EVALUACIÓN DE LA VULNERABILIDAD SISMO RESISTENTE DE LA ...

EVALUACIÓN DE LA VULNERABILIDAD SISMO RESISTENTE DE LA

EDIFICACIÓN LABORATORIO DE INGENIERÍA NÚMERO 2 DE LA

UNIVERSIDAD DE IBAGUÉ

SANTIAGO RODRÍGUEZ RIVAS

RODWARD ALEXIS CRUZ CÁRDENAS

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

IBAGUÉ, 2019

2

Evaluación de la vulnerabilidad sismo resistente de la edificación

laboratorio de ingeniería número 2 de la universidad de Ibagué

EVALUACIÓN DE LA VULNERABILIDAD SISMO RESISTENTE DE LA

EDIFICACIÓN LABORATORIO DE INGENIERÍA NÚMERO 2 DE LA


SANTIAGO RODRÍGUEZ RIVAS

RODWARD ALEXIS CRUZ CÁRDENAS

Trabajo de grado que se presenta como requisito para optar al título de:

Ingeniero civil

DIRECTOR:

Ingeniero civil – Ph.D

NESTOR LUIS GUERRERO CHÁVEZ

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL


IBAGUÉ – TOLIMA

2019

3



NOTA DE ACEPTACIÓN

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FIRMA DEL PRESIDENTE DEL JURADO

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FIRMA DEL JURADO

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FIRMA DEL JURADO

IBAGUÉ, TOLIMA ___________________ DE 2019

Dedicatorias

4



Dedicatoria de Rodward

A Dios, por brindarme salud y capaci-

dades a lo largo de mi vida. A mi madre

María Marleny Cárdenas por su infinita

bondad y amor. A mi padre Ismael Cruz

Neira por su apoyo incondicional desde

mi niñez. A mis sobrinas Maité y María

Alejandra por ser mi más grande motiva-

ción.

Dedicatoria de Santiago

A mi madre Farid Constanza Rivas

Cerquera, por ser la persona que siempre

ha estado apoyándome en cada paso que

doy en mi vida, por si mi ejemplo de ser

humano, por su nobleza y humildad; por

su trabajo constante para brindarme las

oportunidades que tengo hoy en día.

5



Agradecimientos

Los autores expresan sus agradecimientos a la universidad de Ibagué y a todos los

docentes que hacen parte del programa de ingeniería civil por haber brindado una edu-

cación de calidad durante los años que fueron estudiantes. Igualmente al ingeniero

Néstor Luis Guerrero Chávez por su dedicación y disposición como director del pre-

sente trabajo de grado.

A todo el cuerpo administrativo de la universidad, compañeros y amigos quienes

contribuyeron directa o indirectamente en la obtención de éste título profesional.

6



RESUMEN

La presente monografía contiene una evaluación cualitativa y cuantitativa de la vul-

nerabilidad sismo resistente de la segunda etapa del laboratorio de ingeniería de la

Universidad de Ibagué empleando las metodologías del Rapid Visual Screening of

Buildings for Potential Seismic Hazards: A Handbook del reglamento Federal Emer-

gency Management Agency - FEMA P-154 del año 2014 y del análisis estático lineal

por elementos finitos. Para la realización de la investigación se tuvo como base el Re-

glamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente del año 2010 - NSR 10 y la

Federal Emergency Management Agency FEMA P-154.

El estudio consta de 6 fases; en primer lugar se realizó una recolección de la mayor

cantidad de información arquitectónica y estructural existente de la edificación en el

registro de la universidad, en segundo lugar se desarrolló una valoración cualitativa

siguiendo los lineamientos del reglamento FEMA P-154. Posteriormente se elaboró un

levantamiento arquitectónico y estructural en el software AutoCAD junto con una ve-

rificación de cumplimiento de las secciones mínimas de miembros estructurales de

acuerdo a como lo establece el título C del Reglamento Colombiano de Construcción

Sismo Resistente NSR-10.

Así mismo se realizaron ensayos no destructivos de esclerometría y ferro-scan para

la determinación de las propiedades mecánicas del concreto y la disposición del acero

de refuerzo en elementos tipo columna. Finalmente se elaboró un modelo digital de la

edificación empleando el software ETABS 2016, donde se hallaron los desplazamien-

tos horizontales y las derivas de piso para la posterior comparación con las máximas

7



admitidas por el NSR-10. Los resultados obtenidos permitieron consolidar un diagnós-

tico que determinó la vulnerabilidad sísmica del laboratorio objeto de estudio.

Palabras clave: sismo, vulnerabilidad sísmica, estudio de vulnerabilidad sísmica,

sismo resistencia.

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ABSTRACT

The study consist in 6 phases; In first part, has compilation of the largest amount of

existing architectural and structural information of the building was carried out in the

university registry; secondly, a qualitative qualification was completed following the

guidelines of the FEMA P-154 regulation. Subsequently, an architectural and struc-

tural survey was prepared in the AutoCAD software together with a verification of

compliance with the minimum standards of the members of an agreement in title C of

the Colombian Seismic Resistance Construction Regulation NSR-10.

Likewise, non-destructive tests of sclerometry and ferro-scanning were done to de-

termine the mechanical properties of the concrete and the arrangement of the reinforc-

ing steel in column elements. Finally, a digital model of the building was developed

using the ETABS 2016 software, where horizontal displacements and floor sales were

found for later comparison with the maximum values admitted by the NSR-10. The

results obtained allowed us to consolidate a diagnosis that determined the seismic vul-

nerability of the laboratory number 2 of university of Ibagué.

Keywords: Earthquake, seismic vulnerability, seismic vulnerability study,

earthquake resistence.



INDICE

Agradecimientos ................................................................................................................ 5

RESUMEN ........................................................................................................................ 6

ABSTRACT ....................................................................................................................... 8

INDICE .............................................................................................................................. 9

CAPÍTULO I ................................................................................................................... 15

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................ 15

1. INTRODUCCION ................................................................................................. 17

2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 19

2.1. Objetivo general ................................................................................................. 19

2.1.1 .......................................................................................................................... 19

2.2. Objetivos específicos.......................................................................................... 19

3. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................. 20

CAPÍTULO II .................................................................................................................. 21

4. MARCO DE REFERENCIA ................................................................................. 21

4.1. Vulnerabilidad sísmica ....................................................................................... 21

4.2. Sismo .................................................................................................................. 21

4.3. Estudio de vulnerabilidad sísmica ...................................................................... 21

4.4. Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 ............ 22

4.5. Pórtico resistente a momentos ............................................................................ 22

4.6. Capacidad de disipación de energía ................................................................... 22

4.7. Capacidad de disipación de energía moderada DMO ........................................ 23

4.8. Capacidad de disipación de energía especial DES ............................................. 23

4.9. Cargas muertas o permanentes ........................................................................... 23

4.10. Cargas vivas .................................................................................................... 24

4.11. Fuerzas sísmicas ............................................................................................. 24

10



4.12. Desplazamientos horizontales de diseño ........................................................ 24

4.13. Deriva de piso ................................................................................................. 24

4.14. Ensayos no destructivos ................................................................................. 25

4.15. Ensayo de esclerometría INV E-413-13 ......................................................... 25

4.16. Ensayo de ferro-scan ...................................................................................... 25

4.17. Software ETABS ............................................................................................ 25

5. MARCO CONTEXTUAL ..................................................................................... 27

CAPÍTULO III ................................................................................................................. 31

6. MARCO METODOLÓGICO ................................................................................ 31

6.1. Recolección de información .................................................................................. 31

6.2. Evaluación cualitativa FEMA P-154 .................................................................... 31

6.2.1. Características generales de la edificación ..................................................... 33

6.2.2. Levantamiento preliminar y registro fotográfico ........................................... 35

6.2.3. Características de penalización y parámetros de evaluación .......................... 35

6.2.4. Puntaje de la estructura ................................................................................... 37

6.3. Levantamiento arquitectónico ............................................................................... 38

6.4 Levantamiento estructural ...................................................................................... 40

6.5. Verificación de cumplimiento de secciones mínimas para DMO y DES ............. 40

6.6. Realización de ensayos no destructivos ................................................................ 42

6.6.1. Ensayo de esclerometría ................................................................................. 42

6.6.2. Ensayo de ferro-scan ...................................................................................... 45

6.7. Evaluación de cargas y espectro diseño ................................................................ 46

6.7.1. Avalúos de cargas muertas ............................................................................. 47

6.7.2. Avalúo de cargas vivas ................................................................................... 49

6.7.3. Espectro de diseño .......................................................................................... 49

6.8. Simulación en ETABS 2016 ................................................................................. 55

6.8.1 Determinación de desplazamientos horizontales y derivas ............................. 57

CAPÍTULO IV ............................................................................................................... 59

11



7. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................ 59

7.1. Recolección de información. ................................................................................. 59

7.2. Levantamiento arquitectónico y estructural .......................................................... 59

7.3. Evaluación cualitativa ........................................................................................... 61

7.4. Verificación de cumplimiento de secciones mínimas ........................................... 65

7.4.1. Verificación de columnas ............................................................................... 65

7.4.2. Verificación de vigas ...................................................................................... 66

7.4.3. Verificación de viguetas ................................................................................. 67

7.5. Resultados de ensayos no destructivos ................................................................. 69

7.5.1. Ensayo de esclerometría ................................................................................. 69

7.5.2. Ensayo de ferro – scan .................................................................................... 70

7.6. Determinación de desplazamientos horizontales y chequeo derivas .................... 76

CAPITULO V .................................................................................................................. 78

8. CONCLUSIONES ................................................................................................. 78

9. RECOMENDACIONES ........................................................................................ 79

10. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 80

11. ANEXOS ............................................................................................................... 82

Índice de ilustraciones

Ilustración 1. Formato de recolección de datos ......................................................................................... 32

Ilustración 2. Formato empleado para la puntuación de la evaluación ..................................................... 32

Ilustración 3. Definición del nivel de amenaza sísmica para la evaluación visual. ................................... 34

Ilustración 4. Pounding o golpeo ................................................................................................................ 36

Ilustración 5. Irregularidades verticales .................................................................................................... 36

Ilustración 6. Irregularidades horizontales ................................................................................................ 37

Ilustración 7. Puntaje básico para calificación de la estructura ................................................................ 38

Ilustración 8. Cargas vivas para salones de clase, corredores y escaleras................................................ 49

12



Ilustración 9. Cargas vivas para cubierta .................................................................................................. 49

Ilustración 10. Valores del coeficiente Fa según Aa y el tipo de perfil de suelo ........................................ 50

Ilustración 11. Valores del coeficiente Fv según Av y el tipo de perfil de suelo ......................................... 51

Ilustración 12. Valores del coeficiente de importancia I ............................................................................ 51

Ilustración 13. Valores de los parámetros Ct y α para el cálculo del periodo aproximado ....................... 53

Ilustración 14. Valor del factor Ro para pórticos resistentes a momentos con capacidad de disipación de

energía especial DES .................................................................................................................................. 54

Ilustración 15. Espectro de aceleraciones de diseño .................................................................................. 55

Ilustración 16. Cargas muertas del modelo digital .................................................................................... 56

Ilustración 17. Modelo digital simulado ..................................................................................................... 57

Ilustración 18. Deriva máxima ................................................................................................................... 58

Ilustración 19. Captura del levantamiento arquitectónico en el software AutoCAD ................................. 60

Ilustración 20. Ilustración del levantamiento estructural en el software AutoCAD. .................................. 60

Ilustración 21. Estimación de la disposición del acero longitudinal para la columna única C-1 .............. 71

Ilustración 22. Máximos desplazamientos y derivas de la edificación ....................................................... 76

Ilustración 23. Toma de mediciones al interior y exterior de la edificación .............................................. 82

Ilustración 24. Toma de mediciones al interior y exterior de la edificación .............................................. 82

Ilustración 25. Toma de mediciones de elementos no estrcturales ............................................................. 82

Ilustración 26. Medición de secciones de elementos estructurales como placa y columnas ...................... 83

Ilustración 27. Realización de ensayos no destructivos .............................................................................. 83

Ilustración 28. Realización de ensayos no destructivos .............................................................................. 83

Índice de tablas

Tabla 1. Valores de aceleración y velocidad pico efectiva Aa y Av para la ciudad de Ibagué .................. 34

Tabla 2. Restricciones al uso de sistemas y materiales estructurales ........................................................ 40

13



Tabla 3. Alturas o espesores mínimos recomendados para vigas no pre-esforzadas o losas reforzadas en

una dirección que soporten muros divisorios y particiones frágiles susceptibles de dañarse .................... 41

Tabla 4. Avalúo de carga muerta losa aligerada de entrepiso ................................................................... 47

Tabla 5. Avalúo de carga muerta para escaleras ....................................................................................... 48

Tabla 6. Avalúo de carga muerta para cubierta ......................................................................................... 48

Tabla 7. Zona de amenaza sísmica de la ciudad de Ibagué ........................................................................ 50

Tabla 8. Valores obtenidos para realización del espectro elástico de diseño ............................................ 52

Tabla 9. Irregularidades para el caso de estudio ....................................................................................... 53

Tabla 10. Coeficientes de afectación para el laboratorio de ingeniería etapa 2 ........................................ 61

Tabla 11. Formulario FEMA P-154 para la evaluación ............................................................................ 61

Tabla 12. Puntaje obtenido por la edificación............................................................................................ 63

Tabla 13. Verificación de puntaje mínimo requerido ................................................................................. 64

Tabla 14. Verificación de cumplimiento de columna típica para DMO ..................................................... 65

Tabla 15. Verificación de cumplimiento de columna típica para DES ....................................................... 65

Tabla 16. Espesor o altura mínima para losa, vigas y viguetas ................................................................. 66

Tabla 17. Verificación de cumplimiento de viga típica para DMO ............................................................ 66

Tabla 18. Verificación de cumplimiento de viga típica para DES .............................................................. 67

Tabla 19. Verificación del ancho mínimo para viguetas ............................................................................ 68

Tabla 20. Verificación de separación máxima de viguetas ........................................................................ 68

Tabla 21. Resistencia del concreto estimada con el ensayo INV E -413-13 ............................................... 69

Tabla 22. Verificación de separación mínima entre barras longitudinales ................................................ 72

Tabla 23. Verificación de cuantía mínima y máxima de acero longitudinal .............................................. 73

Tabla 24. Verificación de separación máxima permitida de estribos en los extremos para DMO ............ 74

Tabla 25. Verificación de separación máxima permitida de estribos en los extremos de la columna para

DES ............................................................................................................................................................. 75

Tabla 26. Resultados ensayos de esclerometría para la columna eje A-3 del 1° piso ................................ 84

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Tabla 27. Resultados ensayo de esclerometría para la columna F-2 del 2° piso ....................................... 84

Índice de fotografías

Fotografía 1-1. Toma de mediciones .......................................................................................................... 39

Fotografía 2. Esclerómetro empleado para la realización del ensayo INV E-413-13 ................................ 43

Fotografía 3. Preparación de la superficie de ensayo ................................................................................ 44

Fotografía 4. Realización del ensayo ......................................................................................................... 45

Fotografía 5. Ferro - scan .......................................................................................................................... 46

Fotografía 6. Disposición del acero longitudinal ....................................................................................... 71

Fotografía 7. Disposición del acero transversal ........................................................................................ 74

15



CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La universidad de Ibagué fue fundada el 27 de agosto de 1980, la vida institucional y

legal de la que anteriormente tenía el nombre de Corporación Universitaria de Ibagué inició

el 07 de febrero de 1981 mediante la resolución No. 1867 expedida por el Ministerio de

Educación Nacional (Universidad de Ibagué, 2009). Actualmente el centro universitario

brinda 16 programas académicos agrupados en 5 facultades: Ingeniería, Ciencias Económi-

cas y Administrativas, Derecho y Ciencias políticas, Humanidades, Artes y Ciencias Sociales

y Ciencias Naturales y Matemáticas; la universidad cuenta con una planta física compuesta

por 20 edificaciones que albergan más de 103 aulas escolares, 27 laboratorios, 7 salas de

cómputo, 4 auditorios, 3 salas audio – visuales, 2 bibliotecas, 14 unidades sanitarias, 6 cafe-

terías y 3 porterías.

El territorio Colombiano comprende un dominio continental deformado situado en el lí-

mite de tres placas tectónicas mayores: la placa Suramericana, la placa de Nazca y la placa

Caribe. Los movimientos relativos de estas placas durante la era cenozoica dieron origen al

sistema orogénico de los Andes del norte, compuesto por distintas cadenas de montaña sepa-

radas por valles y depresiones intramontañosas. En la actualidad las tres placas mencionadas

16



se están acercando entre sí, dando origen a deformaciones en la corteza continental, a activi-

dad volcánica, y a una intensa actividad sísmica en el territorio Colombiano (Taboada & et

all, 1998).

Adicionalmente, (Osorio N. & all, 2008) en el estudio realizado de paleo sismología de la

falla de Ibagué, concluyeron que Ibagué es atravesada por una falla conocida como la falla

de Ibagué y explican que ésta presenta contundentes rasgos de actividad geotectónica asocia-

dos con su trazo, que la definen como una estructura potencialmente productora de grandes

sismos; Así mismo, la falla de Ibagué es una de las 32 fuentes sismo tectónicas que se con-

templaron en la determinación de la amenaza sísmica de Colombia.

Sumado a lo anterior, el mapa de microzonificación sísmica de Colombia establecido en

el título A del NSR-10, establece que la ciudad de Ibagué se encuentra localizada en una zona

de amenaza sísmica intermedia. Todas estas situaciones hacen que para la universidad de

Ibagué sea necesario conocer el comportamiento esperado de la infraestructura física de su

campus con el fin de salvaguardar la integridad de toda la comunidad universitaria y de su

patrimonio. Teniendo en cuenta el contexto anteriormente expuesto, ¿Qué tan vulnerable

sísmicamente es la segunda etapa del laboratorio de ingeniería de la universidad de

Ibagué?.

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1. INTRODUCCION

La presente monografía es un trabajo resultado de la investigación realizada en la univer-

sidad de Ibagué que tuvo como finalidad, hacer una evaluación de la vulnerabilidad sismo

resistente de la segunda etapa del laboratorio de ingeniería del centro universitario. Actual-

mente, los estudios que se requieren para estimar el comportamiento sísmico de estructuras

existentes se enmarcan dentro del campo de la vulnerabilidad sísmica, el cual forma parte del

campo más amplio de la ingeniería sísmica y de la dinámica estructural. La vulnerabilidad

sísmica es una característica intrínseca de las estructuras, dependiente de la forma como ha-

yan sido diseñadas pero independiente de la peligrosidad sísmica del sitio donde están ubi-

cadas (Alex H. Barbat, 1994).

El estudio realizado se subdivide en dos tipos de análisis, el primero de ellos es netamente

cualitativo y se desarrolló siguiendo la metodología del Rapid Visual Screening of Buildings

for Potential Seismic Hazards: A Handbook del reglamento estadounidense FEMA P-154 del

año 2014, en segunda parte se desarrolla un análisis cuantitativo de la estructura desarro-

llando la metodología del análisis estático lineal por elementos finitos tomando como base el

Reglamento Colombiano de Construcción Sismo resistente NSR-10.

El laboratorio de ingeniería de la universidad de Ibagué fue edificado durante tres fases

constructivas, la primera etapa se construyó en el año 1993, posteriormente en el año 1995

se instauró su segunda etapa y finalmente en el año 1999 se estableció la última etapa

18



(Universidad de Ibagué, 2009). La edificación objeto de investigación es una estructura di-

señada en un sistema estructural aporticado resistente a momentos en concreto reforzado, de

dos niveles con una altura total de 8 metros y un área total construida es de 649,2 𝑚2.

19



2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo general

2.1.1 Evaluar la vulnerabilidad sísmica de la segunda etapa de la edificación laboratorio

de ingeniería de la universidad de Ibagué.

2.2. Objetivos específicos

2.2.1. Realizar una evaluación cualitativa de la segunda etapa del laboratorio de ingeniería

de la universidad de Ibagué.

2.2.2. Evaluar cuantitativamente la segunda etapa del laboratorio de ingeniería.

2.2.3. Realizar ensayos no destructivos

2.2.4. Comparar disposiciones geométricas requeridas por el NSR-10 con respecto a las

secciones existentes en el laboratorio de ingeniería etapa 2 para capacidad de disipación

de energía moderada DMO y especial DES.

2.2.5. Comparar la disposición de acero de refuerzo longitudinal y transversal en miem-

bros estructurales con respecto a lo establecido en el NSR-10 para DMO y DES.

2.2.6. Elaborar un modelo digital.

2.2.7. Determinar los desplazamientos horizontales y derivas de piso debido a las cargas

estáticas y sísmicas establecidas en el NSR-10 mediante la utilización del software

ETABS.

2.2.8. Comparar las derivas obtenidas contra las máximas admisibles por el NSR-10.

20



3. JUSTIFICACIÓN

El diseño estructural del laboratorio de ingeniería fue establecido con base en el Código

Colombiano de Construcción Sismo Resistente del año 1984, éste código estuvo vigente

hasta el 19 de agosto de 1997 cuando fue sustituido por el Reglamento Colombiano de Cons-

trucción Sismo resistente del año 1998 NSR-98, de acuerdo al decreto 33 del 9 de 1998.

Posteriormente mediante el decreto 926 del 19 de marzo de ésta norma fue objeto de una

nueva actualización cuando entró a regir el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo

Resistente del año 2010 NSR-10.

Así mismo, el articulo A.10.9.2.1 del NSR-10 establece que las edificaciones indispensa-

bles y de atención a la comunidad, enumeradas en el artículo A.2.5.1.1, independientemente

de la época de construcción deben cumplir con los requisitos establecidos en el artículo

A.10.4.2.1, con el fin de lograr un nivel de seguridad equivalente al de una edificación nueva

(Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010).

El laboratorio de ingeniería de la universidad de Ibagué cuenta con más de 25 años de

construido y durante su vida útil las instalaciones han albergado estudiantes, docentes, ope-

rarios y administrativos, a quienes la universidad ha tratado de garantizar la integridad física

en el campus universitario. Teniendo en cuenta que su diseño se estableció con un reglamento

fuera de vigencia, y que Ibagué es un epicentro a considerar ante los eventos sísmicos que

perturban la ciudad, se desarrolló la presente monografía con el fin de determinar qué tan

vulnerable sísmicamente es la segunda etapa del laboratorio de ingeniería de la universidad

de Ibagué.

21



CAPÍTULO II

4. MARCO DE REFERENCIA

4.1. Vulnerabilidad sísmica

La vulnerabilidad sísmica es una propiedad intrínseca de la estructura, una característica

de su propio comportamiento ante la acción de un sismo descrito a través de una ley causa –

efecto, donde la causa es el sismo y el efecto es el daño (Herrera, 1986)

4.2. Sismo

Proceso de liberación súbita de la energía acumulada en la corteza terrestre por deforma-

ción elástica y que puede resultar en desplazamiento o deformación de partes de la corteza,

y en la emisión de ondas elásticas que se propagan por el interior de la Tierra. Al llegar a la

superficie estas ondas producen la sacudida del terreno, que es la causa del daño y destruc-

ción. (Servicio Geológico Colombiano, 2018)

4.3.Estudio de vulnerabilidad sísmica

La naturaleza y alcance de un estudio de vulnerabilidad sísmica debe estar condicionado

por el tipo de afectación o daño que se pretende evaluar y el nivel de amenaza existente. En

este sentido la caracterización de la vulnerabilidad sísmica de una estructura está estrecha-

mente vinculada a los probables daños inducidos como consecuencia de un movimiento sís-

mico que dependen fundamentalmente de tres factores; la severidad del movimiento en el

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emplazamiento, las características de la estructura y su vulnerabilidad sísmica. (Alex H.

Barbat, 1994).

4.4. Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10

Norma sismo resistente que presenta requisitos mínimos, que, en alguna medida, garanti-

zan que se cumpla el fin primordial de salvaguardar las vidas humanas ante la ocurrencia de

un sismo fuerte. La primera reglamentación sismo resistente nacional fue expedida por el

gobierno nacional por medio del decreto 1400 de 7 de junio de 1984, la primera actualización,

correspondiente al reglamento NSR-98, fue expedida por medio del decreto 33 del 9 de enero

de enero de 1998 y la segunda actualización, correspondiente al reglamento NSR-10, se ex-

pidió por medio del decreto 926 del 19 de marzo de 2010. (Asociación Colombiana de

Ingeniería Sísmica, 2010).

4.5. Pórtico resistente a momentos

Pórtico en el cual los elementos y los nudos resisten las fuerzas a través de la flexión,

cortante y fuerza axial. Los pórticos resistentes a momentos designados como parte del sis-

tema de resistencia ante fuerzas sísmicas, se clasifican en pórtico especial resistente a mo-

mentos, pórtico intermedio resistente a momentos y pórtico ordinario resistente a momentos.


4.6. Capacidad de disipación de energía

Es la capacidad que tiene un sistema estructural, un elemento estructural, o una sección

de un elemento estructural, de trabajar dentro del rango inelástico de respuesta sin perder su

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resistencia. Se cuantifica por medio de la energía de deformación que el sistema, elemento o

sección es capaz de disipar en ciclos histeréticos consecutivos. Cuando hace referencia al

sistema de resistencia sísmica de la edificación como un todo, se define por medio del coefi-

ciente de capacidad de disipación de energía R. El grado de capacidad de disipación de ener-

gía se clasifica como especial (DES), moderado (DMO) y mínimo (DMI). (Asociación

Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010).

4.7. Capacidad de disipación de energía moderada DMO

Cuando los elementos de concreto estructural se diseñan de acuerdo con los requisitos de

los capítulos C.1 a C.19 y además cumplen los requisitos especiales que para estructuras con

capacidad de disipación de energía moderada prescribe el capítulo C.21 del reglamento NSR-

10. (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010).

4.8. Capacidad de disipación de energía especial DES

Cuando los elementos de concreto estructural se diseñan de acuerdo con los requisitos de

los capítulos C.1 a C.19 y además cumplen los requisitos de los capítulos adicionales que

para estructuras con capacidad de disipación de energía especial prescribe el capítulo C.21

del reglamento NSR-10. (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010).

4.9. Cargas muertas o permanentes

La carga muerta cubre todas las cargas de elementos permanentes de construcción inclu-

yendo su estructura, los muros, pisos, cubiertas, cielos rasos, escaleras, equipos fijos y todas

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aquellas cargas que no son causadas por la ocupación y uso de la edificación. (Asociación

Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010)

4.10. Cargas vivas

Las cargas vivas son aquellas cargas producidas por el uso y ocupación de la edificación

y no deben incluir cargas ambientales tales como viento y sismo. Las cargas vivas que se

utilicen en el diseño de la estructura deben ser las máximas cargas que se espera ocurran en

la edificación debido al uso que ésta va a tener. En ningún caso estas cargas vivas pueden ser

menores que las cargas vivas mínimas que se dan en las tablas B.4.2.1-1 y B. 4.2.1-2.


4.11. Fuerzas sísmicas

Son las fuerzas dinámicas producidas por un sismo que afectan la edificación prescritas

en el título A del reglamento NSR-10. (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010).

4.12. Desplazamientos horizontales de diseño

Desplazamientos laterales esperados para el sismo de diseño, según lo requerido por el

título A del reglamento NSR-10. (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010).

4.13. Deriva de piso

Se entiende por deriva el desplazamiento horizontal relativo entre dos puntos colocados

en la misma línea vertical, en dos pisos o niveles consecutivos de la edificación. (Asociación

Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010).

25



4.14. Ensayos no destructivos

Se denomina ensayo no destructivo a cualquier tipo de prueba practicada a un material

que no altere de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensio-

nales. Los ensayos no destructivos implican un daño imperceptible o nulo. (Instituto

Politécnico Nacional, 2011)

4.15. Ensayo de esclerometría INV E-413-13

Método que establece el procedimiento para determinar el índice esclerométrico o de re-

bote del concreto endurecido empleando un martillo de acero impulsado por un resorte. La

prueba se realiza con el fin de determinar zonas de concreto pobre y para estimar la resisten-

cia del concreto, por lo tanto el ensayo no es alternativo a ninguno de los ensayos normales

de compresión y tracción, y en ningún caso se debe emplear como base para la aceptación o

rechazo del concreto. (Instituo Nacional de Vías , 2013).

4.16. Ensayo de ferro-scan

Método no destructivo empleado para la detección de acero en el concreto reforzado, sirve

para encontrar la localización del acero, espesor de recubrimiento y diámetro de las varillas.

Su uso es muy práctico y sencillo ya que no se requiere extraer el revestimiento para deter-

minar la ubicación del acero. (Instituto Politécnico Nacional, 2011).

4.17. Software ETABS

ETABS es un programa de análisis y diseño estructural desarrollado específicamente para

sistemas de edificaciones, el cual permite simular los más grandes y complejos modelos de

26



edificios, incluyendo un amplio rango de comportamientos no lineales, haciéndolo una de las

herramientas predilectas para el análisis y diseño estructural en la industria de la construc-

ción. (Carrillo, 2007)

27



5. MARCO CONTEXTUAL

La evaluación del comportamiento de estructuras ante eventos sísmicos, busca garantizar

niveles óptimos de seguridad debido a las pérdidas humanas, económicas y demás que gene-

ran los sismos. El diseño previo a la construcción mediante normas que son debidamente

comprobadas por situaciones reales, permite obtener proyectos que pueden garantizar están-

dares adecuados de seguridad; no ocurre lo mismo con la evaluación de estructuras existen-

tes, donde se requiere de estudios mucho más amplios, complejos y llevados a cabo por per-

sonas capacitadas.

El estudio de estructuras existentes se hace más complejo debido a que en muchos de los

casos estas edificaciones fueron construidas antes de entrar en vigencia los reglamentos co-

rrespondientes y por ende se edificaron sin tener en cuenta ningún precepto de reglamento,

lo que aumenta aún más la vulnerabilidad de daño ante la presencia de los eventos, sumándole

además que algunas construcciones han cambiado de uso para el que originalmente se dise-

ñaron. Todo esto hace complicado evaluar y predecir el comportamiento de edificaciones

existentes ante sismos futuros. A continuación se expone una revisión de publicaciones aca-

démicas referente a estudios realizados de vulnerabilidad sísmica en edificaciones existentes.

(Alex H. Barbat, 1994) En su monografía de vulnerabilidad sísmica de edificios existentes

sintetiza la problemática del riesgo de las estructuras urbanas ante la aparición de fenómenos

naturales, allí se definen cada uno de los términos que intervienen en el análisis de

vulnerabilidad. Así mismo realiza una recapitulación de los métodos deterministas y

28



probablistas para el cálculo de la peligrosidad sísmica; finalmente explica la importancia que

tiene el diseño estructural, el proceso constructivo y el monitoreo post construcción en el

desempeño de las estructuras ante los fenómenos sísmicos que las perturban.

(Carrillo, 2007) En la investigación de evaluación de la vulnerabilidad sísmica de

estructuras utilizando un diseño por desempeño, realizó un estudio que permitió determinar

el riesgo al que se encuentra expuesta una edificación existente de la ciudad de Bogotá D.C.

determinando la demanda y la capacidad mediante la realización de un avalúo de cargas,

espectro de respuesta y modelación en el software SAP2000 con previa recolección de

información necesaria, con el fin de determinar el comportamiento estimado de la estructura

siguiendo los lineamiento estipulados en el NSR-10, el autor pudo concluir que la edificación

presenta falencias en el diseño de algunos miembros estructurales de la edificación y por

ende una mayor demanda de solicitaciones ante la capacidad sismo resistente de los mismos,

proponiendo finalmente opción de repotenciamiento estructural con el fin de disminuir el

índice de vulnerabilidad de la edificación.

(Calvi, 1996) En su estudio denominado vulnerabilidad y daño sísmico, conceptos y

evaluación, identificó cuatro metodologías cuantitativas aplicables a las construcciones que

pueden ser representadas por modelos mecánicos. El primer método expuesto es el de el

análisis estático lineal donde la estructura analizada se modela como un sistema de 1 grado

de libertad con una rigidez estática lineal, mediante la determinación del periodo fundamental

29



de la estructura se establece el espectro de respuesta apropiado, se determina la aceleración

espectral y las fuerzas sísmicas de la edificación, con ello se obtienen los desplazamientos

horizontales de la estructura. Los métodos restantes son el análisis estático no lineal donde

se realizan modelaciones con base en la relación fuerza – deformación de los elementos y

componentes individuales para la obtención de la respuesta inelástica de los materiales. El

análisis dinámico lineal por su parte, permite modelar estructuras mediante simulaciones en

sistemas de múltiples grados de libertad, y finalmente el autor explica el análisis dinámico

no lineal el cual admite modelar acciones sísmicas con historias temporales de movimiento

como acelerogramas, el escritor determinó que este último es el método más sofisticado para

predecir fuerzas y desplazamientos internos.

(Peña, 2014) Determinó el índice de vulnerabilidad sísmica de siete viviendas existentes

de dos pisos en la ciudad de Bogotá Colombia, mediante el uso de la metodología del Rapid

Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards, de la Federal Emergency

Management Agency – FEMA. En el estudio el autor pudo concluir que los aspectos

geométricos de los miembros estructurales definidos en la etapa de diseño son de las

principales falencias que aunmentan el riesgo y vulnerabilidad de las viviendas ante los

sísmos, así mismo, las irregularidades, el tipo de uso, el tipo de perfil de suelo, nivel de

amenaza sísmica y el entorno son criterios fundamentales para la determinación de la

vulnerabilidad o riesgo sísmico.

30



(Mora, 2017) En el estudio de vulnerabilidad sísmica en viviendas de uno y dos pisos en

la ciudad de Cali, Colombia, el autor realizó el estudio mediante la metodología del método

de observación rápida o ATC 21, el cual consiste en la realización de inspecciones al interior

y exterior de las viviendas, evaluando sus condiciones estructurales y no estructurales. El

método ATC 21 permite establecer un nivel de vulnerabilidad sísmica calificando las edifi-

caciones entre vulnerabilidad mínima, significativa, alta y muy alta. Igualmente con los re-

sultados obtenidos el autor planteó soluciones a las deficiencias encontradas tomando como

base el reglamento Colombiano de Construcción Sismo resistente NSR-10, específicamente

el título E establecido para viviendas de uno y dos pisos.

31



CAPÍTULO III

6. MARCO METODOLÓGICO

6.1. Recolección de información

En estudios anteriores, se apreció la tendencia de los investigadores a recolectar la ma-

yor cantidad de información arquitectónica y estructural existente; en esta etapa se procede a

solicitar a la dirección de planta física de la universidad de Ibagué los diseños arquitectóni-

cos, estructurales y memorias de cálculo de la segunda etapa del laboratorio de ingeniería, en

búsqueda de conocer concretamente la división de las etapas uno y tres respecto de la se-

gunda, detalles de los diseños de los miembros estructurales, características de los materiales

y geometría de la edificación.

6.2. Evaluación cualitativa FEMA P-154

Para la realización de la evaluación visual cualitativa de vulnerabilidad sísmica del labo-

ratorio de ingeniería se desarrolla la metodología del “Rapid Visual Screening of Buildings

for Potential Seismic Hazards: A handbook” propuesta en el reglamento de la “Federal Emer-

gency Management Agency” FEMA P-154 2014. Esta evaluación se realiza a partir de un

análisis visual que permite identificar los parámetros que son evaluados por la norma en

mención, regulados mediante un formato estándar que es aplicable a cualquier tipo de estruc-

tura siempre y cuando la misma haya sido construida con materiales como concreto, mam-

postería, acero y madera.

32



El formato empleado para la evaluación se muestra en las ilustraciones 1 y 2, respectiva-

mente.

Ilustración 1. Formato de recolección de datos

Fuente: FEMA P-154

Ilustración 2. Formato empleado para la puntuación de la evaluación

33



Fuente: FEMA P-154

La manera correcta de realizar la evaluación cualitativa se muestra a continuación relacio-

nando los pasos a seguir con la subdivisión mostrada en las ilustraciones 1 y 2 respectiva-

mente.

6.2.1. Características generales de la edificación

Este recuadro del formato contiene información general como la ubicación y nombre de

la edificación, en términos de características generales se ingresa el uso de la edificación, su

localización en coordenadas, y la aceleración espectral S1 y S2 definidas por el FEMA P-

154 según las características sísmicas de la zona, para la determinación de éste primer pará-

metro se procederá a identificar la zona de amenaza sísmica de la ciudad de Ibagué em-

pleando la tabla A.2.3-2 del NSR-10 de donde se determinan los valores de Aa y Av que

representan la velocidad y aceleración pico efectiva, los valores se encuentran en la tabla 1

presentada a continuación.

34



Tabla 1. Valores de aceleración y velocidad pico efectiva Aa y Av para la ciudad de Ibagué

Ciudad Aa Av

Ibagué 0.20 0.20

Fuente: NSR-10. Tabla A.2.3-2

Los términos Ss y S1 según el reglamento de referencia son equivalentes a los términos

aceleración espectral para periodos cortos y largos respectivamente, para la obtención de este

valor se usará como base el valor de Aa el cual define la aceleración pico efectiva para la

ciudad donde se ubica el área de estudio. Con los valores obtenidos y empleando la tabla A-

1 del reglamento FEMA P -154, se clasifica el nivel de amenaza sísmica de acuerdo al for-

mato de evaluación, como se muestra en la ilustración 3.

Ilustración 3. Definición del nivel de amenaza sísmica para la evaluación visual.

Fuente: FEMA P-154

Con el resultado obtenido se elige el tipo de formato a emplear, debido a que el FEMA P-

154 presenta instructivos de evaluación de acuerdo al nivel de sismicidad de la zona, como

se apreció en la ilustración 1.

35



6.2.2. Levantamiento preliminar y registro fotográfico

Con la intención de reconocer esquemáticamente la estructura objeto de estudio se realiza

un registro fotográfico, que se inserta en el recuadro “Photograph” del formato, a su vez se

debe realizar un levantamiento preliminar de la estructura con el fin de determinar los ele-

mentos estructurales y su respectiva ubicación, este levantamiento se ubica en la sección

“Skectch” del formato y debe contener medidas preliminares, zonas de referencia y demás.

6.2.3. Características de penalización y parámetros de evaluación

En una primera parte, se registra información básica como número de pisos, área cons-

truida, intervenciones realizadas y ocupación; posteriormente, se define el tipo de perfil de

suelo, riesgos geológicos, análisis de adyacencia, análisis de irregularidades, peligros de

caídas en el exterior, entre otros. La clasificación del tipo de perfil de suelo se puede deter-

minar mediante exploraciones de campo y estudios, o a través investigaciones previas que se

hayan realizado en la zona de estudio.

Por su parte, el análisis de adyacencia y de irregularidades verticales y en planta, se reali-

zará siguiendo las especificaciones contempladas en las tablas B-3, B-4 y B-5 del Rapid Vi-

sual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards: A Handbook del FEMA P-154

2014. A continuación se referencian las tablas que serán usadas para los análisis requeridos

en la evaluación.

6.2.3.1 Pounding o golpeo

Esta irregularidad sucede cuando no se respeta la dilatación mínima o junta de separación

bien sea entre edificaciones adyacentes o componentes estructurales, según el FEMA P-154

36



la separación sísmica debe ser igual o superior a 2 pulgadas. A continuación se muestra un

resumen de los tipos de pounding o golpeo establecidos por la norma de referencia.

Ilustración 4. Pounding o golpeo

Fuente: FEMA P-154

6.2.3.2. Irregularidades verticales

La existencia de irregularidades en altura hace que el comportamiento ante eventuales

sismos sea diferente, la existencia de éstas castiga la resistencia de la estructura debido a los

problemas de torsión que puede generar, en la ilustración 5 se evidencian todos los tipos de

irregularidades verticales contemplados por el reglamento utilizado para la evaluación.

Ilustración 5. Irregularidades verticales

Fuente: Tabla B-5 FEMA P-154

POUNDING: Golpeo debido a la no separación mínima entre estructuras adyacentes o componenetes

estrcturales

da b c

Irregularidades verticales

Muro debilitado Piso debil + piso fuerte Retroceso

Elementos diagonales Columna corta Niveles dividios

37



6.2.3.3 Irregularidades en planta

Estas son las discontinuidades en geometría, masa o elementos que se evidencian en la

estructura, estas irregularidades castigan el comportamiento de la estructura ante eventuales

sismos, en la ilustración 6 se presenta la clasificación de las irregularidades en planta esta-

blecida por la norma de referencia.

Ilustración 6. Irregularidades horizontales

Fuente: Tabla B-5 FEMA P-154

La estructura presenta irregularidad horizontal debido a esquina reentrante o retroceso en

las esquinas. Las irregularidades mencionadas anteriormente serán los principales parámetros

de calificación para la estructura.

6.2.4. Puntaje de la estructura

Finalmente, de acuerdo al tipo de sistema estructural de la edificación y el nivel de sismi-

cidad obtenido de acuerdo a la tabla A-1 establecida por el FEMA P-154, se determina el

puntaje básico sobre el que va a ser calificada la edificación, para ello se emplea la tabla 3-1

del mismo reglamento como se aprecia en la siguiente ilustración:

retroceso en esquinas Elementos desalineadosMuros rígidos Sistema no paralelo Diagfragma abierto

Irregularidades horizantales

38



Ilustración 7. Puntaje básico para calificación de la estructura

Fuente: Tabla 3-1 del FEMA P-154

Una vez realizado el análisis, se procede a obtener el puntaje final de la edificación, se

penaliza la estructura disminuyendo su puntuación inicial con los valores parametrizados que

finalmente dan un puntaje definitivo. Este resultado final se compara con un valor mínimo

definido para cada zona de amenaza sísmica, si el resultado obtenido es menor que el valor

mínimo contemplado se concluye que la edificación presenta alta vulnerabilidad sísmica y

es necesario realizar un análisis más profundo.

6.3. Levantamiento arquitectónico

Para la realización del levantamiento arquitectónico se realizaron mediciones en planta y

en altura, al exterior y al interior de la segunda etapa del laboratorio, con el fin de determinar

39



distancias dentro de todo el perímetro que abarca el área de estudio, y con base en ello plan-

tear una planta arquitectónica actualizada de la edificación. En las fotografías que se presen-

tan a continuación se puede apreciar el proceso toma de mediciones en el área de estudio.

Fotografía 1-1. Toma de mediciones

Fuente: Autor

Durante la etapa de recolección de información se tuvo acceso a un planteamiento arqui-

tectónico de las tres etapas del laboratorio de ingeniería realizado en el año 2009 por el ar-

quitecto Alfonso Carrero, dicho planteamiento fue de gran ayuda para la realización del le-

vantamiento arquitectónico dado que inicialmente fue difícil identificar algunos ejes y la ubi-

cación exacta de la división de la etapa número uno con respecto a la dos, en las fotografías

de los anexos se puede apreciar la toma de mediciones completa para la realización del le-

vantamiento. El trazado arquitectónico propuesto, contiene distancias y alturas encontradas

en campo, así como un inventario actualizado del uso que se le da a cada una de las áreas que

hacen parte de la segunda etapa del laboratorio de ingeniería.

40



6.4 Levantamiento estructural

Una vez definido el levantamiento arquitectónico se procede a realizar el levantamiento

estructural, para ello inicialmente se realiza la ubicación de miembros estructurales medibles

con el fin de determinar las secciones de los mismos. Luego de establecer las dimensiones

encontradas en los elementos medidos, se procede a realizar una revisión del cumplimiento

de las secciones construidas respecto a las establecidas en el diseño estructural, posterior-

mente se emplea el software AutoCAD como herramienta para la realización del levanta-

miento el cuál será el utilizado para la realización del modelo digital en el programa ETABS

6.5. Verificación de cumplimiento de secciones mínimas para DMO y DES

La ciudad de Ibagué se encuentra localizada en una zona con amenaza sísmica intermedia,

de acuerdo a como lo establece la tabla A.2.3-2 del NSR-10, la siguiente ilustración define

la capacidad de disipación de energía con la que se debe diseñar de acuerdo a la zona de

amenaza sísmica:

Tabla 2. Restricciones al uso de sistemas y materiales estructurales

CAPACIDAD DE DISI-

PACIÓN DE ENERGÍA

ZONA DE AMENAZA SÍSMIA

BAJA INTERMEDIA ALTA

MINIMA (DMI) SI X X

MODERADA (DMO) SI SI X

ESPECIAL (DES) SI SI SI

Fuente: NSR-10

Para zonas con amenaza sísmica intermedia como lo es Ibagué donde se encuentra ubicada

el área de estudio, es necesario diseñar como mínimo con capacidad moderada de disipación

de energía DMO, no obstante Ibagué se encuentra muy próximo a zona de amenaza sísmica

41



alta, por ende se procederá a analizar la estructura para capacidad de disipación de energía

moderada DMO y especial DES; de esta manera se obtendrá la verificación del cumplimiento

de las secciones dispuestas en la segunda etapa del laboratorio de ingeniería en búsqueda de

corroborar que las dimensiones establecidas cumplan para ambos casos.

Para el chequeo de la altura mínima requerida para miembros estructurales como losa de

entrepiso, vigas y viguetas se tomarán como base los requerimientos establecidos en el título

C.9.5 del NSR-10, como se aprecia en la tabla 3:

Tabla 3. Alturas o espesores mínimos recomendados para vigas no pre-esforzadas o losas reforzadas

en una dirección que soporten muros divisorios y particiones frágiles susceptibles de dañarse

Fuente: NSR-10

Igualmente la verificación se realizará tomando como referencia los títulos C.21.3.5.1,

C.10.3.2.1, C.21.6.1.1 y C.21.6.1.2 para las columnas con capacidad de disipación de energía

moderada DMO y especial DES, dichos requerimientos establecen que para columnas en

DMO la sección menor del elementos debe ser como mínimo de 250 mm y para DES debe

Simplemente

apoyado

Con un

extremo

continuo

Ambos

extremos

continuos

En

voladizoElemento

Espesor mínimo, h

Elementos que soportan o estén ligados a divisiones u

otro tipo de elementos susceptibles a dañarse debido a

deflexiones grandes

vigas o losas nervadas en

una dirección

42



ser mayor o igual a 300 mm, a su vez definen que la altura de la columna debe ser mayor o

igual a su base y que la relación base - altura debe ser mayor o igual a 0.4.

Para las vigas también se verificarán los títulos C.21.3.4.1, C.21.5.1.3 y C.21.5.1.4 del

NSR-10 para ambos casos; para las viguetas se chequearán las especificaciones contempla-

das en los títulos C.8.13.2 y C.8.13.3 del mismo reglamento para corroborar el cumplimiento

de ancho mínimo y separación entre nervios.

6.6. Realización de ensayos no destructivos

Debido a la dificultad de realizar ensayos destructivos en la edificación por el riesgo

que implica extraer muestras en los miembros estructurales para la determinación de las

propiedades del concreto y la disposición del acero de refuerzo, se realizaron únicamente

ensayos no destructivos de esclerometría y ferro-scan respectivamente.

6.6.1. Ensayo de esclerometría

El ensayo de esclerometría INV E-413-13 permite obtener el índice de rebote y la resis-

tencia estimada del concreto mediante la utilización de un martillo de acero impulsado deno-

minado esclerómetro. El ensayo tiene como fin establecer zonas de concreto pobre o deterio-

rado y estimar la resistencia del concreto, pero no es un ensayo alternativo al ensayo destruc-

tivo de compresión. El ensayo se realiza siguiendo los parámetros definidos por la norma

anteriormente mencionada, a continuación se puede observar el aparato empleado para la

realización del ensayo:

43



Fotografía 2. Esclerómetro empleado para la realización del ensayo INV E-413-13

Fuente: Autor

Para el procedimiento inicialmente se debe seleccionar la superficie a ensayar, para éste

estudio se realizarán los ensayos únicamente en columnas debido a la dificultad de realizarlos

en las vigas.

La sección de la superficie a ensayar debe tener un espesor igual o mayor de 100 mm,

debe ser del mismo tipo, tener aproximadamente la misma edad y condición de humedad y

deben haber sido elaborados con los mismos materiales (cementos, agregados y aditivos).

(Instituo Nacional de Vías , 2013).

Inicialmente se realiza la demarcación del área de ensayo garantizando que en ella se pue-

dan realizar un mínimo de 10 disparos, seguidamente se hace el retiro de todo el revoque del

miembro hasta encontrar la superficie del concreto, como se aprecia en la siguiente fotogra-

fía:

44



Fotografía 3. Preparación de la superficie de ensayo

Fuente: Autor

La superficie de ensayo debe quedar lo más prolija y limpia posible, acto seguido se pre-

para la superficie demarcando el área seleccionada en subdivisiones a manera de cuadrícula,

el área mínima cada casilla de golpe debe ser de 1 𝑖𝑛2 y en total por zona de ensayo se deben

realizar un mínimo de 10 cuadrículas. De acuerdo a la norma los resultados obtenidos son

aceptados si un total de 10 o más ensayos, no difieren del promedio de golpes en +/- 6

unidades del índice de rebote (IRB), de no ser así la norma dicta que el ensayo no es válido

y debe repetirse.

Una vez se encuentran listas las superficies a ensayar, se proceden a realizar los disparos

teniendo el aparato en una posición de 90° respecto al elemento, como se aprecia en la si-

guiente ilustración:

45



Fotografía 4. Realización del ensayo

Fuente: Autor

Los ensayos se desarrollan en dos superficies diferentes en la misma columna, se ensaya-

ron un total de 6 columnas, 3 en el primer piso de la edificación y tres en el segundo. Para el

análisis de los resultados se toman los valores del índice de rebote (IRB) el cual es un valor

adimensional y los valores de resistencia estimada a la compresión (CCS) en unidad de

N/𝑚𝑚2, los resultados obtenidos serán analizados para la determinación de la resistencia del

concreto principalmente y para determinar si existen zonas de concreto pobre o débil y de-

terminar problemas como hormigueo o corrosión.

6.6.2. Ensayo de ferro-scan

El ensayo de ferro-scan se realiza con el fin de determinar la posición del acero de refuerzo

longitudinal y transversal en miembros de concreto reforzado, de esta manera se pueden de-

terminar características como lo son el espesor de recubrimiento, separación de las barras y

diámetro de las mismas.

46



Fotografía 5. Ferro - scan

Fuente: Autor

La metodología se realiza desplazando el escáner de cara a cara de la sección a ensayar

horizontal y verticalmente, a medida que se identifica el acero de refuerzo se marca su ubi-

cación y se determina inmediatamente el diámetro de la barra y se continúa sucesivamente

hasta completar el ensayo en todo el cuerpo del elemento ensayado. Este ensayo arroja

valores más exactos si se usa de manera adecuada, el aparato se debe calibrar cada 5 minutos

conforme lo establece el manual de uso.

6.7. Evaluación de cargas y espectro diseño

Una vez definido el levantamiento estructural donde se estableció la geometría de la edi-

ficación, las secciones de los elementos estructurales y la resistencia estimada del concreto,

se proceden a determinar los respectivos avalúos de cargas de servicio y la elaboración del

espectro elástico de diseño, para posteriormente proceder a realizar el modelo digital de la

edificación.

47



6.7.1. Avalúos de cargas muertas

Siguiendo los lineamientos del título B del NSR-10 se procede a estimar las distintas so-

licitaciones estáticas que van a ser aplicadas sobre la estructura. Los avalúos serán realizados

en unidad de KN/𝑚2 y se evaluarán las cargas permanentes que soportarán la placa de entre-

piso, escaleras y la cubierta, la carga de los elementos estructurales como vigas y columnas

será determinada por el software empleado para la simulación.

Teniendo en cuenta que la losa es aligerada en una dirección en el avalúo de carga muerta

de la placa, se tendrá en cuenta la carga de las viguetas, muros divisorios, loseta superior e

inferior, casetón permanente y terminado arquitectónico según el procedimiento de (Naranjo,

2011); la carga del terminado arquitectónico se determinará con base en la tabla B.3.4.1-3

del NSR-10, en cuanto a los muros divisorios la carga se determina empleando la tabla

B.3.4.2-4 del mismo reglamento. En la siguiente tabla se puede observar el avalúo de cargas

para la losa aligerada.

Tabla 4. Avalúo de carga muerta losa aligerada de entrepiso

AVALUO DE CARGA MUERTA LOSA ALIGERADA ENTREPISO

Ítem Cálculos Valor (KN/m²)

Loseta superior e inferior (0,08m) * (24 KN/m³) 1.92

Terminado arquitectónico Baldosa cerámica (20mm) sobre 25mm de mortero 1.1

Muros divisorios ((4.0m) * (143.91m) * (2.5KN/m2)) / 324.63 m2 4.43

Casetón de guadua permanente 0.38

Viguetas ((0.15m) * (0.30m) * ( 24.0*KN/m³)) / 0.60 m 1.8

Carga muerta total 9.633

Fuente: Autor

48



Para el avalúo de carga muerta de las escaleras se tendrá en cuenta el valor de la losa, de la

huella y contra huella, y el terminado arquitectónico, como se puede apreciar a continuación:

Tabla 5. Avalúo de carga muerta para escaleras

AVALUO DE CARGA MUERTA ESCALERAS

Ítem Cálculos Valor(KN/m²)

Losa (0.15m) * (24KN/m3) 3.6

Huella y contrahuella ((0.25 m * 0.18) / 2) * 1.3 m * 24KN/m3 * 17 / 10.7 m2) 1.115

Terminado arquitectónico Baldosa cerámica (20mm) sobre 25mm de mortero B.3.4.1-3 1.1


Fuente: Autor

Para la cubierta se determinará la carga muerta de acuerdo a la tabla B.3.4.1-4, la cubierta

encontrada en inspecciones realizadas obedece a cubierta corrugadas en asbesto cemento,

ésta se encontró pernada y se apoya sobre los muros perimetrales, no se encontró presencia

de estructura metálica ni cielo raso, por lo cual se despreció en el avaluó presentado en la

tabla 6.

Tabla 6. Avalúo de carga muerta para cubierta

AVALUO DE CARGA MUERTA CUBIERTA

Ítem Cálculos Valor(KN/m²)

Cubiertas corrugadas de asbesto - cemento B.3.4.1-4 0.2

muros ((0.70m) * (143.91m) * (2.5KN/m2)) / 324.63 m2 0.776


Fuente: Autor

49



6.7.2. Avalúo de cargas vivas

De acuerdo a como lo establecen las tablas B.4.2.1-1 y B.4.2.1-1 del NSR-10, se toman

los valores de cargas vivas mínimas uniformemente distribuidas en unidad de KN/𝑚2, para

el caso de estudio se determinarán las cargas establecidas para salones de clase, corredores y

escaleras; para la cubierta se tomará el valor de carga viva con pendiente menor de 15°, como

lo muestran las figuras 8 y 9 respectivamente:

Ilustración 8. Cargas vivas para salones de clase, corredores y escaleras

Fuente: Tabla B. 2.4.1-1 NSR-10

Ilustración 9. Cargas vivas para cubierta

Fuente: Tabla B. 2.4.1-2 NSR-10

6.7.3. Espectro de diseño

El espectro de diseño se realizará mediante el método de la fuerza horizontal equivalente

con un cinco por ciento (5%) del amortiguamiento crítico. Este se elabora determinando ini-

cialmente la zona de amenaza sísmica del área de estudio como lo establece la tabla A.2.3-

2 del NSR-10, posteriormente se determinan los valores de aceleración horizontal pico efec-

tiva y velocidad horizontal pico efectiva Aa y Av según como lo establece la misma tabla.

50



Tabla 7. Zona de amenaza sísmica de la ciudad de Ibagué

Ciudad Aa Av

Zona de

amenaza

sísmica

Ibagué 0.2 0.2 Intermedia

Fuente: Tabla A.2.3-2 NSR-10

Posteriormente se procede a determinar el tipo de perfil de suelo, para ello se tomará como

base la información del trabajo de grado (Ospina C. & Restrepo A., 2011) de donde se deter-

minó que el tipo de perfil suelo sobre el que se construyó el laboratorio de ingeniería de la

universidad de Ibagué se clasifica como D de acuerdo al NSR-10, en la caracterización geo-

técnica de los suelos de la universidad de Ibagué.

Seguidamente se determinan los valores de los coeficientes que afectan la aceleración en

las zonas de periodos cortos e intermedios del espectro Fa y Fv de acuerdo a las tablas A.2.4-

3 y A.2.4-4 del NSR-10.

Ilustración 10. Valores del coeficiente Fa según Aa y el tipo de perfil de suelo


51



Ilustración 11. Valores del coeficiente Fv según Av y el tipo de perfil de suelo


Continuamente se identifica mediante el título A.2.5.1 del NSR-10 el grupo de uso en el que

clasifica la estructura y con base en él se determina empleando la tabla A.2.5-1 el valor del

coeficiente de importancia I, para éste caso el coeficiente de importancia es equivalente a

1.25 debido a que el grupo de uso de la estructura es educativo (Grupo de uso III).

Ilustración 12. Valores del coeficiente de importancia I

Fuente: Tabla A.2.5-1 NSR10

A continuación se presentan los valores obtenidos por la estructura para realizar el espec-

tro de aceleraciones de diseño en el rango elástico, donde se contiene los valores obtenidos

en el procedimiento expuesto anteriormente, definidos los valores de aceleración y velocidad

pico Aa y Av, el tipo de perfil de suelo, y el grupo de uso con el que se obtuvo el valor del

coeficiente de importancia I, como se muestra en la siguiente tabla:

52



Tabla 8. Valores obtenidos para realización del espectro elástico de diseño

Ciudad Ibagué

Zona de amenaza sísmica Intermedia

Aa 0.2

Av 0.2

Tipo de perfil de suelo D

Fa 1.4

Fv 2

Grupo de uso III

Coeficiente de importancia I 1.25

Fuente: Autor

Una vez determinados estos, se continúa con la determinación del periodo fundamental

aproximado de la estructura (Ta) empleando la ecuación A.2.4-3 y la tabla A.4.2-1 del NSR-

10.

Ecuación 1. Periodo fundamental de la estructura

𝑇𝑎 = 𝐶𝑡 ∗ ℎ𝛼

𝑻𝒂 = 𝑷𝒆𝒓𝒊𝒐𝒅𝒐 𝒇𝒖𝒏𝒅𝒂𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒆𝒔𝒕𝒓𝒖𝒄𝒕𝒖𝒓𝒂

𝑪𝒕 = 𝑪𝒐𝒆𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆𝒍 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝒆𝒔𝒕𝒓𝒖𝒄𝒕𝒖𝒓𝒂𝒍

𝒉 = 𝑨𝒍𝒕𝒖𝒓𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒆𝒔𝒕𝒓𝒖𝒄𝒕𝒖𝒓𝒂

𝜶 = 𝑷𝒂𝒓á𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝒆𝒔𝒕𝒓𝒖𝒄𝒕𝒖𝒓𝒂𝒍

Fuente: NSR-10

Donde el valor de Ct depende del tipo de sistema y material estructural utilizado para el

diseño, 𝛼 depende de éste mismo y h es la altura total de la edificación. Como la estructura

es de tipo aporticado se tiene entonces que los coeficientes son:

53



Ilustración 13. Valores de los parámetros Ct y α para el cálculo del periodo aproximado

Fuente: NSR-10

Conjuntamente se procede a realizar el análisis de irregularidades de la estructura para la

reducción del espectro de diseño al rango inelástico, siguiendo los lineamientos de las tablas

A.3-6 y A.3-7, se definen los tipos de irregularidades en planta φp y en altura φa, para la

edificación estudiada, la irregularidad en planta clasifica como tipo 2P y para la irregularidad

vertical la estructura clasifica como tipo 3A, por su parte la irregularidad por ausencia de

redundancia φr para DMO y DES de acuerdo al título A.3.3.8.2 tiene un valor de 0.75, como

se aprecia en la siguiente tabla

Tabla 9. Irregularidades para el caso de estudio

φp 0.9

φa 0.9

φr 0.75

Fuente: Autor

54



Por su parte la tabla A.3-3 del NSR-10 define los valores del coeficiente 𝑅0 para sistemas

estructurales aporticados resistentes a momentos, como se observa en la siguiente figura:

Ilustración 14. Valor del factor Ro para pórticos resistentes a momentos con capacidad de disipa-

ción de energía especial DES

Fuente: NSR-10

Para la modelación se tomará el caso más crítico que corresponde a capacidad de disipa-

ción de energía especial DES, el valor de 𝑅0 tiene un valor de 7 para el caso de estudio. Una

vez definidos los parámetros de reducción del espectro, se emplea la siguiente ecuación:

Ecuación 2. Factor de reducción R

𝑅 = φa ∗ φp ∗ φr ∗ 𝑅𝑂

𝑹 = 𝑭𝒄𝒕𝒐𝒓 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒅𝒖𝒄𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆𝒍 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐

𝝋𝒂 = 𝑰𝒓𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒓𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆𝒔 𝒆𝒏 𝒂𝒍𝒕𝒖𝒓𝒂

𝝋𝒑 = 𝑰𝒓𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒓𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆𝒔 𝒆𝒏 𝒂𝒍𝒕𝒖𝒓𝒂

𝝋𝒓 = 𝑰𝒓𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒓𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒑𝒐𝒓 𝒂𝒖𝒔𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒅𝒖𝒏𝒅𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂

𝑹𝟎 = 𝑰𝒓𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒓𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒑𝒐𝒓 𝒂𝒖𝒔𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒅𝒖𝒏𝒅𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂

Fuente: NSR-10

55



De esta manera se obtiene el valor del coeficiente R que reducirá el sismo; finalmente,

con la obtención de todos los datos recopilados se procede a elaborar el espectro de acelera-

ciones de diseño en el rango elástico e inelástico con un coeficiente del cinco por ciento (5%)

del amortiguamiento crítico para zonas de periodos iniciales (To), periodos cortos (Tc) y

periodos largos (𝑇𝐿), determinando para cada periodo el valor de la aceleración espectral (Sa)

expresada como una fracción de la gravedad. La elaboración del espectro de diseño se elabora

siguiendo las ecuaciones y secuencia planteada en el título A.2.6 del NSR-10.

Ilustración 15. Espectro de aceleraciones de diseño

Fuente: Autor

6.8. Simulación en ETABS 2016

Una vez definida la geometría de la edificación, secciones de los miembros estructurales,

características del material estructural, y las solicitaciones estáticas y dinámicas, se procede

56



a elaborar el modelo digital que permitirá obtener los desplazamientos horizontales y las

derivas de piso de la edificación mediante el uso del programa ETABS 2016.

Para la realización del modelo, inicialmente se definen los ejes conforme se determinó el

levantamiento estructural, posteriormente se definen las alturas de los pisos y la resistencia

del material estructural; continuamente se definen las secciones de los elementos estructura-

les como losa, columnas, viga y viguetas y se ubican conforme al plano estructural.

Posteriormente se definen los tipos de cargas que afectarán la edificación, como muertas,

vivas, y sísmicas, estas últimas llamadas Fx, Fy, Ex, y Ey para los sismos determinados en

el espectro de diseño; Acto seguido se definen los valores de las cargas muertas, vivas y

sísmicas determinadas en el capítulo anterior, se introducen las envolventes máxima y mí-

nima de momentos y se procede a cargar la estructura como se observa en la siguiente ilus-

tración.

Ilustración 16. Cargas muertas del modelo digital

Fuente: Autor

57



Seguidamente, se insertan las combinaciones de carga o combos conforme como lo esta-

blece el título B del NSR-10, se introducen los diafragmas rígidos las losas de cada nivel y

acto seguido se procede a simular la edificación.

Ilustración 17. Modelo digital simulado

6.8.1 Determinación de desplazamientos horizontales y derivas de piso

El NSR-10 señala la necesidad de controlar los desplazamientos horizontales, con el ob-

jeto principal de disminuir el daño de elementos no estructurales o elementos estructurales

que no hagan parte del sistema de resistencia sísmica. Por lo tanto, establece unos desplaza-

mientos horizontales máximos, expresados como un porcentaje de la altura de cada piso. A

estos desplazamientos relativos de cada piso se les denomina derivas de piso (Naranjo, 2011).

En el marco de referencia se definió la deriva de piso como la diferencia entre los despla-

zamientos horizontales de los niveles entre los cuales está comprendido el piso.

58



El capítulo A.6 del NSR-10, especifica las derivas máximas permisibles para edificaciones

dependiendo del material estructural empleado, como se aprecia en la siguiente ilustración:

Ilustración 18. Deriva máxima

Fuente: NSR-10

Para el caso de estudio, el cual es una edificación en concreto reforzado el NSR-10 define

que la deriva máxima de piso no debe exceder el 1% de la altura del mismo. Igualmente, el

NSR-10 establece que es necesario determinar el desplazamiento total en cada nudo, éste se

haya usando la ecuación 3 mostrada a continuación:

Ecuación 3. Derivas totales

∆𝑇𝑜𝑡̇ = √∆𝑥2 + ∆𝑦2

∆𝑇𝑜𝑡̇ = Deriva total

∆𝑥 = Deriva en x

∆𝑦 = Deriva en y

Fuente: NSR-10

Una vez obtenidas las derivas por el programa ETABS 2016, se realizará el chequeo para

verificar si dichos desplazamientos causados ante la afectación de las fuerzas sísmicas son

admisibles conforme como lo establece el NSR-10.

59



CAPÍTULO IV

7. ANÁLISIS DE RESULTADOS

7.1. Recolección de información.

De acuerdo a las bases datos de la universidad, se encontró únicamente una planta arqui-

tectónico realizada en el año 2009, la cual sirvió como referencia para el levantamiento ar-

quitectónico y estructural; en la búsqueda no se encontraron memorias de cálculo, pero sí se

encontró una planta estructural de la segunda etapa donde se encontraron dimensiones de

elementos tipo viga y columna, separación de nervaduras y sección de las mismas, no se

encontró despiece de ningún elemento estructural.

7.2. Levantamiento arquitectónico y estructural

Como resultado de los levantamientos realizados con base en la información recolectada,

inspecciones y mediciones realizadas, se obtuvieron los planteamientos arquitectónicos y es-

tructurales elaborados en el programa AutoCAD, en las plantas arquitectónicas definidas se

establece la geometría encontrada para la segunda etapa de la edificación con un inventario

actualizado de los laboratorios que funcionan en la misma, los planos en formato digital se

pueden encontrar en la carpeta de “Anexos”, en las subcarpetas “Levantamiento arquitectó-

nico” y “levantamiento estructural” entregadas junto al presente documento.

60



Ilustración 19. Captura del levantamiento arquitectónico en el software AutoCAD

Fuente Autor

Los levantamientos se entregarán a la base de datos de la planta física de la universidad

con el fin de que se reutilice la información aquí desarrollada para futuras investigaciones en

la edificación.

Ilustración 20. Ilustración del levantamiento estructural en el software AutoCAD.

Fuente: Autor

61



7.3. Evaluación cualitativa

De la evaluación cualitativa se obtiene que el puntaje de la estructura en términos de vul-

nerabilidad sísmica se ve afectada negativamente por tres tipos de coeficientes según la me-

todología empleada, la primera es la irregularidad vertical moderada debido a que se encuen-

tra construida en un desnivel debido a la topografía del terreno, la segunda es la irregularidad

en planta por regresión de esquinas y la última es su construcción antes del código que ac-

tualmente se encuentra en vigencia, como se aprecia en la siguiente ilustración

Tabla 10. Coeficientes de afectación para el laboratorio de ingeniería etapa 2

COEFICIENTES DE AFECTACIÓN PARA LABORATORIOS 2

Altura Planta Otros

CCCSR - 84

Terreno inclinado Esquina re-entrante Pre-código

Fuente: Autor

Dichos valores serán los principales parámetros de penalización para la edificación, a con-

tinuación en la tabla 11 se puede apreciar el formulario completo para el caso de estudio.

Tabla 11. Formulario FEMA P-154 para la evaluación

FEMA P-154 “RAPID VISUAL SCREENINGOF BUILDINGS

FOR POTENTIAL SEISMIC HAZARDS LEVEL 1”

ADRESS

Carrera 22 Calle 67 Barrio Ambalá, Universidad de Ibagué, Iba-

gué, Tolima, Colombia

ZIP 730002

USE Escolar

LATITUDE 4°27`02” LONGITUDE 75°11`57”

Ss 0.2 S1 0.2

62



SCREENER

RODWARD ALEXIS

CRUZ CÁRDENAS ; SAN-

TIAGO RODRIGUEZ RIVAS DATE/TIME

(16/06/201

8)

STORIES

ABOVE GRADE 2 BELOW GRADE 0

TOTAL FLOOR AREA (m2) 649.2

YEAR BUILT 1995 CODE YEAR -

ADITTIONS

NONE YES , YEAR 1999 - 2014

OCCUPANCY

ASSEMBLY EMERGENCY

INDUSTRIAL SCHOOL X

UTILY RESIDENTIAL

COMMERCIAL HISTORIC

OFFICE GOVERMENT

WREHOUSE SHELTER

SOIL TYPE

A

(HARD ROCK) D

(STIFF SOIL) X

B

(AVG ROCK) E

(SOFT SOIL)

C

(DENSE SOIL)

F

(POOR SOIL)

GEOLOGIC HAZARDS

LIQUEFACTION NO

LANDSLIDE NO

SURFACE RUPTURE NO

ADJACENCY

POUNDING SÍ

FALLING HAZARDS FROM TALLER ADJACENT BUILDING NO

IRREGULARITIES

VERTICAL TYPE/SEVERITY SÍ

PLAN TYPE SÍ

EXTERIOR FALLING HAZARDS

UNBRACED CHIMNEYS NO

63



PARAPETS

PARAPETOS EN MAMPOS-

TERÍA CON 40 - 50 CM APRO-

XIMADAMENTE

HEAVY CLADDING NO

APPENDAGES NO

OTHER

EXISTENCIA DE VENTILA-

DORES, LÁMPARAS Y VIDEO

BEAMS.

COMMENTS

LA ESTRUCTURA PRESENTA IRREGULARIDADES EN PLANTA Y EN AL-

TURA. IGUALMENTE SE APRECIA LA NO EXISTENCIA DE JUNTA DE SEPA-

RACIÓN CON RESPECTO A LA ETAPA 1. ASÍ MISMO SE OBSERVARON DA-

ÑOS POR HUMEDAD PERO NO FISURAS NI GRIETAS QUE INDUJAN A DAÑOS

ESTRUCTURALES.

Fuente. Autor

De esta manera se obtiene un puntaje básico de la edificación, afectando los parámetros

que regula el formato FEMA P-154 para la zona de amenaza sísmica del área de estudio

Tabla 12. Puntaje obtenido por la edificación

FEMA BUILDING TYPE C1 (MRF)

BASIC SCORE 2.1

MODERATE VERT. IRREGULA-

RITY -0.7

PLAN IRREGULARITY -0.8

PRE – CODE -0.3

TOTAL 0.3

Fuente: Autor

El puntaje obtenido por la estructura cumple el mínimo requerido por el FEMA P-154. Se

puede decir en términos generales que la estructura cumple con la calificación mínima para

una estructura en zona de amenaza moderada según el FEMA P-154, como se puede apreciar

en la siguiente tabla:

64



Tabla 13. Verificación de puntaje mínimo requerido

TOTAL 0.3

MINIMUM SCORE, S min 0.3

Verificación CUMPLE

Fuente: FEMA P-154

No obstante, es conveniente tener en cuenta que la zona de amenaza sísmica de Ibagué

presenta una actividad considerable, por lo cual un puntaje tan próximo al mínimo requerido

no garantiza en su totalidad el correcto desempeño de la estructura ante movimientos sísmi-

cos de gran magnitud.

Así mismo, en el estudio se pudo determinar que la edificación de uso escolar cuenta con

otros riesgos, como elementos que ante eventos sísmicos pueden generar accidentes en los

usuarios producto de su caída al exterior o al interior de la edificación como muros parapetos,

ventiladores, elementos de video, estantería, entre otros.

Sumado a lo anterior aumenta la vulnerabilidad sísmica la inexistencia de separación entre

las juntas constructivas que separan la etapa 1 con respecto a la 2, lo cual puede producir

efectos nocivos como “golpeo” o Pounding como está definido en el FEMA P-154, de ahí

que un análisis más de tallado es de suma importancia para poder prever el comportamiento

sísmico de la edificación.

Igualmente, durante la evaluación no se determinaron daños patológicos o estructurales

en la edificación, únicamente se encontraron deterioros por humedad pero que no son signi-

ficativos en el comportamiento de la estructura.

65



7.4. Verificación de cumplimiento de secciones mínimas

En términos generales de verificación de secciones la estructura Laboratorios de Ingenie-

ría 2, posee dimensiones de elementos estructurales que están dentro de los criterios de ca-

pacidad de disipación de energía moderada y especial, como se puede ver en el desglose

presentado a continuación.

7.4.1. Verificación de columnas

La edificación cuenta con un total de 27 columnas las cuales se agrupan en un solo tipo

debido a que todas tienen una sección de 900 cm2 (0.30m x 0.30m). A continuación se

realiza la verificación de cumplimiento mínimo de dimensión para las mismas para capacidad

de disipación de energía moderada DMO y especial DES.

Tabla 14. Verificación de cumplimiento de columna típica para DMO

COLUMNA C-1 DMO

bc (cm) 30 CUMPLE C.21.3.5.1

hc (cm) 30 CUMPLE C.21.3.5.1

hc >= bc 1 CUMPLE C.21.3.5.1

Fuente: Autor

Para el caso de disipación de energía moderada DMO, cumple el requerimiento estable-

cido por el título C.21.3.5.1 el cual define que la sección menor debe ser de 250 mm o más.

Tabla 15. Verificación de cumplimiento de columna típica para DES

COLUMNA C-1 DES

bc (cm) 30 CUMPLE C.21.6.1.1

hc (cm) 30 CUMPLE C.21.6.1.1

bc/hc 1 CUMPLE C.21.6.1.2

Fuente: Autor

66



Así mismo, de acuerdo a los títulos C.21.6.1.1 y C.21.6.1.2 la sección de columna dise-

ñada para el laboratorio de ingeniería etapa 2 cumple para capacidad de disipación de energía

especial DES, como se apreció en la tabla anterior, ya que como define el primer título la

sección mínima del elemento debe ser igual o mayor a 300 mm, así mismo la relación mínima

entre la sección menor y la sección mayor del elemento cumple que debe ser mayor o igual

a 0.4 cumple.

7.4.2. Verificación de vigas

Inicialmente se chequeó, que la altura de la viga definida cumpliese con la altura mínima

requerida de acuerdo al título C.9.5.2.1, como se muestra a continuación:

Tabla 16. Espesor o altura mínima para losa, vigas y viguetas

Pre dimensionamiento espesor mínimo losa, viga y viguetas C.9.5.2.1

Ambos extremos continuos - Losa nervada en una dirección

Luz mayor L (m) h min (m) h encontrada (m) Chequeo

Eje B - C entre 5 y 7 4.8 0.3 0.3 OK

Fuente: Autor

Las vigas tienen un único tipo de sección (30 cm x 30 cm) con un área de 900 cm2, se

obtiene entonces la siguiente verificación de la misma para capacidad de disipación mode-

rada DMO y especial DES.

Tabla 17. Verificación de cumplimiento de viga típica para DMO

Fuente: Autor

VERIFICACIÓN VIGA UNICA

(DMO)

h (cm) 30 CUMPLE C.9.5.2.1

bw (cm) 30 CUMPLE C.21.3.4.1

67



Se puede observar de la tabla anterior que la sección única de viga para capacidad de

disipación de energía moderada DMO cumple con la altura mínima y ancho mínimo según

los títulos C.9.5.2.1 y C.21.3.4.1 del NSR-10 respectivamente.

Tabla 18. Verificación de cumplimiento de viga típica para DES

VERIFICACIÓN VIGA ÚNICA

(DES)

h (cm) 30 CUMPLE C.9.5.2.1

c2 (cm) 30

c1 (cm) 30

bw (cm) 30 CUMPLE C.21.5.1.3

CUMPLE C.21.5.1.4

Fuente: Autor

Se encuentra que la viga tipo cumple los requerimientos mínimos de sección impuestos

por los numerales C.9.5.2.1, C.21.05.1.3 y C.21.5.1.4 para DES, en conclusión la estructura

cumple con los parámetros mínimos de sección de vigas para capacidad de disipación de

energía especial y moderada.

7.4.3. Verificación de viguetas

Para la verificación de las secciones de viguetas se realiza mediante tabla C.8.13.2 de la

NSR10 que define el ancho mínimo en función de la altura de las vigas, como se puede ver

en la tabla 12, el ancho de las viguetas supera casi por el doble el mínimo requerido por

norma.

68



Tabla 19. Verificación del ancho mínimo para viguetas

Verificación ancho mínimo para viguetas C.8.13.2

condición

H

(cm) 0.20 * H ancho definido (cm) chequeo

b >= 8 cm 30 6 15 OK

b >= 0.20 * H

Fuente: Autor

Otra verificación realizada ya que se encontró el espaciamiento entre nervaduras, es la

separación de las mimas, se verifica según el título C.8.13.3 de la NSR-10 el cual dicta que

la separación mínima entre nervaduras debe ser como máximo de 2.5 veces la altura de la

viga sin exceder 1.2 metros, se obtiene entonces que la separación definida de 0.75 m, cumple

como se observa en la siguiente tabla:

Tabla 20. Verificación de separación máxima de viguetas

Verificación separación máxima de viguetas

C.8.13.3

Condición H

(m) 2.5 * H S definida

chequeo

S <= 1.20 m 0.3 0.75 0.75 OK

S <= 2.5 * H

Fuente: Autor

Se apreció entonces, que todas las dimensiones diseñadas para los miembros estructurales

de la segunda etapa del laboratorio de ingeniería cumplen para DMO y DES.

69



7.5. Resultados de ensayos no destructivos

7.5.1. Ensayo de esclerometría

Se obtiene entonces la resistencia de concreto a compresión “F’c”, ensayando un total de

seis columnas, los ensayos de esclerometría arrojan valores entre los 25 y 39 MPa. En pro-

medio la estructura muestra valores de resistencia a la compresión de 31,51 MPa o 4500 psi

estimativamente, una resistencia muy alta para el tipo de estructura de análisis.

Tabla 21. Resistencia del concreto estimada con el ensayo INV E -413-13

COLUMNA NIVEL F'c

EJE A-3 1 29.55 MPa

EJE C-3 1 33.56 MPa

EJE E-3 1 24.81 MPa

EJE B-4 2 39.29 MPa

EJE E-3 2 34.25 MPa

EJE F-2 2 27.59 MPa

F'c Promedio 31.51 MPa

F'c Promedio 4.500 PSI

Fuente: Autor

Los resultados obtenidos permiten establecer que las columnas cuentan con un concreto

bastante rígido a pesar de su edad ya que no se encontraron zonas de concreto débil o con

problemas de fisuración, en todas las columnas ensayadas se hallaron superficies de muy

buena calidad.

A pesar de encontrar una resistencia a la compresión tan alta, la resistencia del concreto

utilizada para la elaboración del modelo digital fue de 3000 psi ya que fue la que se encontró

en la etapa de recolección de información para los elementos estructurales de la etapa número

70



1 del laboratorio, teniendo en cuenta que las secciones de ambas etapas son las mismas, y

que se construyeron para la misma época, se tomó como referencia dicha resistencia ya que

los resultados obtenidos en este ensayo no permitirían simular una condición verdadera.

Cabe la pena resaltar que todos los ensayos realizados fueron válidos y únicamente algu-

nos disparos fueron descartados debido a que difirieron en más de 6 unidades del promedio

del índice de rebote, por tanto se tomaron valores de las resistencias promedios de las super-

ficies de las columnas ensayadas y dichos valores son los que se pudieron observar anterior-

mente en la tabla 21.

Los resultados completos del ensayo de esclerometría se encuentran contenidos en la car-

peta “Anexos” en la subcarpeta “ensayos no destructivos – ensayo de esclerometría”.

7.5.2. Ensayo de ferro – scan

La disposición del acero de refuerzo dentro de elementos estructurales, debe estar bien

configurado para que funcione de la manera esperada, por ende se verifica la disposición del

acero longitudinal y transversal como se ve a continuación.

7.5.2.1. Verificación del refuerzo longitudinal y transversal

Los ensayos de ferro – scan arrojaron la siguiente disposición de acero longitudinal, que

es aplicable a todas las columnas existentes debido a que se cobijan en un solo tipo de co-

lumna.

Se encontró que en la dirección de la base de la columna se dispusieron 3 barras longitu-

dinales de dimensión 5/8” espaciadas entre 5 cm y 7 cm aproximadamente, mientras que en

la dirección de la altura de la columna se dispusieron 2 barras de la misma dimensión con un

71



espaciamiento que rondó entre los 15 cm y 18 cm, como se aprecia en las siguientes fotogra-

fías:

Fotografía 6. Disposición del acero longitudinal

Fuente: Autor

Con los datos obtenidos se realizó un detalle aproximado de la disposición del acero de

refuerzo transversal para realizar la verificación del cumplimiento de cuantías máximas y

mínimas así como el chequeo de las separaciones máximas establecidas por el NSR-10 para

capacidad de disipación de energía moderada DMO y especial DES.

Ilustración 21. Estimación de la disposición del acero longitudinal para la columna única C-1

Fuente: Autor

72



Se definió entonces, un recubrimiento definitivo de 4 cm, una separación entre barras en

el sentido de la base de 5.7 cm y una separación entre barras en el sentido de la altura del

elemento de 18.8 cm, teniendo en cuenta que de acuerdo a la tabla de dimensiones nominales

C.3.5.3-2 del NSR-10 el diámetro de la barra número 5 es de 15.9 mm.

La separación entre barras longitudinales cumple la separación mínima permitida por el

título C.7.6.3 cómo se puede apreciar en la siguiente tabla:

Tabla 22. Verificación de separación mínima entre barras longitudinales

Límites del espaciamiento del refuerzo en elementos so-

metidos a compresión C.7.6.3

Condición (a) S libre >= 1.5 dB

Condición (b) S libre >= 40 mm

1.5 dB (cm) 2.4

S libre encontrada (cm) 5 - 6

Chequeo CUMPLE C.7.6.3

Fuente: Autor

El título C.7.6.3 plantea dos condiciones (a) y (b) las cuales requieren que la separación

libre del refuerzo longitudinal debe ser mayor a la menor de los casos, el valor mínimo co-

rresponde a la condición (a) la cual requiere una separación igual o mayor a los 2.4 cm,

teniendo en cuenta que la separación encontrada está entre los 5 y 6 cm, el espaciamiento

encontrado cumple para el título en mención.

A su vez la cuantía de acero se encuentra dentro de los rangos aceptados por el título

C.21.5.3.2 para DMO y C.21.6.3.1 para DES (entre el 1% y el 4%), explicado en la tabla 23

presentada a continuación.

73



Tabla 23. Verificación de cuantía mínima y máxima de acero longitudinal

verificación cuantía mínima y máxima

Columnas DMO (C.21.5.3.2) y DES

(C.21.6.3.1)

Refuerzo longitudinal 5/8"

A # 5 (cm2) 1.99

# de barras 6

As 11.94

Ag (cm2) 900

0.0133

1.32%

Chequeo CUMPLE

Fuente: Autor

En términos de cuantía se obtuvo un valor del área de acero longitudinal que corresponde

al 1.32% del área bruta de la sección, por ende éste refuerzo cumple para la columna dis-

puesta conforme lo establecen los títulos C.21.5.3.2 y C.21.6.3.1 para los dos casos de estu-

dio.

7.5.2.2. Refuerzo transversal

El refuerzo transversal no presentó variaciones significativas de espaciamiento tanto en

las zonas de confinamiento como en la zona intermedia, se encontró que los estribos de 3/8”

tienen una separación que ronda entre los 12 cm y 15 cm, como se puede apreciar a conti-

nuación:

𝜌 𝜌

𝝆

74



Fotografía 7. Disposición del acero transversal

Fuente: Autor

Las separaciones encontradas se compararon con las máximas permitidas por los numerales

C.21.3.5.6 y C.21.6.4.3 para DMO y DES respectivamente, esto se pude ver en las tablas 24

y 25 presentadas a continuación.

Tabla 24. Verificación de separación máxima permitida de estribos en los extremos para DMO

SEPARACIÓN REFUERZO TRANSVERSAL COLUMNAS DMO C.21.3.5.6

Condición A 8 dB longitudinal mayor

Condición B 16 dB estribo confinamiento

Condición C 150 mm

Nota: no debe exceder el menor de A, B o C

A (cm) 12.72

B (cm) 15.2

C (cm) 15

S máxima encontrada (cm) 15

Chequeo NO CUMPLE C.21.3.5.6

Fuente: Autor

75



Tabla 25. Verificación de separación máxima permitida de estribos en los extremos de la columna

para DES

SEPARACIÓN REFUERZO TRANSVERSAL COLUMNAS DES C.21.6.4.3

Condición A 1/4 dimensión mínima

Condición B 6 dB longitudinal menor

Condición C 100 +( 350 - Hx/3)

Nota: no debe exceder el menor de A, B o C

A (cm) 7.5

B (cm) 9.54

C (cm) No se obtuvo detalle de los ganchos

S máxima encontrada (cm) 15

Chequeo NO CUMPLE C.21.6.4.3

Fuente: Autor

Para DMO, la separación entre estribos de confinamiento no debe exceder la menor de las

condiciones (a), (b) y (c) mostradas en la tabla 24. La menor de ellas define que la separación

debe ser igual o mayor a 12.7 cm, teniendo en cuenta que se encontraron separaciones ma-

yores, el espaciamiento de los estribos dispuesto para las columnas no cumple para éste tipo

de clasificación de capacidad de disipación de energía.

Por su parte, se puede apreciar en la tabla 25 que el título C.21.6.4.3 del NSR-10 también

define tres condiciones (a), (b) y (c) para regular las separaciones máximas en columnas con

capacidad de disipación de energía especial DES, el caso (a) requiere que las columnas no

deben estar espaciadas a más de 7.5 cm, al encontrar separaciones mayores en el ensayo de

ferro-scan de obtiene que las columnas tampoco satisfacen la separación máxima permitida

para este caso.

76



7.4.2.3. Recubrimiento

El valor del recubrimiento obtenido en el ensayo de ferro-scan rondó entre los 4 cm y 5

cm de espesor, valores que están por encima del mínimo exigido por el numeral C.7.7.1 de

la NSR-10, el cual establece que éste debe ser mayor o igual a 4 cm, por ende dicho parámetro

cumple a satisfacción, lo cual permite establecer que las columnas no corren riesgo de que

se produzcan problemas futuros como hormigueo o corrosión en las mismas.

7.6. Determinación de desplazamientos horizontales y chequeo derivas

Una vez realizada la simulación en el programa, se procedió a obtener los desplazamientos

de la edificación, obteniendo los valores más grandes presentados a continuación en la ilus-

tración 21.

Ilustración 22. Máximos desplazamientos y derivas de la edificación

Fuente: Modelo ETABS

En la anterior ilustración se pudieron apreciar las derivas máximas de la edificación en

orden descendente, la mayor deriva total que se identificó fue de 0.0053 mm, por lo cual

las derivas en su totalidad cumplen ya que no exceden el 1% de las alturas de los pisos.

Deriva Total (mm) Deriva Máxima (mm)

δx δy Δx Δy ΔTot ΔMax

2 4 Fx 1 36.724 5.276 0.00029 0.005346 0.005354 40 Cumple

2 4 Fx 1 36.724 2.358 0.000037 0.005346 0.005346 40 Cumple

2 4 Fy 2 36.724 -0.158 0.000736 0.005253 0.005304 40 Cumple

2 4 Fx 1 36.12 -4.324 0.00046 0.005253 0.005273 40 Cumple

1 3.4 Fy 2 36.12 -2.392 0.000179 0.005253 0.005256 34 Cumple

2 4 Fx 1 36.12 -0.46 0.000403 0.005216 0.005232 40 Cumple

2 4 Fy 2 34.905 2.398 0.00003 0.005216 0.005216 40 Cumple

2 4 Fx 1 34.905 1.241 0.000547 0.005145 0.005174 40 Cumple

2 4 Fx 1 34.905 0.893 0.00029 0.005145 0.005153 40 Cumple

Chequeo de derivas columna C-1

ChequeoDesplazamientos (mm)

Nivel Hi (m) SismoDerivas (mm)

77



Por lo anterior, se establece que la estructura cumple con las deformaciones admisibles

y por tanto la misma está bien rigidizada, debido a la correcta disposición del material

estructural, de las secciones de sus elementos estructurales y de las alturas, luces y sepa-

raciones acordes de los mismos. Por tanto la estructura está presentando un comporta-

miento adecuado en cuanto a las solicitaciones dinámicas y estáticas que la perturban, lo

cual permite deducir que no existe riesgo a que se presenten daños en elementos estructu-

rales o no estructurales que hacen parte del sistema de resistencia sísmica.

En la carpeta de “Anexos” que se entrega junto a este documento se encuentra la sub-

carpeta de “verificación de derivas” donde se realizó el respectivo chequeo de la totalidad

de los desplazamientos de la estructura. Igualmente, en la subcarpeta “Modelo ETABS”

en encuentra el modelo empleado para la simulación de la segunda etapa del laboratorio

de ingeniería.

78



CAPITULO V

8. CONCLUSIONES

De acuerdo al estudio realizado la unidad de laboratorios de ingeniería etapa 2 de la Univer-

sidad de Ibagué no es vulnerable ante la amenaza sísmica prevista para la zona donde se

localiza.

De acuerdo al método de evaluación cualitativa aquí empleado el resultado obtenido de la

edificación fue satisfactorio; durante las inspecciones realizadas se observó la edificación en

un muy buen estado, no se encontró existencia de fisuras, agrietamientos o daños que indu-

jeran a problemas estructurales o patológicos.

Igualmente, los resultados obtenidos en los ensayos permitieron establecer que el material

estructural o concreto se encuentra en muy buenas condiciones ya que no se encontraron

zonas pobres.

La disposición de las secciones de los elementos estructurales de la edificación es correcta

ya cumplieron a cabalidad los requisitos contemplados por el NSR-10. Igualmente, los des-

plazamientos horizontales y derivas de piso encontradas no superaron el máximo permitido,

por lo cual se concluye que la estructura se encuentra bien rigidizada y no existe riesgo de

que se produzcan problemas por deformaciones en elementos estructurales o no estructurales.

Finalmente, con los resultados obtenidos, se establece que la edificación laboratorios de

ingeniería etapa 2 de la universidad de Ibagué está teniendo un comportamiento adecuado

para su uso y no requiere ser intervenida para reforzar su estructura.

79



9. RECOMENDACIONES

Se recomienda para futuros estudios, realizar ensayos destructivos para determinar con

mayor precisión las propiedades mecánicas del concreto y de esa manera no tener valores tan

variables como los que se obtuvieron en esta investigación.

Igualmente, en futuras investigaciones, sería idóneo que se pudieran determinar las fuer-

zas internas de los miembros y con las mismas comparar la demanda y capacidad de la es-

tructura y así obtener resultados más específicos.

80



10. BIBLIOGRAFÍA

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Cataluña, España.

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Potential Seismic Hazards: A Handbook. Washington, D.C: Nehrp.

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Ospina C., D. F., & Restrepo A., F. J. (2011). Caracterización geotécnica de los suelos de la

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81



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continental activa y subducción. Bogotá D.C, Cundinamarca, Colombia.

Universidad de Ibagué. (2009). Plan urbanístico y arquitectónico de la univesidad de Ibagué.

Ibagué.

82



11. ANEXOS

Ilustración 23. Toma de mediciones al interior y exterior de la edificación

Ilustración 24. Toma de mediciones al interior y exterior de la edificación

Ilustración 25. Toma de mediciones de elementos no estrcturales

83



Ilustración 26. Medición de secciones de elementos estructurales como placa y columnas

Ilustración 27. Realización de ensayos no destructivos

Ilustración 28. Realización de ensayos no destructivos

84



Tabla 26. Resultados ensayos de esclerometría para la columna eje A-3 del 1° piso

DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO MEDIANTE ENSAYO INV E 413 - 13

No.

COLUMNA 1° PISO EJE A-3

Superficie 1 VALIDO Superficie 2 VALIDO

IRB CCS (N/mm2) F'c (Mpa) CHEQUEO IRB CCS (N/mm2) F'c (Mpa) CHEQUEO

1 28 17 17 DESCARTADO 37 29 29 OK

2 33 24 24 OK 33 26 26 OK

3 35 26 26 OK 33 26 26 OK

4 35 32 32 OK 33 26 26 OK

5 35 26 26 OK 40 28 28 OK

6 35 35 35 OK 39 29 29 OK

7 41 35 35 OK 45 41 41 DESCARTADO

8 41 28 28 OK 34 32 32 OK

9 36 33 33 OK 35 31 31 OK

10 40 36 36 OK 38 31 31 OK

11 42 28 28 OK 42 31 31 OK

12 36 26 26 OK 43 32 32 OK

- F'c PROMEDIO 29.91 MPa F'c PROMEDIO 29.18 MPa

Tabla 27. Resultados ensayo de esclerometría para la columna F-2 del 2° piso

No.

COLUMNA 2° PISO EJE F-2

Superficie 1 VALIDO Superficie 2 VALIDO

IRB CCS (N/mm2) F'c (Mpa) CHEQUEO IRB CCS (N/mm2) F'c (Mpa) CHEQUEO

1 34 25 25 OK 35 26 26 OK

2 32 22 22 OK 35 26 26 OK

3 39 32 32 OK 35 26 26 OK

4 36 28 28 OK 42 36 36 OK

5 39 32 32 OK 40 33 33 OK

6 37 29 29 OK 35 26 26 OK

7 37 29 29 OK 35 26 26 OK

8 36 28 28 OK 33 24 24 OK

9 37 29 29 OK 40 33 33 OK

10 35 26 26 OK 35 26 26 OK

12 53 53 53 DESCARTADO 36 21 21 OK

- F'c PROMEDIO 28.09 MPa F'c PROMEDIO 27.08 MPa

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