Electiva VI estudio de caso de un edificio

Profesor. Ing. Argenis Soteldo

Estudio de caso Edificio / Vista Hipódromo

Alumno: José Luis Peralta

Politécnico Santiago Mariño/ Barinas

Índice

IntroducciónFallas Sísmicas

Comportamiento ante sismo Estructuraciones Sismo

resistente Tipos de esfuerzos en

elementos estructúrantes Fallas estructurales

Tipos de FallasEstudio de caso

Ficha Clasificación edificio Tipo de suelo Análisis Falla estructural

• Causantes problemas estructura

• Daños encontrados• Tipos de fallas

presentes• Piso Blando• Hormigón

proyectado• Hormigón

confinado• Columnas

cortas Análisis Falla no estructural

Conclusión análisis edificioConclusiónAnexos

Sistemas de protección sísmica

bibliografía

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IntroducciónFallas SísmicasEstudio de casoConclusión análisis edificioConclusiónAnexosBibliografía

Introducción

A través del siguiente análisis se explicara como se comporta un edificio ante un sismo, los tipos de estructuras sismos resistentes. El modo en que se comporta un edificio y sus elementos estructurantes , sometidos a esfuerzos, como, la tracción, pandeo compresión, etc. Los tipos de fallas que se presentan debido al sismo, para así llegar a un análisis exhaustivo de un edificio en particular y entender el porque del colapso de gran parte de las edificaciones en la región metropolitana, como también en el resto del país.

Cuales son las Fallas que se presentan ante un evento sísmico?

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Fallas sísmicas

Daño estructural

Es el sufrido por el sistema o esqueleto resistente del edificio (pilares, vigas, muros de carga, losas) y que compromete su estabilidad constituyendo un real peligro para los habitantes

Se refiere a todos los elementos constructivos no resistentes (ciertos muros, tabiques y otros) que no comprometen la estabilidad de la obra, pero dependiendo de la magnitud del daño sufrido pueden constituir un peligro a la integridad física de los ocupantes

Daño no estructural

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Comportamiento ante sismo

Fig. 1 y 2: El efecto de un terremoto sobre un edificio se incrementa con cada oscilación. Las fuerzas horizontales de corte actúan poderosamente sobre su base y sus solicitaciones se van incrementando según la altura del edificio.

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Estructuraciones Sismo resistente

Existen dos tipos básicos de estructuraciones para absorber los esfuerzos generados por los movimientos sísmicos del suelo: 1. Estructuración de pórticos formada por vigas y pilares. 2. Estructuración de muros, los que pueden tener o no dinteles o vigas de acoplamiento En ambos casos es muy ventajoso el uso de losas para que desarrollen la función de diafragma rígido al nivel del cielo de cada piso, ya que con ello todos los elementos resistentes se incorporan a la labor de resistir los dañinos esfuerzos horizontales (de corte) que solicitan cada piso del edificio.

Tipos de estructuraciones aptas para resistir cargas horizontales

Principales elementos de una

estructura resistente de hormigón armado, en un

diseño de tipo tradicional.

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Tipos esfuerzos de en elementos estructúrantes

Porticos_pilares y vigas

Pórtico de un vano con expresión de las fisuras características debidas al esfuerzo cortante en las vigas. Si este tipo de fractura se produce en un elemento estructural es un daño serio. Es necesario retirar el estuco del elemento para verificar si la fractura se produce en la viga o sólo en su recubrimiento.

Pilar colapsado por esfuerzo de pandeo. Es un serio daño estructural, en ocasiones la enfierradura metálica queda a la vista.

LOSAS

Fig. 7 y 8: Las losas actúan como diafragmas rígidos ante esfuerzos horizontales. Cuando es un daño estructural aparecen grietas diagonales desde los extremos hacia el centro de la losa y son observables en el propio piso y desde el nivel inferior.

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Fallas estructurales

Tipos de fallas estructurales que se producen durante un sismo para diferentes configuraciones

Las fuerzas de sismo actuantes en el centro de gravedad de cada piso crean un momento torsional que se incrementa durante la respuesta dinámica de la estructura, llegando a cargar excesivamente determinados elementos estructurales, situación causante de muchas fallas estructurales

Problemas Geotécnicos

Tixotropía: típico en suelos conformados por arcillas sensitivaslicuefacción :típico de suelos friccionantes

Algunos ej. de este tipo de fallas estructurales se dieron en los sismos de Ciudad de México en 1985 y en el de Kobe, Japón, 10 años despuésColumnas Cortas

Ante un evento sísmico las vigas se comporten plásticamente antes que las columnas, ya que cuando una viga empieza a fallar pasando de un estado elástico a inelástico absorbe parte de la energía del sismo; en cambio, si una columna falla primero y empieza a pandearse y deformarse, las cargas verticales de compresión pueden provocar un rápido colapso estructural.

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Tipos de Falla

Menor resistencia de columnas que vigas Las

columnas tienen menor resistencia que las vigas, las primeras fallarán primero lo que provoca que la estructura se vuelva un mecanismo y esta colapse. La falla puede ser reparada si se da en las vigas

Las fuerzas sísmicas se distribuyen proporcionalmente a la rigidez y resistencia de los elementos estructurales verticales. Entonces, si la rigidez de las columnas o paredes que soportan la estructura sufre un cambio brusco ya sea por confinamiento de las paredes hasta cierta altura de los marcos, por desniveles del terreno, por nivel intermedio entre dos pisos, se concentrarán los esfuerzos y se acumulará energía en el piso más débil, dado que el nivel donde se interrumpen los elementos verticales es más flexible que los demás, lo que permite que se produzca un problema de estabilidad.

Columnas débiles

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Tipos de Falla

Piso BlandoSon pisos donde

los elementos estructurales verticales son interrumpidos, para ofrecer más espacio en ese piso o por razones arquitectónicas, generalmente en los niveles de acceso. Esto produce un debilitamiento de la rigidez de los elementos verticales en ese piso.

Falta de confinamiento del concreto en columnas Se produce cuando se

utilizan pocos o ningún aro de confinamiento del concreto, por lo que el núcleo de los elementos sometidos a flexocompresión falla en forma explosiva.

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Tipos de Falla

Falta RedundanciaBuscar que la

resistencia a fuerzas sísmicas dependa de varios elementos, puesto que si se cuenta con pocos elementos resistentes (falta de redundancia), la falla de uno de ellos provocará el colapso total o parcial de la estructura.

Torsión entre pisos La torsión entre pisos se

produce por la excentricidad entre el centro de masa y el centro de rigidez en un piso, debido a que los elementos rígidos están colocados de manera asimétrica en un piso (ductos de elevadores), o a la colocación de grandes masas en forma asimétrica respecto al centro de masa. Generalmente se produce en edificios de esquina, debido a la gran rigidez que presentan los muros de colindancia, pero basta con que se excedan ciertos límites de excentricidad (una mala distribución de la rigidez lateral) para que se produzcan efectos negativos de la torsión.

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Tipos de Falla Desplazamiento relativo entre pisos.

La excesiva flexibilidad de los marcos) y dimensiones de juntas constructivas insuficientes, provoca daños en paredes de cerramiento por la excesiva flexibilidad de los marcos. Los desplazamientos laterales excesivos se deben a las grandes distancias entre los elementos de soporte (claros o luces), las alturas y las rigideces de los mismos. Se pueden tener como problemas: inestabilidad estructural y daños en elementos no estructurales adosados a niveles contiguos.

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Estudio de caso

Edificio Vista Hipódromo

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Vista Hipódromo

Edificio Vista Hipódromo Inmobiliaria: Independencia S.A.Constructora: Mujica y González Ltda.Arquitectos: Rencoret Arquitectos AsociadosDirección: Av. Hipódromo Chile 1631, Independencia, SantiagoAño Construcción: 2007Características inmueble: 7 dptos.(1,2 y 3 dorm.) por piso, en 21 pisos. Precio: UF1.600 y UF1.800 Situación actual: inhabitable

Ficha

Ubicación

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Clasificación edificiosegún Norma

Norma Nch. 433 of 96 "Diseño Sísmico"Zona sísmica II Clasificación edificios Categoría C

Edificios destinados a la habitación privada o al uso público que no pertenecen a ningunas de las categorías A o B, y construcciones de cualquier tipo cuya falla pueda poner en peligro otras construcciones de las categorías A, B, C.

Sistema Estructural PórticoMaterial estructural Acero y Hormigón armado

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Tipo suelo

Comuna Independencia Zona sísmica IINorma Nch 433 of 96

El suelo en Hipódromo, 1631 es dearcilla, limos y arenas finas.Dato otorgado por Mauricio Poblete Rodríguez Ingeniero Civil.

Antecedentes del subsuelo

H-1

H-2

H-3

ARENAS FINAS

LIMOSARCILLA

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Análisis Falla estructural

Situación/ Declarado inhabitable por la Dirección de Obras de la Municipalidad de Independenciainforme inicial del Serviu

Informe preliminar DICTUS/ El edificio no va a colapsar, pero da numerosas recomendaciones, entre ellas alzaprimar –sostener con estructuras de metal a presión- un sector del inmueble.

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Causantes problemas estructuraEl declive que presenta la obra genera un desplome inminente, como medida se colocaron alzaprimasLa altura mínima de esto son 2 metros 40 centímetros, pero el declive del costado ya bajó a 1 metro 80 centímetros respecto al soporte de esta construcciónSuelo + Pilares = Causantes problemas

estructura

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Causantes problemas estructura

=

Problema de cálculo y ejecución

Causantes problemas estructura

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Daños encontrados

Armaduras de fierro del concreto que no soportaron la presión Esto se debe a que en

los últimos años han proliferado los edificios con menos muros estructurales en sus plantas bajas porque las inmobiliarias ponen estacionamientos en subterráneos o zócalos para mejorar el negocio

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Malla insuficiente y sin cantidad de trabas correspondientes

La imagen muestran que las enfierraduras en muros estructurales no soportaron las cargas derivadas del terremoto


Daños encontrados

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Daños encontrados

En las fotografías podemos apreciar fallas de muros de hormigón armado bajo solicitación predominante de compresión producto de esfuerzo que incluyen sismos. Estos se encuentran en el primer piso de estacionamientos

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Análisis Falla estructuralDaños encontrados

Fisuras por corte de

distintos tamaños en muros de

hormigón armado

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Fisuras intersección muro losa.

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Primer piso blando Con menos muros estructurales de concreto en la base, presentaron mas fallas por compresión a causa del sismo

Fuente: diagramas extraídos CiIPER


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Construcciones con un diseño que privilegia el uso intensivo del suelo para maximizar el negocio de la inmobiliaria. Ello obliga a poner los estacionamientos en subterráneos o zócalos. Eso significa que las plantas bajas, para permitir la circulación de vehículos, tienen más muros discontinuos o machones

-=

Análisis Falla estructuralTipos de fallas presentes

Piso Blando

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Gancho sísmico que no resiste la presión

Los ganchos suplementarios

consecutivos que enlazan la misma barra

longitudinal deben tener sus ganchos de 90° en

lados opuestos de la columna


Piso Blando

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Fuente: Informe PentaCiIPER

Hormigón Proyectado

cuando una estructura de concreto es sometida a compresión, el hormigón tiende a proyectarse, es decir a partirse en trozos y salir hacia los lados, dejando fierros a la vista

Un temblor hace que el edificio oscile y durante esta oscilación la estructura primero se carga sobre un sector y luego sobre el otro. Entonces hay un momento en que un muro o un pilar recibe más carga de lo habitual, más compresión. El hormigón debería permanecer confinado, sin proyectarse

f3 f2 f1

modo 3 modo 2 modo 1

Figura 2. La formas de oscilación de los tres primeros modos de oscilación de un edificio de

cuatro pisos.

Figura 3. Modos normales de oscilación de un piso.


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Hormigón Proyectado

Al proyectarse el hormigón, la enfierradura queda desnuda luego, cuando el sismo inclina el edificio sobre el sector contrario, el acero se estira o rompe( fig. 1). Al siguiente ciclo de oscilación, este sector debilitado vuelve a soportar compresión ( fig. 2)y como las barras ya no están recubiertas, se doblan o “pandean”( fig. 3)y . Hay mayor riesgo de que esto pase cuando la persistencia del ciclo de oscilación se aproxima o supera un segundo, siendo mas recurrentes en los edificios altos.

fig. 1

fig. 1

fig. 3

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Hormigón Confinado NCh 433, establece en su anexo B que deben seguirse las indicaciones del capítulo 21 de la norma norteamericana ACI 318, y este se refiere a que el refuerzo transversal debe proporcionarse ya sea mediante estribos cerrados de confinamiento sencillos o múltiples. Se pueden usar ganchos suplementarios del mismo diámetro de barra y el mismo espaciamiento que los estribos cerrados de confinamiento”

Tipos de estribos cerrados


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Fuente: ingeniero Saragoni

No se usó forma de estribo con gancho. Lo que hay son estribos que terminan en 90º, cuadrados, que quedan envolviendo el fierro, pero no enganchándolo. Si bien esto es admitido por la norma, queda claro que hay que corregir la norma y solo utilizar el enganchamiento de 135°

Estribos que terminan en 90°

Estribos que terminan en 135°, Norma ACI 318


Hormigón Confinado

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Norma chilena para el tratamiento del hormigón NCh 430

En 2008 se puso en vigencia la última actualización de la norma, que determina que sí deben utilizarse los estribos y ganchos como están descritos en el código de Estados Unidos señala el ingeniero calculista René Lagos.

Para evitar la proyección del Hormigón ( que se rompa en trozos) por la compresión que provoca un sismo , se usan estribos de confinamiento cerrados . La figura muestra un pilar con 4 barras longitudinales “amarradas” por un estribo ( en rojo)

Fig. muestra proyección del Hormigón


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Columnas Cortas

Al colapsar la columna primero, comienza a pandearse y deformarse, las cargas verticales de compresión pueden provocar un rápido colapso

Análisis Falla estructuralTipos de fallas presentesÍndice


Análisis daños no estructural

Deformación de ventanas por compresión Fisura tabique

Desprendimiento recubrimiento

Desprendimiento revestimiento

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Conclusión análisis edificio

Conclusión en base a la inspección, Podemos apreciar a simple vista que el edificio esta estructurado en base a muros de rigidez al corte y flexión en ambas direcciones principales. Los elementos resistentes verticales están unidos en cada nivel por losas que frente a solicitaciones horizontales actúan como diafragma rígido en su plano.El edificio presenta daños importantes sobre la mayor parte de los muros de hormigón armado en el primer piso, los cuales se presentan a través de desmoronamiento del hormigón, al pandeo y rotura de refuerzos verticales junto a la perdida de confinamiento de los mismos (falla por compresión).además presenta un desnivel de inclinación de 40° en las losas de prácticamente todos los pisos, lo cual ha provocado múltiples fisuras en estas en los sectores colindantes a los muros afectados. En el primer piso se observan fisuras producto del esfuerzo de corte.Estos daños se podrían derivar de un problema en la fundación, problema de cálculo de estructura.La inclinación por su parte se debería al desaplome producto de la falla de pilares, que se molieron y eso genera un descenso diferencial.A priori no se ve falla del uso del suelo Lo que si pudo ocurrir es una amplificación fuerte del movimiento respecto de como se mueve en otros sectores. La falla aquí sería una mala clasificación sísmica para efectos de aplicación de la NCh 433. Debido a las características de los daños se estima indispensable la confección de un proyecto de reparación que devuelva al edificio su resistencia perdida.Este proyecto debe contemplar:Verticalidad del edificioNivelación de plantas Estudio de resistencia de hormigón Revisión de estudio de suelos

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Electiva VI estudio de caso de un edificio

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