Evaluación de vulnerabilidad sismoresistente del edificio del Centro de Educación Permanente (CEP) de la Universidad de Ibagué

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EVALUACION DE VULNERABILIDAD

SISMORESISTENTE DEL EDIFICIO DEL CENTRO DE

EDUCACION PERMANENTE (CEPI) DE LA

UNIVERSIDAD DE IBAGUE.

JUAN JOSE SAAVEDRA CUENCA

CAMILO ANDRES AUGUSTO MAHECHA VARON

UNIVERSIDAD DE IBAGUÉ

FACULTAD DE INGENIERIA – PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

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EVALUACION DE VULNERABILIDAD

SISMORESISTENTE DEL EDIFICIO DEL CENTRO DE

EDUCACION PERMANENTE (CEPI) DE LA

UNIVERSIDAD DE IBAGUE.

JUAN JOSE SAAVEDRA CUENCA

CAMILO ANDRES AUGUSTO MAHECHA VARON

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

Director (a):

Ing. Néstor Luis Guerrero

Director de programa de Ingeniería Civil Universidad de Ibagué

UNIVERSIDAD DE IBAGUÉ

FACULTAD DE INGENIERIA – PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

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Sino volverte un hombre de valor”

Dedicado a: Mi madre Francelina Saavedra

Mis primas Adíela y Marisela Torres

Juan José Saavedra

Dedicado a: Mi madre Carmen Varón

Mi padre Cesar Mahecha

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Agradecimientos

Agradecemos a Dios, y a nuestras familias por todo su apoyo en este proceso de formación, por permitirnos cumplir nuestras metas y por siempre contar con su apoyo.

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Resumen

El centro de educación permanente de la Universidad de Ibagué fue construida en el año de 1997, este se ha empleado con un uso académico y administrativo para la formación de los estudiantes de todos los programas y el desarrollo de la Universidad. El centro de educación permanente está constituido por dos módulos, cada uno de ellos construidos en épocas diferentes, la propuesta a continuación expuesta, se basa en el análisis sismo resistente del bloque del centro de educación permanente construido más recientemente conocido como CEPI.

El documento describe el desarrollo de una metodología para evaluar la vulnerabilidad sísmica de esta edificación y a su vez se define los criterios para identificar prioridades en la rehabilitación del edificio que lo amerite o requiera. La metodología incluye un proceso de evaluación con una inspección de la estructura, que constituye el primer contacto que tiene el evaluador con la edificación y permite conocer cualitativamente su estado y condiciones. Se utilizó toda la información recopilada para crear un modelo matemático y de esa manera analizar el comportamiento de la estructura al estar sometida a las solicitaciones de cargas estáticas y dinámicas, igualmente se realizaron ensayos de laboratorio destructivos y no destructivos para determinar la capacidad de las propiedades mecánicas de los materiales utilizados en la construcción de la estructura. Luego se realiza el proceso de evaluación, con el fin de verificar el cumplimiento de los parámetros establecidos por la Norma Colombiana De Sismo resistencia. Todo el análisis realizado arrojará resultados que permitirán obtener un diagnóstico de vulnerabilidad sismo resistente de la estructura.

Como resultado del trabajo realizado se indica que la edificación cumple con los requerimientos planteados en Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente en tanto al chequeo de derivas se trata, teniendo un valor muy por debajo del máximo establecido, con respecto a la distribución de aceros de las vigas presentada en los planos, no está acorde con los resultados obtenidos en el análisis del modelo matemático, por lo que se estima que la estructura puede estar sobre diseñada, pero a pesar de esto tendría un buen comportamiento ante un movimiento telúrico.

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X Mahecha Camilo, Saavedra Juan José

Abstract

The permanent education center of the University of Ibagué was built in the year of 1997, it has been used in the academic and administrative use of the students' training, the programs and the development of the University. The center of permanent education is constituted by two blocks, each of them with different years of construction, the proposal presented below, is based on analysis.

The document will describe the development of a methodology to evaluate the operation of the building and at the same time it allows to define the criteria to identify the functions in the rehabilitation of the building that warrants or requires it. It starts with the evaluation process with an inspection of the structure, with the first contact that the evaluator has with the building and allows qualitatively know their status and conditions. Then the process of evaluation of damage and seismic vulnerability is carried out, that is to say, how susceptible to damage is building before the action of horizontal forces produced by an earthquake. All the information collected will be used to create a mathematical model and a way to manage the behavior of the structure being in the place where static and dynamic loads will be presented, and destructive and non-destructive laboratory tests will also be carried out determine the capacity of the mechanical properties of the materials used in the construction of the structure. All the analysis carried out will yield the results that obtain a diagnosis of the vulnerability of the structure.

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Contenido

Pág.

Resumen ... IX

Lista de figuras ... XIII

Lista de tablas ... XV

Introducción ... 1

1. Capítulo 1 ... 3

1.1 Planteamiento del problema ... 3

1.2 Objetivos ... 6

1.2.1 Objetivo General ... 6

1.2.2 Objetivos Específicos ... 6

1.3 Justificación ... 6

1.5 Alcance y Limitaciones ... 7

2. Capítulo 2 ... 9

2.1 Antecedentes ... 9

2.1.1 Análisis de vulnerabilidad sísmica y reforzamiento de las sedes del SENA Ibagué ... 9

2.1.2 Estudio de vulnerabilidad sismo estructural Convento Hermanas De La Visitación, Bogotá. ... 10

2.1.3 Vulnerabilidad sísmica y patológica de la Institución Universitaria, Tecnológica de Antioquia ... 11

2.2 Marco Teórico ... 12

2.2.1 Que es un sismo ... 12

2.2.2 Causas de los terremotos ... 12

2.2.3 Ondas sísmicas ... 13

2.2.4 Magnitud del sismo ... 13

2.2.5 Intensidad de los sismos ... 14

2.2.6 Daño causado por un sismo a una edificación ... 15

2.2.7 Riesgo sísmico ... 15

2.2.8 Amenaza sísmica ... 15

2.2.9 Vulnerabilidad sísmica ... 16

2.2.10 Sismo resistencia ... 16

2.2.11 Emplazamiento sismo tectónico de Colombia ... 16

2.2.12 Historia sísmica de Colombia ... 17

2.2.13 Mapas de amenaza sísmica en Colombia ... 19

2.2.14 Ensayos no destructivos ... 21

2.2.15 Ensayo Esclerómetro ... 21

2.2.15.1 Equipo (Esclerómetro) ... 22

2.2.15.2 Aspectos a tener en cuenta a la hora de realizar el ensayo ... 23

2.2.16 Ensayo con Profoscope ... 23

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XI

I

Mahecha Camilo, Saavedra Juan José

2.2.18 Método NSR-10 ...25

2.2.19 Modelo Matemático ...25

3. Capítulo 3 ...27

3.1 Evaluación cualitativa del edificio del centro de educación permanente (CEP1) .27 3.1.1 Conceptos para definir la puntación básica (Basic Score) ...29

3.1.2 Irregularidades ...31

3.2 Verificación de dimensiones mínimas de elementos estructurales dispuestas en la NSR-10 ...34

3.2.1 Dimensiones mínimas para vigas DMO ...34

3.2.2 Dimensiones mínimas para vigas DES ...34

3.2.3 Dimensiones mínimas para columnas DMO ...35

3.2.4 Dimensiones mínimas para columnas DES...35

3.3 Evaluación cuantitativa del edificio del CEP1 ...36

3.3.1 Procedimiento del ensayo de esclerometria ...36

3.3.2 Procedimiento del ensayo de profoscope. ...39

3.4 Procedimiento del modelo matemático ...41

3.4.1 Revisión de Derivas ...42

3.4.2 Revisión de áreas de acero en vigas ...43

4. Capítulo 4 ...45

4.1 Evaluación cualitativa del edificio CEP1 ...45

4.2 Verificación de dimensiones mínimas de elementos estructurales dispuestas en la NSR-10 ...47

4.2.1 Revisión de dimensiones mínimas para vigas DMO ...47

4.2.2 Revisión de dimensiones mínimas para vigas DES ...49

4.2.3 Revisión de dimensiones mínimas para tipos de columnas encontradas en el edificio CEP1 para DMO. ...54

4.2.4 Revisión de dimensiones mínimas para tipos de columnas encontradas en el edificio CEP1 para DES. ...56

4.3 Resultados del ensayo de esclerometria ...57

4.4 Resultados del ensayo de Profoscope y revisión del refuerzo. ...61

4.5 Modelo matemático ...71

4.5.1 Avaluó de carga muerta ...71

4.5.2 Avaluó de carga viva ...73

4.5.3 Parámetros para determinar el valor del espectro de aceleraciones de diseño.74 4.6 Revisión del edificio con modelo en ETABS. ...77

4.6.1 Chequeo de derivas. ...77

4.6.2 Centro de masa con respecto al centro de rigidez...78

4.6.3 Revisión del refuerzo de vigas, con las fuerzas de diseño obtenidas en el programa ETABS 2016. ...79

4.6.4 Revisión de áreas de acero en vigas ...80

Conclusiones y recomendaciones ...89

1.1 Conclusiones ...89

1.2 Recomendaciones ...90

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Lista de figuras

Pág.

Figura 1-1: Ubicación Universidad de Ibagué. ... 3

Figura 1-2: Ubicación edificación centro de educación permanente. ... 4

Figura 1-3: Vista en planta CEP I ... 4

Figura 1-4: Zonas de amenaza sísmica según la NSR-10. ... 5

Figura 2-1: Convento de las Hermanas De La Visitación. ... 11

Figura 2-2: Ensayos con el Martillo de Rebote (Facultad de Minas) ... 12

Figura 2-3: Principales sistemas de fallamiento en Colombia. ... 17

Figura 2-4: Localización epicentral de los sismos con Ms>3 (1541-2009) ... 18

Figura 2-5: Mapa de zonificación sísmica Colombiana ... 20

Figura 2-6: Mapa de Aa y Av (Aceleración pico efectiva) ... 20

Figura 2-7: Martillo de rebote (esclerómetro) y piedra abrasiva. ... 22

Figura 2-8: Yunque de ensayo ... 23

Figura 2-9: Profoscope ... 24

Figura 3-1: Instrumento de medición para evaluación cualitativa ... 28

Figura 3-2: Instrumento de medición para evaluación cualitativa (Continuación) ... 29

Figura 3-3: Coeficiente Aa y Av para la ciudad de Ibagué ... 30

Figura 3-4: Amenaza sísmica del FEMA... 30

Figura 3-5: Separación sísmica. ... 31

Figura 3-6: Irregularidad en vertical. ... 32

Figura 3-7: Irregularidad en Planta. ... 33

Figura 3-8: Selección de las columnas en nivel2 para el ensayo de esclerometria. ... 37

Figura 3-9: Cuadro de 12cm x 10cm para ensayo de esclerometria ... 37

Figura 3-10: Cuadros de 1” x 1” para ensayo de esclerometria ... 38

Figura 3-11: Ensayo de esclerometria ... 38

Figura 3-12: Datos obtenidos del ensayo esclerómetro ... 39

Figura 3-13: Columnas escogidas en el nivel2 para el ensayo de profoscope. ... 39

Figura 3-14: Ensayo de Profoscope ... 40

Figura 3-15: Señalización de barras detectadas por el profoscope... 40

Figura 3-16: Separación de barras en columnas. ... 41

Figura 3-17: Grupo de Importancia ... 41

Figura 3-18: Clasificación de los perfiles de suelos ... 42

Figura 3-19: Derivas máximas como porcentajes de ℎ𝑝𝑖 ... 42

Figura 3-20: Hoja electrónica en Excel para revisión de refuerzo en vigas. ... 43

Figura 4-1: Resultado de la evaluación cualitativa ... 45

Figura 4-2: Distribución de barras longitudinales de la columna C5 eje C2 ... 61

Figura 4-3: Distribución de estribos de la columna C5 eje C2 ... 62

Figura 4-4: Distribución de barras longitudinales de la columna C5 eje C1 ... 63

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XI

V

Figura 4-6: Distribución de barras longitudinales de la columna C4 eje F1 ... 65

Figura 4-7: Distribución de estribos de la columna C4 eje F1 ... 66

Figura 4-8: Distribución de barras longitudinales de la columna C2 eje D4 ... 67

Figura 4-9: Distribución de estribos de la columna C2 eje D4 ... 68

Figura 4-10: Distribución de barras longitudinales de la columna C1 eje D5 ... 69

Figura 4-11: Distribución de estribos de la columna C1 eje D5 ... 70

Figura 4-12: Carga muerta mínima para la cubierta (nivel 3). ... 72

Figura 4-13: Carga viva. ... 73

Figura 4-14: Carga viva para cubierta (nivel 3). ... 73

Figura 4-15: Grupo de Importancia ... 74

Figura 4-16: Tipo de suelo ... 74

Figura 4-17: Espectro de diseño. ... 75

Figura 4-18: Modelado del edificio en ETABS (3D). ... 76

Figura 4-19: Planta del nivel 1 del edificio en ETABS... 76

Figura 4-20: Planta del nivel 2 del edificio en ETABS... 77

Figura 4-21: Irregularidad en planta. ... 79

Figura 4-22: Despiece de viga VG-2 (Nivel 1). ... 80

Figura 4-23: Revisión del área de acero de viga VG-2 en la hoja electrónica. ... 81

Figura 4-24: Despiece de VG-3 (Nivel 1). ... 81

Figura 4-29: Revisión del área de acero de viga VG-11en la hoja electrónica. ... 84

Figura 4-35: Revisión del área de acero de viga VG-10en la hoja electrónica. ... 87

(15)

Lista de tablas

Pág.

Tabla 2-1: Intensidad de los sismos (Escala Mercalli). ... 14

Tabla 3-1: Tipo de material FEMA ... 29

Tabla 3-2: Puntuación Básica. ... 31

Tabla 3-3: Revisión de vigas DMO. ... 34

Tabla 3-4: Revisión de vigas DES. ... 35

Tabla 3-5: Revisión de columnas DMO. ... 35

Tabla 3-6: Revisión de columnas DES. ... 36

Tabla 3-7: Tipos de columnas del edificio CEP1. ... 36

Tabla 4-1: Revisión de Vigas horizontales del nivel 1. ... 47

Tabla 4-4: Revisión de Vigas verticales del nivel 1. ... 48

Tabla 4-13: Verificación de columna C1 para DMO. ... 54

Tabla 4-18: Resumen de columnas para DMO. ... 55

Tabla 4-19: Verificación de columna C1 para DES. ... 56

Tabla 4-24: Resumen de columnas para DES. ... 57

Tabla 4-25: Ensayo de esclerometria en el primer piso a la columna tipo 5. ... 57

Tabla 4-26: Ensayo de esclerometria en el segundo piso a la columna tipo 5. ... 58

Tabla 4-27: Ensayo de esclerometria en el tercer piso a la columna tipo 5. ... 58

Tabla 4-28: Ensayo de esclerometria en el segundo piso a la columna tipo 1. ... 59

Tabla 4-29: Ensayo de esclerometria en el tercer piso a la columna tipo 1. ... 59

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X

VI

Tabla 4-31: Ensayo de esclerometria en el primer piso a la columna tipo 4. ... 60

Tabla 4-32: Ensayo de esclerometria a losas de entre piso. ... 61

Tabla 4-33: Avaluó de carga muerta. ... 71

Tabla 4-34: Avaluó de carga muerta de escaleras. ... 72

Tabla 4-35: Chequeo de derivas en la dirección X. ... 77

Tabla 4-36: Chequeo de derivas en la dirección Y ... 78

Tabla 4-37: Centro de masa y rigidez en dirección X. ... 78

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Introducción

El estudio de vulnerabilidad sísmica de un edificio existente, es fundamental para conocer si la estructura estudiada va a tener un buen comportamiento al momento de un eventual sismo. En edificaciones de grupo de uso III como el Centro de Educación Permanente (CEP I) se debe realizar un estudio de vulnerabilidad sisma ya que el Reglamento Colombiano De Construcción Sismo Resistente (NSR-10) incluye a los centros de enseñanza como la Universidad de Ibagué dentro de las edificaciones de atención a la comunidad, estas estructuras son indispensables después de un temblor ya que sirven para atender la emergencia y preservar la salud y seguridad de las personas.

Las edificaciones en la Universidad en su gran mayoría fueron construidas antes de que entrara en vigencia el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-10), e incluso existen edificaciones en las cuales muy seguramente no se tuvieron en cuenta criterios sismo resistentes en su diseño y construcción, por ello y teniendo en cuenta que una de las políticas de la universidad es garantizar la integridad de los estudiantes, se realizó una evaluación de vulnerabilidad para verificar que la edificación del centro de estudio cumpla los requerimientos mínimos de diseño y construcción establecidos por el reglamento colombiano de construcción sismo resistente NSR-10. La última versión de la normativa sismo resistente expedida a través de la Ley 400 de 1997, a diferencia de la de 1984, obliga a evaluar y rehabilitar ciertas edificaciones indispensables para la recuperación de la comunidad con posterioridad a un sismo. El objetivo general planteado para poder lograr dicho fin es realizar un estudio de vulnerabilidad sismo resistente al edificio del centro de educación permanente (CEP I), teniendo como base el análisis estructural, el método de resistencia ultima y los parámetros estipulados en el Reglamento Colombiano De Construcción Sismo Resistente (NSR-10), para cumplir con este objetivo se recopilara información sobre los aspectos generales de la estructura, se resaltara la importancia del estudio del comportamiento sísmico de la estructura, y se realizara una caracterización general de las propiedades de los materiales empleados en la construcción de la estructura.

Mediante el FEMA se determinara el índice cualitativo de vulnerabilidad del edificio, indicando si la edificación necesita algún tipo de reforzamiento, pero este no se propondrá , debido a que es un proceso muy extenso y especifico que se debe realizar, por lo tanto ese tema no se tocara el en presente documento.

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2 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José El capítulo dos está dedicado a los antecedentes y al marco teórico, en él se puede encontrar casos de estudios de vulnerabilidad sísmica realizados a edificios de la cuidad de Ibagué como de otras ciudades del país.

El capítulo tres contiene la metodología, en donde se muestra la forma de recolección de datos generales de la estructura, como también muestra el procedimiento que se realizó para llevar acabo las evaluaciones cualitativas y cuantitativas de la estructura. En el capítulo cuatro se presenta el análisis de resultados, analizando el comportamiento estático de la estructura, y comparando los resultados obtenidos, con las especificaciones planteadas en el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-10).

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1. Capítulo 1

1.1 Planteamiento del problema

El centro de educación permanente (CEP l) se encuentra ubicado en la Universidad de Ibagué localizada al norte de la cuidad de Ibagué, más exactamente en el barrio Ambalá, tal como se muestra en la Figura1-1.

Figura 1-1: Ubicación Universidad de Ibagué.

Fuente: Google Earth

La universidad está conformada por más de 20 edificios, los cuales en su mayoría fueron construidos antes del que el reglamento de construcción sismo resistente NSR-10 entrara en vigencia, por lo tanto muchos de los diseños utilizados para la construcción de estas edificaciones no están acorde a la normatividad vigente.

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4 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Figura 1-2: Ubicación edificación centro de educación permanente.

Fuente: Google Maps.

En la figura 1-3 se muestra la planta del edificio del centro de educación permanente.

Figura 1-3: Vista en planta CEP I

Fuente: Base de datos Universidad de Ibagué.

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De acuerdo al NSR-10 y al estudio final de microzonificación sísmica de la Alcaldía Municipal de Ibagué (Alcaldía de Ibagué, 2006), la Universidad de Ibagué se encuentra ubicada en una zona de amenaza sísmica intermedia, tal y como se muestra en la Figura 1-4; sin embargo la ciudad de Ibagué es atravesada por una falla conocida como Falla de Ibagué y se identifica desde la universidad del Tolima, pasando por hacienda piedra pintada, hato de la virgen, Chucuní y el Río Opia. Una zona de falla geológica es una zona con un alto riesgo sísmico, es decir es más propensa a presentarse una actividad sísmica por la activación de la falla. El Reglamento Colombiano de Contruccion Sismo Resistente NSR-10 define parámetros mínimos para el diseño de estructuras de concreto, según la capacidad de disipación de energía que debe poseer un edificio dependiendo de la zona de amanezca símica en la cual está ubicada, ya que el centro de educación permanente de la Universidad de Ibagué se construyó antes de entrar en vigencia dicha norma, es pertinente realizar un estudio de vulnerabilidad sísmica a la edificación para saber si esta cumple con estos aspectos mínimos descritos en la norma, además ya que la estructura en estudio hace parte de un centro de enseñanza, se considera un estructura de atención a la comunidad, según A.1.2.3.3 de la NSR-10 este edificio es esencial para la recuperación de la comunidad con posterioridad a una emergería, incluyendo un sismo.

Figura 1-4: Zonas de amenaza sísmica según la NSR-10.

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6 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Considerando lo antes planteado, se produce la necesidad de conocer si el edificio CEP I tendrá un buen comportamiento ante un sismo estimado para la zona, y además es necesario hacer las comparaciones pertinentes para saber si la edificación cumple con los requisitos mínimos estipulados en el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10, para dar respuesta a estas preguntas se plantean los siguientes objetivos.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo General

Evaluación de la vulnerabilidad sismo resistente del edificio del centro de educación permanente (CEP I) de la Universidad de Ibagué.

1.2.2 Objetivos Específicos

1. Recopilar información acerca de las características principales de la estructura. 2. Evaluar cualitativamente la vulnerabilidad del sistema estructural.

3. Determinar las características mecánicas de los materiales constitutivos de los elementos estructurales.

4. Analizar el comportamiento del sistema estructural bajo carga sísmica mediante simulación numérica.

1.3 Justificación

Toda edificación de uso educacional, se considera de tipo esencial, las cuales deben permanecer operativas luego de la ocurrencia de un evento sísmico. Es por esto, que es necesario conocer la vulnerabilidad tanto de los componentes del sistema estructural y de los componentes de los elementos no estructurales, con la finalidad de detectar y corregir posibles fallas o respuestas estructurales inadecuadas.

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Es de destacar que al analizar el funcionamiento estructural de las edificaciones con las condiciones actuales de diseño y construcción, y al determinar el índice de vulnerabilidad sismo resistente al que están sometidas la estructuras, se puede identificar los elementos que disminuyen la capacidad estructural de las mismas mediante argumentos matemáticos, permitiendo así, que la universidad esté al tanto del comportamiento estructural de los edificios que la componen.

Dicho lo anterior, la Universidad de Ibagué dentro su plan de desarrollo y en su esfuerzo por brindar el mejor servicio de aprendizaje a sus estudiantes y a su comunidad universitaria, está realizando una evaluación a los edificios internos de la misma, por lo tanto, los resultados y el producto de este trabajo de investigación serán dirigidos como insumo dentro del plan de desarrollo físico de la Universidad de Ibagué, con el cual se pretende evaluar diferentes proyectos de mejoramiento para las instalaciones de la universidad.

1.5 Alcance y Limitaciones

Durante el proceso de análisis sísmico desarrollado sobre el edificio en estudio, y luego de la recolección correspondiente de datos, se realizó un análisis estático a la estructura, por medio de un modelo matemático, dicho modelo matemático permite mediante un Software llamado ETABS, determinar las derivas que contiene la edificación con las condiciones actuales que esta presenta, y permite a su vez realizar una comparación de los valores obtenidos, en este caso, se compara con las mínimas estipuladas por el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10, de igual forma mediante este análisis estático se conoce el posible comportamiento de la estructura ante las fuerzas producidas por un eventual sismo dependiendo de la zona de amenaza sísmica en donde se encuentre ubicado el edificio.

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2. Capítulo 2

2.1 Antecedentes

Es pertinente el análisis de información secundaria relacionada con el análisis de vulnerabilidad sísmica en diferentes estructuras en concreto reforzado, dada que esto será de mucha ayuda en el desarrollo y comprensión del problema que concierne a este proyecto de investigación. Son muchos los estudios que se han desarrollado, relacionados con este tema, y así muchas de las soluciones estructurales que han sido planteadas con ayuda de estas evaluaciones. Es por esto, que a continuación se presentan los aspectos fundamentales de investigaciones realizadas que marcan un antes y un después en el progreso de evaluaciones de riesgo sísmico en estructuras donde se usaron distintos métodos de análisis, que pudieron utilizarse como base y referencia para el desarrollo de esta investigación. Se tuvieron en cuenta estudios relevantes a nivel internacional, nacional y local en los que se consideraron que la metodología utilizada es similar o de gran apoyo para la filosofía de este análisis.

A raíz de las diferentes catástrofes ocasionadas por movimientos telúricos en distintos sitios a nivel mundial, desde hace mucho tiempo se han venido realizado investigaciones para determinar la respuesta que presenta una edificación o estructura ante fuerzas sísmicas. Los estudios de vulnerabilidad en los últimos 20 años han sufrido un gran avance, anteriormente era complejo y no se tenían las herramientas para acercarse a realizar predicciones o suposiciones sobre el comportamiento de las estructuras ante un sismo.

2.1.1 Análisis de vulnerabilidad sísmica y reforzamiento de las sedes del

SENA Ibagué

En este proyecto se buscó hacer una evaluación de la vulnerabilidad que presentan los edificios Concasa y Banco del estado, al ser expuestos a un sismo, esto mediante la simulación de un evento sísmico en los edificios mediante el software estructural ETABS, y la aplicación de metodologías recomendadas por la FEMA, ATC-40 y la NSR 10 que determinen el comportamiento que presentan las estructuras.

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10 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Después se realizó el procedimiento descrito por la NSR-10 para determinar la vulnerabilidad sísmica, donde se simularon los edificios con los requerimientos expresados por la norma y aplicando las combinaciones propuestas se comparó a través de parámetros como las cuantías de acero requeridas, con las cuantías reales con las que se construyeron, y se calcularon los índices para determinar los elementos estructurales que presentaban sobreesfuerzo. Con estos análisis se pudieron analizar rotulas o zonas en los elementos estructurales de ambos edificios, las cuales, ante la ocurrencia de un sismo, podrían llegar a producir un colapso y con esto dejar de funcionar. Además, con la aplicación de estas metodologías se pudieron conocer las zonas vulnerables en estas edificaciones.

2.1.2 Estudio de vulnerabilidad sismo estructural Convento Hermanas De

La Visitación, Bogotá.

Este proyecto se basó en la evaluación técnica e inspección visual del sector antiguo del convento “Hermanas de la visitación de Santa María de Bosa” edificación declara como inmueble de interés nacional, debido a la edad y a su importancia como patrimonio se estableció la necesidad de realizar un estudio de vulnerabilidad sísmica para saber si la estructura cumplía con los requerimientos sismo resistentes mínimos.

Durante la inspección visual y los ensayos para la recolección de muestras sobre los materiales de construcción se pudo identificar que la edificación no poseía un sistema estructural (Vigas de cimentación, Columnas y Vigas de confinamiento), por esta razón se evaluó la alternativa de rehabilitación (reforzamiento), mediante la construcción de vigas de cimentación y estructuras de confinamiento, y de esta manera reducir el riesgo en la eventualidad de un evento sísmico. (Salle, 2007)

Mediante las características mecánicas de los materiales y la inspección realizada inicialmente se pudo generar un modelo en el cual se pudo determinar, que la edificación necesitaba un intervención rápida, debido a que al ser un estructura construida hace tanto tiempo en su diseño y construcción no se tuvieron en cuenta aspectos sísmicos, que ahora son estipulados en la norma actual.

(27)

Figura 2-1: Convento de las Hermanas De La Visitación.

Fuente: Google

2.1.3 Vulnerabilidad sísmica y patológica de la Institución Universitaria,

Tecnológica de Antioquia

El Instituto Tecnológico de Antioquia-Institución Universitaria (T. de A.–IU), inició labores académicas en 1983, como institución pública de educación superior dedicada principalmente a la formación técnica y tecnológica. La actual IU tuvo sus orígenes en el Centro Educacional Femenino de Antioquia -CEFA-, el cual, en 1979, fue facultado para ofrecer programas de educación superior en la modalidad tecnológica. En diciembre de 1982, expedido por el ICFES, concedió licencia de funcionamiento a los programas de Tecnología en Educación Especial, Educación Preescolar y Educación Básica (Gobernación de Antioquia, 2009).

Se realizó un estudio a las instalaciones internas de la institución debido al interés de la misma por conocer el estado de sus edificaciones, el estudio fue realizado en el año 2011 por la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia, los cuales realizaron estudios de suelos, analizando la geología de la zona, realizaron levamiento arquitectónico, como también hicieron estudios patológicos a la estructura, para finalmente determinar el refuerzo en elementos estructurales por medios de ensayos no destructivos, determinar la calidad del concreto por medio de esclerometría y extracción de núcleos, para así realizar un modelo matemático, determinando el índice de rigidez, resistencia y flexibilidad de las estructuras.

(28)

12 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Con base en la apreciación anterior, fue necesario reestructurar y rehabilitar, con el objetivo de aumentar la resistencia, disminuir los desplazamientos, aumentar la ductilidad por curvatura y lograr una distribución adecuada de las fuerzas, entre los diferentes elementos resistentes tanto en planta como en altura. (Vulnerebilidad sismica y patologica de la Institucion Universitaria,Tecnologico de Antioquia, 2011)

Figura 2-2: Ensayos con el Martillo de Rebote (Facultad de Minas)

Fuente: Estudio de Vulnerabilidad Sísmica y Patológica T. de A.IU

2.2 Marco Teórico

2.2.1 Que es un sismo

Los sismos son súbitas liberaciones de la energía que se acumula bajo la corteza terrestre, como consecuencia de las fuertes tensiones y presiones que ocurren en su interior y que se manifiestan en forma de vibraciones, desplazamientos y movimientos diversos de la superficie del terreno sobre el cual se habita y se construye. Los sismos pueden dar como consecuencia grandes desastres, especialmente donde no se han tomado medidas preventivas relacionadas con la resistencia sísmica de la edificaciones.

Los sismos se pueden generar por tres diferentes razones, por actividad volcánica, por la activación de una falla geológica o por la constante interacción de las placas tectónicas.

2.2.2 Causas de los terremotos

(29)

Hay fuerzas bajo la corteza terrestre que hacen que estas placas tectónicas se muevan a velocidades pequeñas del orden de centímetros por año. La causa de estas fuerzas no está muy entendida, pero la explicación prevaleciente en la actualidad es que son causadas por flujos lentos de lava derretida.

Estos flujos son producidos por convección térmica y por los efectos dinámicos de la rotación de la tierra. En algunas regiones las placas se están separando en la medida que sale a la superficie nuevo material de corteza desde el interior de la tierra, estos lugares en general están localizados en el fondo de los océanos y tienen el nombre de crestas marinas. Sitios donde ocurre esto están localizados en el centro del Océano Pacifico y del Océano Atlántico. En otros lugares las placas se deslizan una al lado de la otra, como ocurre en la Falla de San Andrés en California. En otros sitios, llamados zonas de subducción, las placas se empujan una contra otra haciendo que una de las dos se introduzca por debajo. Esto último ocurre a todo lo largo de la costa sobre el Océano Pacífico de Centro y Sur América.

El movimiento relativo entre placas tectónicas colindantes, independientemente de su dirección, acumula energía hasta un momento en el cual causa una fractura en la roca, liberando abruptamente esta energía acumulada, la cual se manifiesta con la generación de ondas sísmicas. La gran mayoría de los sismos en el mundo ocurre en las fronteras entre placas. Estos sismos se conocen con el nombre de sismos tectónicos. Un porcentaje pequeño de los sismos que ocurren en el mundo se localizan en el interior de las placas tectónicas y reciben el nombre de sismos intraplaca. Además en algunas regiones del mundo donde hay volcanes, las erupciones generalmente son acompañadas por sismos que se conocen con el nombre de sismos volcánicos. Además de los anteriores algunas actividades humanas generan sismos, como es el caso de los asociados con el llenado de grandes embalses, o causados por explosiones importantes. (NSR-10)

2.2.3 Ondas sísmicas

La energía del sismo se propaga por medio de varios tipos de ondas sísmicas. Las ondas de cuerpo que se generan en el punto de ruptura incluyen ondas P (primarias u ondas de dilatación), las cuales manifiestan desplazamientos de las partículas en la misma dirección de la propagación de la onda, y ondas S (secundarias u ondas de cortante) que manifiestan desplazamientos de las partículas en la dirección perpendicular a la dirección de propagación. (Garcia, 1998)

2.2.4 Magnitud del sismo

(30)

14 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Su definición original era para sismos locales, o cercanos, como el logaritmo en base la de la amplitud de la máxima onda sísmica expresada en milésimos de milímetro, registrada en un sismógrafo marca Wood Anderson, localizado a 100 km del epicentro. Existe un procedimiento para ajustar la medición cuando el registro se toma a distancias diferentes de 100 km.

En general todo sismógrafo tiene definidas las relaciones correspondientes para ajustar los valores medidos a los del sismógrafo Wood-Anderson.

La definición original de la magnitud de Richter, también conocida como magnitud local,

no especificaba el tipo de ondas a utilizar en la determinación de la amplitud, pues simplemente indicaba que debía ser la mayor amplitud. La magnitud local es muy sensitiva al tipo de instrumento empleado y a la distancia a la cual se realizó el registro, no obstante estas limitaciones la magnitud local correlaciona de una manera bastante buena con el daño que produce el sismo a las edificaciones, por esta razón se sigue calculando su valor en muchos casos. La definición de la magnitud se ha extendido posteriormente, para ser utilizada en diferentes métodos para calcular la distancia epicentral, los cuales dependen de la escogencia de la amplitud de la onda sísmica apropiada. La magnitud es una escala que no tiene ni mínimo ni máximo aunque en alguna medida debe existir un límite superior impuesto por las características mecánicas de las rocas que componen la corteza terrestre, lo cual se aprecia en los gráficos de número de eventos contra magnitud, en los cuales se puede apreciar un cruce en la curva, volviéndose asintótica a un valor cercano a 9. La magnitud máxima registrada hasta la actualidad ha sido del orden de 8. (Garcia, 1998)

2.2.5 Intensidad de los sismos

Al cuantificar la fuerza del sismo y calificar el grado de daño posible, se usan dos medidas conocidas como Intensidad y Magnitud del sismo; a continuación se explica su significado y efectos indicadores. La intensidad del sismo se referencia siempre a los efectos o daños causados sobre las edificaciones. La intensidad se mide con la escala llamada de Mercalli, la cual se basa en calificar la sensación de las personas durante el sismo y en la observación de los daños causados por el sismo en las construcciones. (Salle, 2007)

Tabla 0-1: Intensidad de los sismos (Escala Mercalli).

GRADO INDICADOR DE LA INTENSIDAD

l El sismo es detectado por instrumentos muy sensibles. ll Lo sienten personas en reposo en edificios altos.

lll Se asemeja a la trepidación causada en el suelo por un camión.

lV Es advertido por las personas que se encuentran en el interior de las casas. Los carros se balancean.

(31)

Vl Lo sienten todas las personas, es difícil caminar y se desprenden los pañetes.

Vll Angustia, la gente corre al exterior de las edificaciones; se pierde el equilibrio, los conductores de vehículos en marcha lo notan y las construcciones de mala calidad comienzan a afectarse.

Vlll Hay dificultad en la conducción de vehículos automotores, se caen las chimeneas, muros y monumentos.

lX Pánico total: Algunas edificaciones se desplazan de sus fundaciones, se agrietan y se desploman.

X Destrucción casi total de las construcciones de albañilería, afecta seriamente edificios, puentes, represas y diques. Se desliza la tierra. Xl Los rieles ferroviarios se tuercen, las tuberías subterráneas quedan fuera

de servicio.

Xll El daño es casi total, hay desplazamientos de grandes rocas, los objetos saltan al aire y las edificaciones sufren grandes torsiones.

Fuente: Dinámica estructural aplicada al diseño sísmico.

2.2.6 Daño causado por un sismo a una edificación

Cuando un terremoto se produce, el movimiento del suelo a través de las ondas sísmicas se transmite a la estructura de la edificación a través de las fundaciones. La inercia propia de la edificación, debida al gran peso de ésta, se opone al movimiento de la parte superior, creando fuerzas que actúan sobre la estructura.

2.2.7 Riesgo sísmico

El riesgo sísmico es una medida que combina el peligro sísmico, con la vulnerabilidad y la posibilidad de que se produzcan en ella daños por movimientos sísmicos en un período determinado. En el riesgo sísmico influyen la probabilidad de que se produzca un evento sísmico o terremoto, los posibles efectos locales de amplificación de las ondas sísmicas, directividad, etc., la vulnerabilidad de las construcciones (e instituciones) y la existencia de habitantes y bienes que puedan ser perjudicados. (Mayer-Rosa, 1986)

2.2.8 Amenaza sísmica

(32)

16 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José

2.2.9 Vulnerabilidad sísmica

Se denomina vulnerabilidad sísmica al grado de daño que sufre una estructura debido a un evento sísmico de determinadas características. De este modo las estructuras se pueden calificar en “más vulnerables” o “menos vulnerables” ante un evento sísmico.

Se debe tener en cuenta que la vulnerabilidad sísmica de una estructura es una propiedad intrínseca a la misma, y además, es independiente de la peligrosidad del lugar ya que se ha observado en sismos anteriores que edificaciones de un tipo estructural similar sufren daños diferentes, teniendo en cuenta que se encuentran en la misma zona sísmica. En otras palabras una estructura puede ser vulnerable, pero no estar en riesgo si no se encuentra en un lugar con un determinado peligro sísmico o amenaza sísmica. (Funvisis, 2017)

2.2.10 Sismo resistencia

Se dice que una edificación es sismo resistente cuando se diseña y construye con una adecuada configuración estructural, con componentes de dimensiones apropiadas y materiales con una proporción y resistencia suficientes para soportar la acción de las fuerzas causadas por sismos frecuentes.

Aun cuando se diseñe y construya una edificación cumpliendo con todos los requisitos que indican las normas de diseño y construcción sismo resistente, siempre existe la posibilidad de que se presente un terremoto aún más fuerte que los que han sido previstos y que deben ser resistidos por la edificación sin que ocurran daños. Por esta razón no existen edificios totalmente sismo resistente. Sin embargo, la sismo resistencia es una propiedad o capacidad que se dota a la edificación con el fin de proteger la vida y las personas de quienes la ocupan. (Funvisis, 2017)

2.2.11 Emplazamiento sismo tectónico de Colombia

(33)

El fallamiento predominante en el país tiene dirección norte sur, coincidiendo con la dirección de las tres cordilleras. El principal accidente sismo tectónico es la zona de subducción en el Océano Pacífico. Es causada por el doblamiento de la placa de Nazca cuando subduce bajo la placa Suramericana. Además de la zona de subducción existen en el territorio nacional un gran número de fallas geológicas sísmicamente activas.

En la Figura 2-3 se muestran los principales macro sistemas de fallamiento en el país. Esta figura fue tomada del estudio de amenaza sísmica de Colombia por medio del cual se produjeron los mapas de amenaza sísmica para la actualización del Reglamento colombiano de construcción sismo resistente – NSR-10. (NSR-10)

Figura 2-3: Principales sistemas de fallamiento en Colombia.

Fuente: Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente

2.2.12 Historia sísmica de Colombia

(34)

18 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José 1957 hasta 1992 estuvieron en funcionamiento siete estaciones sismológicas permanentes en el país, las cuales fueron operadas por el Instituto Geofísico de la Universidad Javeriana de Bogotá.

A partir de 1993 se puso en marcha, adicionalmente, la Red Sismológica Nacional, operada por la Subdirección de Geofísica del INGEOMINAS, existiendo además el Observatorio Sismológico del Sur Occidente - OSSO, operado por la Universidad del Valle en Cali. La Red Sismológica Nacional consta en la actualidad de 26 estaciones sismológicas remotas con lo cual se cubre gran parte del territorio nacional; su procesamiento es en tiempo real y se realiza en Bogotá por enlace satelital. Además se tienen instalados aproximadamente 250 acelerógrafos autónomos digitales de movimiento fuerte pertenecientes a la Red Acelero gráfica adscrita al INGEOMINAS y a otras instituciones, los cuales cada día se ven incrementados para llegar cubrir la mayoría del territorio nacional. En la realización del estudio de amenaza sísmica que produjo los mapas de amenaza sísmica del Reglamento NSR-10 se dispuso de un catálogo de aproximadamente 28 000 eventos sísmicos, tanto históricos como instrumentales, de los cuales aproximadamente 9 000 tienen una magnitud de Richter igual o mayor de 3. En la siguiente figura se muestra la distribución en el territorio nacional de los eventos contenidos en el catálogo. (NSR-10)

Figura 2-4: Localización epicentral de los sismos con Ms>3 (1541-2009)

(35)

2.2.13 Mapas de amenaza sísmica en Colombia

En la Figura 2-4 se muestra el mapa de zonificación sísmica de Colombia contenido en el Reglamento NSR-10. Los dos últimos mapas corresponden a las aceleraciones horizontales del sismo de diseño del Reglamento en roca y expresadas como porcentaje de la aceleración de la gravedad, para períodos de vibración cortos y para períodos de vibración intermedios, respectivamente. En la obtención de estos mapas se empleó la metodología de evaluación de amenaza sísmica del programa Crisis desarrollado por el Profesor Mario Ordaz de la Universidad Nacional Autónoma de México. El trabajo fue realizado independientemente por el Ingeominas y por el Comité AIS 300 de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. Los resultados de los dos trabajos fueron compaginados por la Comisión Asesora Permanente del Régimen de Construcciones Sismo Resistentes. Estas aceleraciones tienen una probabilidad de ser excedidas del 10% en un lapso de 50 años, correspondiente a la vida media útil de una edificación, y sirven para definir los movimientos sísmicos de diseño que exige el Reglamento Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes – NSR-10.

(36)

20 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Figura 2-5: Mapa de zonificación sísmica Colombiana

Fuente: Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente

Figura 2-6: Mapa de Aa y Av (Aceleración pico efectiva)

(37)

2.2.14 Ensayos no destructivos

Los ensayos no destructivos, son ensayos que se utilizan para conocer las características de un elemento sin causar un daño o una afectación directa al mismo, en general los ensayos no destructivos proveen datos menos exactos acerca del estado de la variable a medir que los ensayos destructivos. Sin embargo, suelen ser más baratos para el propietario de la pieza a examinar, ya que no implican la destrucción de la misma. En ocasiones los ensayos no destructivos buscan únicamente verificar la homogeneidad y continuidad del material analizado, por lo que se complementan con los datos provenientes de los ensayos destructivos.

Para el caso de este trabajo investigativo, se utilizaron dos tipos de ensayos no destructivos, el ensayo con el Esclerómetro y el Profoscope. Con los cuales se buscó conocer más acerca de las propiedades de los elementos estructurales que conforman el centro de educación permanente (CEPI), como la resistencia de su concreto y la disposición de los aceros en las columnas.

2.2.15 Ensayo Esclerómetro

Lo primero que se obtiene de este método de ensayo es la determinación del número de rebote o índice esclerométrico del concreto endurecido, empleando un martillo de acero impulsado por un resorte. Este método de ensayo se puede emplear para evaluar la uniformidad del concreto in-situ, también para delimitar áreas de concreto pobre o deteriorado en las estructuras y estimar la resistencia del concreto en el sitio, en nuestro caso con todos los datos obtenidos en el ensayo se procede a estimar la resistencia del concreto y así poder evaluar si es un concreto de muy buenas condiciones o por el contrario si es un concreto malas condiciones.

Las relaciones entre el número de rebote (índice esclerométrico) y la resistencia del concreto se deben tomar únicamente como indicativas de la resistencia relativa del concreto en diferentes puntos de la estructura. Con el fin de estimar la resistencia del concreto para el uso de este método se necesita el establecimiento de una relación entre la resistencia y el índice esclerométrico para una determinada mezcla de concreto y un equipo determinado, dentro del rango de resistencias de interés. Algunos factores que se requieren ser tenidos en cuenta en el instante de obtener los datos para preparar la relación son tales como la humedad de la superficie de ensayo, el método usado en la construcción para obtener la superficie de ensayo, la distancia vertical desde el punto inferior de colocación del concreto, y la profundidad de carbonatación, ya que para un concreto dado, el índice esclerométrico es afectado por dichos factores.

(38)

2.2.15.1 Equipo (Esclerómetro)

El método consiste en un martillo de acero impacta, con una energía predeterminada, un embolo de acero en contacto con una superficie de midiéndose la longitud de rebote del martillo. A continuación se describe las partes que conforman el equipo de ensayo:

Martillo de rebote (esclerómetro): es un martillo de acero impulsado por un resorte que al dispararse golpea un émbolo de acero en contacto con la superficie del concreto. Debe funcionar con una velocidad consistente y reproducible. La distancia de rebote del martillo se mide en una escala lineal adosada a la carcasa del instrumento.

Piedra abrasiva: pieza de carburo de silicio con una textura de grado medio, o un material equivalente, es sirve de ayuda para pulir o dejar lisa y limpia la zona de impacto del esclerómetro.

Figura 2-7: Martillo de rebote (esclerómetro) y piedra abrasiva.

Fuente: Normas y especificaciones 2012 INVIAS

(39)

Figura 2-8: Yunque de ensayo

Fuente: Normas y especificaciones 2012 INVIAS

2.2.15.2 Aspectos a tener en cuenta a la hora de realizar el ensayo

El área de ensayo debe tener, al menos, 150 mm (6”) de diámetro. Las superficies ásperas, blandas o con mortero suelto se deben pulir con la piedra abrasiva, las superficies lisas se pueden ensayar sin pulir. No se deben comparar resultados obtenidos en superficies pulidas y sin pulir, si hay agua libre presente, se deberá remover.

Los elementos de concreto a ensayar deben tener un espesor mínimo de 100 mm (4”) y estar fijos dentro de la estructura. Si el espesor es menor, se debe asegurar que se encuentren soportados de manera rígida. Se deben evitar las áreas atípicas que presenten paneles, escamaduras, texturas ásperas o alta porosidad. Para comparar los resultados, se deben elegir áreas de ensayo con una misma terminación superficial. No se debe ensayar concreto congelado. (INVIAS, 2012)

Las lecturas con fines de comparación se deben realizar con la misma dirección de impacto (horizontal, hacia arriba, hacia abajo, o en otro ángulo) o, de lo contrario, se deberán establecer factores de corrección a las lecturas. No se deben realizar ensayos sobre concretos con armadura situada a menos de 20 mm (3/4”) de profundidad.

2.2.16 Ensayo con Profoscope

(40)

24 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Las estructuras de hormigón contienen barras de armadura para reforzar la construcción, los instrumentos Profoscope se usan para determinar exactamente la ubicación de las barras y su profundidad de cobertura debajo de la superficie. Los instrumentos también pueden medir el diámetro de barra. La función de detección de barras del Profoscope y su capacidad de distinguir entre barras que se encuentran muy cercanas las unas a las otras es revolucionario. (Proceq, 2017)

2.2.16.1 Equipo (Profoscope)

El diseño del Profoscope permite su manejo con una sola mano. Todas las funciones se pueden programar / activar utilizando las dos teclas de función y la de navegación. El instrumento es compacto, ligero y robusto. Con lo que es apropiado para su utilización en la obra. (Proceq, 2017)

El Profoscope cuenta con un rango de medición de cobertura de hasta 185mm y un rango de medición de diámetro de hasta 63mm y la normatividad en la cual se basa son la BS 1881, DIN 1045,DGZFP B2, ROCT 22904.

Figura 2-9: Profoscope

Fuente: Guía técnica Profoscope 2017

1 Pantalla 5 Indicador de LED 2 Navegación 6 Tecla de función

(41)

2.2.17 Método FEMA 154

El método usado en los Estados Unidos por el Federal Emergency Management Agency (FEMA), conocido como FEMA-154, es un método cualitativo, el cual para la determinación de si se reforzará la edificación lo hace a través de un índice, si el resultado de la evaluación es menor o igual que dos (≤ 2) hay que usar un método más detallado que conlleva el análisis de la edificación con análisis primeramente lineal, si cumple no hay que reforzar, si no cumple hay que hacer un análisis no lineal de la edificación, si cumple no hay que reforzar y si no cumple definitivamente hay que reforzarla. Si el índice de la metodología es mayor o igual que dos (≥2), no necesita reforzamiento, el índice 2 significa que la edificación tiene una probabilidad de 1 a 100 de que colapse.

El método maneja un formulario que contempla una descripción de la edificación que incluye: localización, número de pisos, año de construcción, área deconstrucción, nombre del edificio, uso, foto de la edificación, un espacio para esquematizar irregularidades tanto en planta como en elevación. También posee unos recuadro donde se señalará el uso, la cantidad de persona que la ocuparán, los tipos de suelo, los tipos de elementos no estructurales, 15 estructuraciones a contemplar, las cuales presentaremos con los índices básicos de acuerdo al riesgo sísmico de la localidad, luego presenta un recuadro donde están los factores de ajuste del índice básicos por las siguientes características: altura media (4 – 7niveles), gran altura ( ≥8 niveles), irregularidades en elevación, irregularidades en planta, ajuste por el año de la edificación ante de uso de la primera normativa, ajuste por el año de construcción después de la normativa vigente. (Jose Daniel Hernandez, 2011)

2.2.18 Método NSR-10

En el capítulo A-10 de la Norma Colombiana de diseño y construcción sismo resistente, NSR-10, se presenta una descripción de este método y los criterios que tiene en cuenta para evaluar la vulnerabilidad sísmica estructural de edificaciones construidas.

El objetivo de este método es hallar los puntos débiles y posibles zonas de las estructuras que pueden fallar y poner en riesgo vidas en caso de un evento sísmico.

2.2.19 Modelo Matemático

(42)

(43)

3. Capítulo 3

Metodología

3.1 Evaluación cualitativa del edificio del centro de educación

permanente (CEP1)

El código FEMA P-154 ha sido empleado para identificar y registrar edificios que presentan riesgos vulnerables ante eventos sísmicos, y por ello deben ser evaluados mediante un estudio cualitativo y cuantitativo.

La evaluación cualitativa consiste en identificar las diferentes irregularidades de la estructura, de esta manera la evaluación parte inicialmente de observaciones al edificio en estudio, puesto que las irregularidades a identificar son: irregularidad en planta y en elevación. Ya obtenidos estos datos, mediante un instrumento de medición se logra una puntuación final que permita decidir la necesidad o no de tomar acciones inmediatas.

(44)

28 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Figura 3-1: Instrumento de medición para evaluación cualitativa

(45)

Figura 3-2: Instrumento de medición para evaluación cualitativa (Continuación)

Fuente: FEMA P-154 LEVEL 1 (Continuación)

3.1.1 Conceptos para definir la puntación básica (Basic Score)

El edificio del CEP de la Universidad de Ibagué es una estructura de concreto reforzado con pórticos resistentes a momentos.

Tabla 3-1: Tipo de material FEMA

EXAMPLE FEMA BUILDING

TYPE BASIC SCORE

C1 CONCRET MOMENT

RESISTING FRAME

Fuente: Tipo de material según FEMA P-154

(46)

30 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Figura 3-3: Coeficiente Aa y Av para la ciudad de Ibagué

Fuente: Coeficiente Aa y Av NSR10

Ya conociendo los coeficientes de aceleración Aa y Av se determina bajo que rango de amenaza sísmica se está según el FEMA P-154.

Figura 3-4: Amenaza sísmica del FEMA

(47)

De esta manera se determina que se trabaja con los score para zona de amenaza sísmica moderada.

En el FEMA P-154 ya definido el tipo de material, se ubica a Ibagué como zona de amenaza sísmica (M) moderada por consiguiente se define el Basic Score en 2,1.

Tabla 3-2: Puntuación Básica. FEMA BUILDING

TYPE BASIC SCORE

C1

VH 1

H 1.5

MH 1.7

M 2.1

L 3.3

Fuente: Basic Score según el material y la zona de amenaza sísmica.

3.1.2 Irregularidades

La existencia de irregularidades en el edificio, trae como consecuencia perjuicios para el comportamiento de la estructura en un acontecimiento sísmico. A continuación se detallan los diferentes tipos de irregularidades que se pueden presentar en un edificio. Estas se dividen en irregularidades en planta y en elevación.



Pounding (separación sísmica)

Figura 3-5: Separación sísmica.

(48)



Irregularidades en vertical

Figura 3-6: Irregularidad en vertical.

(49)



Irregularidades en planta

Figura 3-7: Irregularidad en Planta.

(50)

3.2 Verificación de dimensiones mínimas de elementos

estructurales dispuestas en la NSR-10

Se procede a realizar la verificación de las dimensiones de vigas y columnas encontradas en los planos digitales y en el edificio, para saber si estas cumplen con los requisitos de una estructura con capacidad moderada de disipación de energía (DMO) y para una con capacidad especial de disipación de energía (DES).

3.2.1 Dimensiones mínimas para vigas DMO

Según C.21.3.4.1 el ancho del elemento (𝑏𝑤) no debe ser menor a 200 mm. (Ver tabla

3.2.1-1)

Tabla 3-3: Revisión de vigas DMO.

REFERENCIA VIGA DMO

h (cm) VIGA COMUN

bw

(cm) CUMPLE C.21.3.4.1

3.2.2 Dimensiones mínimas para vigas DES

Conforme a C.21.5.1.3 para las vigas DES el ancho del elemento (𝑏𝑤) no debe ser

menor que el más pequeño de 0,3h y 250 mm (Ver tabla 2-2). En esta revisión de vigas DES también se debe realizar el chequeo de C.21.5.1.4 que consiste en que el ancho del elemento (𝑏𝑤), no debe exceder el ancho del elemento del apoyo 𝑐2 (en ancho de la

columna), más una distancia a cada lado del elemento de apoyo que sea igual al menor de:

a) Ancho del elemento de apoyo 𝑐2

b) 0,75 veces la dimensión total del elemento del apoyo 𝑐1 (cara de la columna

(51)

Tabla 3-4: Revisión de vigas DES

.

REFERENCIA DE VIGA DES

h (cm) VIGA COMUN

c2 (cm)

c1 (cm)

bw (cm) CUMPLE C.21.5.1.3

CUMPLE C.21.5.1.4

3.2.3 Dimensiones mínimas para columnas DMO

De acuerdo a C.21.3.5.1 la dimensión menor de la sección transversal, medida en una línea recta que pasa a través del centroide geométrico (base de la columna), no debe ser menor de 250mm. Para el chequeo de columnas en forma de T, C o I pueden tener una dimensión minina de 0,20 m pero su área no puede ser menor de 0,0625 m2. (Ver tabla 2-3)

Tabla 3-5: Revisión de columnas DMO.

REFERENCIA COLUMNA DMO

bc (cm) CUMPLE C.21.3.5.1

hc (cm) hc > bc

hc/bc COLUMNA

Ac [T, C, I

(cm2)] CUMPLE C.21.3.5.1

3.2.4 Dimensiones mínimas para columnas DES

(52)

36 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Tabla 3-6: Revisión de columnas DES.

REFERENCIA COLUMNA DES

bc (cm)

CUMPLE C.21.6.1.1

hc (cm) 0.25

bc/hc

CUMPLE C.21.6.1.2

Ac [T, C, I (cm2)]

CUMPLE C.21.6.1.2

3.3 Evaluación cuantitativa del edificio del CEP1

La evaluación cuantitativa que se realizó para el estudio de vulnerabilidad sísmica del edificio del CEP1, fue realizada con ensayos no destructivos, los cuales fueron el ensayo de esclerometria y ensayo de profoscope.

3.3.1 Procedimiento del ensayo de esclerometria

Se procede a clasificar todas las columnas de la estructura por tipo, en total salieron cinco tipos de columnas de las cuales se toman 4 columnas (Figura 3.3.1-1), una por tipo para realizar el ensayo de esclerometria. Los tipos de columnas son:

Tabla 3-7: Tipos de columnas del edificio CEP1.

COLUMNA

DIMENSIONES (cm)

C1 30 x 40

C2 45 x 45

C3 50 x 35

C4 45 x 30

C5 35 x 45

(53)

Figura 3-8: Selección de las columnas en nivel2 para el ensayo de esclerometria.

Fuente: Planta Física Universidad de Ibagué.

Una vez seleccionadas las columnas se le realiza el ensayo en la parte inferior y en el centro de ella, esta prueba se hace por piso. Se realiza un cuadro de 12cm x 10cm en el cual se retira la capa de pañete y se deja nivelado y liso con la piedra abrasiva, como se observa en la siguiente imagen:

Figura 3-9: Cuadro de 12cm x 10cm para ensayo de esclerometria

Después de dejar liso y nivelado el hueco de 12cm x 10cm se procede hacer la subdivisión de los cuadros de 1” x 1” (ver figura 3-10):

20 x 40

175,16 2 0 x 40 2 0

x 3

5 VGT-01 VGT-03 VGT-02 VGT-05 VGT-04 VGT-06

20 x 40 20 x 40

20 x 40

25 x 40

25 x 40 25 x 40

2 0 x 4 0 2 0 x 4 0 2

5 x 40

2

5 x 40 ₃0 x 40

3

5 x 40 ₂5 x 40

2

5 x 40

3

5 x 40

3

0 x 40 3

5 x 40

25 x 40 2

3 1 4 5 6 B

(54)

38 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Figura 3-10: Cuadros de 1” x 1” para ensayo de esclerometria

Posteriormente se realiza el ensayo ubicando la punta del martillo de acero del esclerómetro en el centro de cada cuadro pequeño (1in x 1in) y se da un golpe con una energía predeterminada y obtenemos el valor del índice de rebote (IBR) y la resistencia del concreto (CCS) en Kg/cm2 (observar imagen).

Figura 3-11: Ensayo de esclerometria

(55)

Figura 3-12: Datos obtenidos del ensayo esclerómetro

3.3.2 Procedimiento del ensayo de profoscope.

Las columnas escogidas para realizar el ensayo de profoscope fueron las columnas tipos C1, C2, C4 y C5 del plano estructural, las cuales se pueden ver en la siguiente imagen:

Figura 3-13: Columnas escogidas en el nivel2 para el ensayo de profoscope.

Fuente: Planta física Universidad de Ibagué.

Una vez seleccionadas las columnas para el ensayo, se utiliza el profoscope, es el instrumento con el cual vamos a saber la ubicación de las barra de acero. Se procede a pasar el profoscope suavemente por la cara de la columna hasta que este alumbre, de esta manera dándonos a saber que preciso en ese punto está la barra de acero (como se puede ver en la imagen).

20 x 40

175,16 2 0 x 4 0 2 0 x 3 5 VGT-01 VGT-03 VGT-02 VGT-05 VGT-04 VGT-06

20 x 40 20 x 40

20 x 40

20 x 40 25 x 40

25 x 40 25 x 40

20 x 40 20 x 40 25 x 4 0 25 x 4 0 30 x 4 0 35 x 4 0 25 x 4 0 25 x 4 0 35 x 4 0 3 0 x 40 3 5 x 40

25 x 40 2

3 1 4 5 6 B

(56)

40 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Figura 3-14: Ensayo de Profoscope

Se procede a marcar en la cara de la columna la ubicación de cada barra detectada por el profoscope con una tiza, para así saber la cantidad y distribución de las barras (observar la imagen). Con este ensayo también se puede determinar la ubicación y distribución de los estribos de las columnas seleccionadas.

Figura 3-15: Señalización de barras detectadas por el profoscope

Después de realizar el ensayo de profoscope se hace la revisión de los datos obtenidos en base a la NSR-10, los cuales son:

(57)

Figura 3-16: Separación de barras en columnas.

Fuente: Norma NSR-10

 Según C.7.10.5.2 el espaciamiento vertical de los estribos no debe exceder 16 diámetros de barra longitudinal, 48 diámetros de barra o alambre de los estribos, o la menor dimensión del elemento sometido a compresión.

 Conforme al C.7.10.5.1 todas las barras no pre esforzadas deben estar confinadas por medio de estribos transversales de por lo menos diámetro #3 (3/8”).

3.4 Procedimiento del modelo matemático

El modelo matemático se realizara en el software ETAS 2016, para poder realizar este se debe determinar los siguientes parámetros como lo son:

 Coeficiente de importancia: en la cual esta sección se definen tipo de usos y los valores del coeficiente de importancia de importancia.

Figura 3-17:Grupo de Importancia

Fuente: NSR-10.

(58)

42 Mahecha Camilo, Saavedra Juan José Figura 3-18:Clasificación de los perfiles de suelos

Fuente: NSR-10.



Los coeficientes de aceleraciones (Aa y Av) y los coeficientes de amplificación (Fa y Fv), estos últimos dependen de los coeficientes Av y Av, para determinar los coeficientes de aceleración se debe conocer la zona sísmica en la que se encuentra el edificio.

3.4.1 Revisión de Derivas

La deriva máxima para cualquier piso no puede exceder los límites establecidos en la Tabla 3.3.3.1-1, en la cual la deriva máxima se expresa como un porcentaje de la altura de piso ℎ𝑝𝑖:

Figura 3-19:Derivas máximas como porcentajes de

ℎ

𝑝𝑖