismas que servirán como chicotes.

7. En las perforaciones echas en la pared se procede a colocar varillas

corrugadas de 10mm de diámetro dobladas en “C” para la perforación al

igual que en las perforaciones a 15cm, se deberá verificar que dichos

agujeros se encuentren completamente limpios de impurezas para proceder

a la colocación de las varillas con epóxido.

8. Para finalizar se colocaran varillas como chicotes a una distancia de 50 cm

en la hilera y las varillas de 100mm colocadas como refuerzo en forma de

“C”, que se colocaran a una distancia de acuerdo a las necesidades de la

estructura.

4.11.3. Alternativa 3: Reforzamiento con Fibras de Carbono

El análisis estructural realizado permitió identificar que la edificación no cumple

con las solicitaciones que indica la normativa actual como es en corte,

confinamiento tanto para vigas como para columnas, con la ayuda del aumento de

sección de hormigón de las columnas o a su vez al usar el enchapado de paredes,

si a pesar de haber realizado estas recomendaciones para reforzamiento, es posible

el uso de fibras de carbono para lograr el cumplimiento de las solicitaciones.

La fibra de carbono es una firma sintética que está constituida por filamentos de

5-10 μm (micrómetro) de diámetro y compuesto principalmente como su nombre

lo indica.

143

Esta fibra sintética tiene propiedades mecánicas similares a las del acero pero es

tan ligera como la madera o plástico.

Se puede aplicar este refuerzo en vigas, en las cuales se necesita el incremento de

la resistencia de los refuerzos sometidos a flexión y corte, aumento de rigidez, así

como en columnas para aumentar añadir mayor rigidez, al igual que en las losas a

mas e la resistencia.

Existen que ofrece el uso de este material sintético, como son:

Aumento de la resistencia a otros elementos de la estructura, como son

concreto y acero.

Resistencia a los cambios de temperatura.

Es considerado un material muy ligero a comparación de otros métodos de

refuerzo.

Disminución en el tiempo de aplicación.

Posee una elevada capacidad de aislamiento térmico.

Procedimiento de aplicación:

1. Se procede a la reparación de daños que existan en el elemento que va a ser

reforzado, como con inyección de grietas, saneo de acero corroído, etc.

2. Definir y trazar las zonas de aplicación de las fibras de carbono.

3. Realizar la reparación de la superficie.

4. Se deberá realizar pruebas de adherencia.

5. Es importante la verificación de las condiciones de aplicación

6. Bajo ninguna circunstancia debe haber daños estructurales en el proceso.

144

Figura 69 Elementos estructurales en los que se puede aplicar las fibras de

carbono

Fuente: (SIKA, s.f.)

Tabla 50 Resumen de las alternativas nombradas


Nombre de reforzamiento Característica principal Tipo de

reforzamiento

Aumento de la sección de

hormigón en las columnas

Aumentar resistencia y rigidez de

sección

Reforzamiento

Local

Paredes Enchapadas Aumentar la rigidez de la estructura. Reforzamiento

Global

Reforzamiento con Fibras

de Carbono

incremento de la resistencia de los

refuerzos sometidos a flexión y corte

Reforzamiento

Local

145

Existen otras opciones para el reforzamiento entre las que se puede mencionar:

Pantallas de concreto reforzado.

Arriostramientos metálicos.

Encamisado de concreto o acero.

Placas metálicas.

Adición de perfiles metálicos.

Contrafuertes.

Postensado externo.

Uso de materiales compuestos por FRP.

Cada método tiene sus ventajas por lo que es importante el análisis del más

conveniente y elegirla de acuerdo a las características que necesite la estructura.

También se puede realizar una combinación en los reforzamientos que se

selecciones permitiendo así brindar la mejor solución a los requerimientos de la

estructura, brindando factibilidad, seguridad y economía.

4.11.4. Aplicación de una posible alternativa de reforzamiento

Al determinar que la edificación presenta problemas de rigidez global se procedió

a manera de ejemplo a aplicar la una posible solución, seleccionándose el método

de paredes enchapadas, esta alternativa podría aumentar hasta un 45% la rigidez

de la estructura.

Se colocó un muro de 15cm para la modelación ubicados en las zonas indicadas

en la figura 70.

En la figura 71 se observa el modelo realizado para el posterior análisis.

146

Figura 70 Ubicación de las zonas donde se ubica el muro para la modelación en

la edificación


Figura 71 Modelación de la alternativa de reforzamiento de paredes enchapadas

del Bloque Principal Bloque B

Fuente: SAP 2000

147

En la tabla 51 se observa la comparación de los periodos de vibración tanto el

obtenido en la estructura sin realizar el reforzamiento con el que se obtuvo

realizado el reforzamiento.

Tabla 51 Periodos de vibración de la edificación colocada el reforzamiento

Bloque Principal Bloque B

T (Dinámico) sin reforzamiento 0.944

T (Dinámico) con reforzamiento 0.489

Porcentaje de diferencia 51.8%

Fuente: SAP 2000


En la tabla 51 se presenta las derivas de piso del bloque principal bloque B

añadido la alternativa de reforzamiento de paredes enchapadas, en donde se

observa que las mismas disminuyen significativamente a comparación del análisis

realizado sin reforzamiento, y en su mayoría cumple con los requerimientos

establecidos por la norma.

Obteniéndose una deriva máxima en Sx+ y Sx- de:

𝑫𝒆𝒓𝒊𝒗𝒂 𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂 = 𝟎. 𝟎𝟐𝟐 𝒎


148

Tabla 52 Derivas de piso del Bloque principal Bloque B colocado el

reforzamiento

Pis

o

Alt

ura

En

trep

iso

DE

RIV

A

MÁ

XIM

A

Ca

so

DE

RIV

A

EL

ÁS

TIC

A

DE

RIV

A

INE

LÁ

ST

I

CA

RE

SU

LT

AD

O

m

m

m

Pis

o 1

3.47 2% Sx+ 0.000 0.003 OK

Sx- 0.000 0.003 OK

Sy+ 0.000 0.000 OK

Sy- 0.000 0.000 OK

NEC X 0.000 0.001 OK

NEC Y 0.000 0.000 OK

Pis

o 2

3.47 2% Sx+ 0.028 0.007 OK

Sx- 0.030 0.007 OK

Sy+ 0.000 0.001 OK

Sy- 0.000 0.001 OK

NEC X 0.012 0.004 OK

NEC Y 0.000 0.000 OK

Pis

o 3

3.47 2% Sx+ 0.002 0.012 OK

Sx- 0.002 0.013 OK

Sy+ 0.000 0.001 OK

Sy- 0.000 0.001 OK

NEC X 0.001 0.007 OK

NEC Y 0.000 0.001 OK

Pis

o 4

3.47 2% Sx+ 0.003 0.017 OK

Sx- 0.003 0.018 OK

Sy+ 0.000 0.002 OK

Sy- 0.000 0.002 OK

NEC X 0.002 0.010 OK

NEC Y 0.000 0.001 OK

Pis

o 5

3.47 2% Sx+ 0.004 0.022 NOPASA

Sx- 0.004 0.022 NOPASA

Sy+ 0.000 0.003 OK

Sy- 0.000 0.003 OK

NEC X 0.002 0.012 OK

NEC Y 0.002 0.012 OK

Fuente: SAP 2000


149

5. CAPITULO V- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1.Conclusiones

En las visitas realizadas a la edificación se determinaron los aspectos

estructurales a estudiarse, así como se observó que posee irregularidad en

elevación, presentando problemas de columna corta, dificultades que

pueden ser muy perjudiciales ante la presencia de solicitaciones sísmicas.

Debido al alcance del proyecto no se realizaron ensayos por el alto costo

que éstos representan, por lo que el análisis se lo efectuó en función de los

datos de los planos estructurales proporcionados por el Departamento de

Planificación de la UCE, como se indica en los anexos y de los datos

obtenidos in situ, la estructura presenta deficiencias estructurales lo que

nos llevó a determinar, un grado elevado de vulnerabilidad, esto

asumiendo que la construcción del edificio de la Facultad de Economía

(Bloque B), se realizó de forma óptima, asumiendo que las propiedades

estructurales del edificio disminuyeron en la etapa de construcción el

grado de vulnerabilidad aumentaría.

La edificación posee vulnerabilidad ante la presencia de un evento

extremo tanto al realizar la evaluación rápida con la adaptación del

formato FEMA 154, así como al realizar el análisis de la estructura con el

programa computacional SAP2000 v15.1.0; éste último evidenció que se

presentan fallas en un alto porcentaje de los elementos estructurales, y no

cumple con las exigencias de la Norma Ecuatoriana de la Construcción

actual.

Con el programa computacional SAP2000 v15.1.0 se realizó el análisis

lineal, indicando que los elementos estructurales (vigas, columnas) del

edificio de la Facultad de Economía presentan fallas, generalmente son

elementos que se encuentran ubicados en los extremos de la estructura, y

en los niveles bajos, las fallas se presentan por: deficiente acero de

confinamiento, separación entre estribos, o a su vez por poseer una

sección insuficiente. Es importante tomar en cuenta que los diseños

fueron realizados con códigos de construcción vigentes en esa época, la

150

norma actual NEC-2015 es mucho más exigente que la usada en el diseño

original del edificio.

De acuerdo a los resultados obtenidos en el análisis que se realiza con el

programa computacional SAP2000 v15.1.0 se observa que la estructura

presenta problemas de rigidez global, por lo que se requiere el

reforzamiento de la estructura, sugiriendo la alternativa de reforzamiento

en función de este parámetro, determinándose que al usar el método de

paredes enchapadas disminuye los problemas que se presentan en la

edificación el periodo de vibración disminuye en un 51.8% y las derivas

cumplen con las exigencias de la normativa vigente en la actualidad.

5.2.Recomendaciones

Se recomienda realizar ensayos in situ que verifiquen las especificaciones

técnicas con las que se construyó la edificación, lo cual permitirá obtener

datos más exactos en cuanto al desempeño de la edificación.

Mediante el análisis de derivas de piso en los dos bloques analizados del

edificio de la Facultad de Economía (Bloque B) se observa que esta

sobrepasa los límites permitidos, por lo que se recomienda dar mayor

rigidez a la estructura, planteándose la implementación de paredes

enchapadas a fin de mejorar la rigidez global del edificio.

En lo que respecta al problema de columna corta se recomienda colocar

mampostería en los lados libres de la columna permitiendo así dar

continuidad a las paredes, tomando en cuenta que la normativa recomienda

que el largo deberá ser por lo menos dos veces la altura de la ventana, de

esta manera se pretende evitar que se presente este problema.

Es importante tomar en cuenta que el método de paredes enchapadas

disminuye los problemas estructurales, pero no es el único método que

podría brindar soluciones, por lo que se recomienda considerar más

opciones y elegir la alternativa más factible en cuanto a funcionalidad,

seguridad, economía y estética.

151

Es importante que una vez seleccionado y aplicado el reforzamiento de

acuerdo a los problemas que la edificación presenta, se ponga énfasis en

las metodologías constructivas para lograr que la estructura trabaje en

conjunto con el reforzamiento.

Los edificios antiguos deben ser revisados por técnicos de la construcción,

para determinar la funcionalidad de los mismos, ya que a más de presentar

problemas estructurales las edificaciones antiguas no cumplen con normas

de seguridad como son poseer sistemas contra incendios, salidas de

emergencia y más facilidades.

152

BIBLIOGRAFÍA

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Quito. Quito.

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(2015). Peligro Sísmico - Diseño Sismo Resistente.

10. NORMA ECUATORIANA DE LA CONSTRUCCIÓN, NEC-SE-HM.

(2015). Hormigón Armado.

11. PROAÑO JÁCOME, Freddy. (8 de Abril de 2013).

http://es.slideshare.net/. Obtenido de

http://es.slideshare.net/cabitoproa/universidad-central-del-ecuador-2013

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13. UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR. (2016).

http://www.uce.edu.ec. Obtenido de

http://www.uce.edu.ec/archive_noticias?artID=115205

153

ANEXOS

Anexo FEMA 154 (Bloque B)

154

Anexo FEMA 154 (Bloque Pasillo)

155

ANEXO

FOTOGRÁFICO

156

LEVANTAMIENTO ESTRUCTURAL DEL EDIFICIO DE LA

FACULTAD DE ECONOMIA

Toma de medidas en vigas

157

Toma de medidas a columnas

Toma de medidas a Losas

158

Presencia de columna corta debido al desnivel de terreno

Presencia de columna corta en la edificación

159

Fachadas de la estructura

160

ANEXO RESUMEN

ESTRUCTURAL

161

Losa Tipo

162

Resumen Elementos Estructurales Principales de la Edificación

Columnas

Vigas

Disposición:

Tipo C1:

Ejes: F6 y F7

Tipo C2:

Ejes: E5-E6-E7- E8- F5-

F6- F7 -F8-G5-G6-G7-G8

Tipo C3:

Ejes: E5-E6-E7- E8- F5-

F8-G5-G6-G7-G8

Tipo C4:

Ejes: E5-E6-E7- E8- F5-

F8-G5-G6-G7-G8- H5-H6-

H7

Tipo Pasillo C6:

Ejes: H7’-H7”-G7-G”

163

ANEXO PLANOS

ESTRUCTURALES

DE LA

EDIFICACIÓN.

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