1
EVALUACIÒN ESTRUCTURAL – PLANTA INDUSTRIAS DE PRODUCTOS QUIMICOS S.A SAN JUAN DE LURIGANCHO– LIMA – PERÚ
ÍNDICE 1.- ASPECTOS GENERALES 2. TRABAJOS DESARROLLADOS 2.1 Trabajos de Campo 2.2 Ensayos de Materiales 2.3 Trabajos de oficina 2.4 Documentos Elaborados 3. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES 3.1 Suelo 3.2 Concreto 3.3 Refuerzo 4. CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL DE LOS MODULOS. 4.1 Vigas 4.2 Columnas 4.3 Cimentación 5. REFUERZO EXISTENTE 5.1 Procedimiento 5.2 Vigas 5.3 Columnas 6. ANÁLISIS ESTRUCTURAL 6.1 Generalidades 6.2 Modelos para el Análisis 6.3 Estimación de Rigideces 6.4 Estimación de Masas 6.5 Cargas Verticales 6.6 Acciones Sísmicas 6.7 Combinación de Carga
7. RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS 7.1 Períodos de Vibración 7.2 Fuerza Cortante en la Base. 7.3.- Control de Desplazamientos 8. PROPUESTAS DE MODIFICACIÓN 8.1 Deficiencias que deben corregirse 8.2 Solución propuesta para el edificio 9. ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL CON REFORZAMIENTO PROPUESTO
9.1 Generalidades 9.2 Períodos Naturales y Modos de Vibración 9.3
Desplazamientos Máximos Estimados
9.4
Cortante en la Base
9.5
Cimentación
9.6
Columnas y Placas
9.7
Vigas
10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Evaluación Estructural de la PLANTA INDUSTRIAS DE PRODUCTOS QUIMICOS S.A 1.
Aspectos Generales El estudio considera Evaluación Estructural y proyecto de “AMPLIACION Y
REFORZAMIENTO–PRODUCTOS QUIMICOS INDUSTRIALES S.A” ubicado en Av. El Santuario 1239, Urbanización ZÁRATE, Distrito de San Juan de Lurigancho, Provincia de Lima y Departamento de Lima. Se realizará el análisis sísmico de la estructura existente, con la finalidad de verificar el control de desplazamientos laterales, de manera adecuada
a la normativa vigente,
específicamente a la N.T.E. 030 Diseño Sismo resistente del Reglamento Nacional de Edificaciones. Los módulos a evaluar corresponden a las estructuras que se mantendrán siguiendo los alcances de proyecto arquitectónico, para ello se verificara la viabilidad estructural realizándose convenientemente los trabajos necesarios para que estas estructuras cumplan en la normativa sísmica vigente. Las estructuras a evaluar se describen a continuación:
-
Bloque 1 actualmente es utilizado en el primer piso como zona administrativa, además con otra parte uso de HHSS y como segundo piso actualmente es utilizado como área de oficinas.
-
Bloque 4 actualmente es utilizado en el primer piso como zona de talleres mecánicos y como segundo piso actualmente es utilizado como área de almacenes.
2.
Trabajos Desarrollados
2.1
Trabajos de Campo
Teniéndose planos de estructurasmás no de arquitectura ni especificaciones de los materiales empleados, la evaluación estructural de la PLANTA INDUSTRIAL DE PRODUCTOS QUIMICOS INDUSTRIALES S.A se basó exclusivamente en las observaciones y mediciones en obra.
La planta industrial tiene una estructuración
relativamente simple y regular, lo que permitió lograr la información básica requerida con un mínimo de interferencia. Los trabajos de campo incluyeron:
Revisión general de los elementos estructurales, a fin de observar posibles manifestaciones de deficiencias estructurales o de deterioro de los materiales.
Auscultación de la cimentación.
Se hicieron excavaciones, para determinar las
dimensiones de las zapatas y la verificación del diseño de la cimentación.
Medición de luces y alturas, así como de las dimensiones efectivasde las secciones de los elementos estructurales: vigas y columnas.
Muestreo del refuerzo existente en vigas y columnas. Se picó el revestimiento y el concreto de recubrimiento en algunas zonas de vigas y columnas, para observar directamente la armadura longitudinal y los estribos.
Se extrajeron 2 muestras diamantinas de 3” de diámetro, 1 de ellas en columnas, 1en vigas, dichas muestras fueron sometidas a ensayos para la determinación de la resistencia del concreto existente.
2.2
Ensayos de Materiales Estos incluyeron:
Verificación de la capacidad de carga del suelo de fundación en base a ensayos de Laboratorio de muestras extraídas en el suelo de fundación de las cimentaciones, se encontró un suelo Limo Arcilloso Inorgánico de Baja (SUCS CL-ML) color marrón, medio húmedo, semi suelto, medio compacto.
Determinación de la resistencia del concreto, sobre la base de ensayos de compresión con testigos diamantinos de 3” de diámetro. Los resultados obtenidos se presentan en el Anexo N° 1 – Resultados de Resistencia a Compresión.
No se ensayaron muestras de las varillas de refuerzo, ya que la extracción de las muestras hubiera significado un deterioro difícil de reparar.
2.3
Trabajos de Oficina Sobre la base de la información disponible se realizaron los trabajos siguientes:
Preparación
de
planos
de
estructuras
existentes
como
resumen
de
las
auscultaciones.
Preparación de modelos para el análisis estructural de los bloques involucrados en la condición actual. Determinación de parámetros para el análisis sísmico. Estimación de las cargas verticales.
Análisis sísmico por superposición modal espectral, conforme a la norma de Diseño Sismo Resistente vigente, E-030.
Análisis para cargas verticales, incluyendo efectos de peso propio y otras cargas permanentes, así como las sobrecargas de oficinas establecidas en el Reglamento Nacional de Construcciones.
Determinación del refuerzo requerido en losas, vigas, columnas. Comparación con el refuerzo existente e interpretación de los resultados.
Propuestas y análisis de alternativas de modificación para cumplir las normas vigentes.
2.4
Documentos Elaborados Los documentos elaborados incluyen (en el informe final):
Informe de la evaluación (el presente documento).
Planos de Reforzamiento Estructural.
3.
Propiedades de los Materiales
3.1
Suelo
Según la auscultación realizada se encontró como primer estrato suelo Limo Arcilloso Inorgánico de Baja (SUCS CL-ML) color marrón, medio húmedo, semi suelto, medio compacto.Como segundo estrato se enconctrosuelo
Gravoso Pobremente Grada
(SUCS GP). 3.2
Concreto Para efectos de la evaluación estructural se tomaron testigos cilíndricos del
concreto en 2elementos, entre vigas y columnas.
Las muestras, de 3” de diámetro,
fueron extraídas y ensayadas de acuerdo a la norma ITINTEC 339.059. Los correspondientes reportes del Laboratorio de Ensayo de Materiales se incluyen en el Anexo N° 1, al final de este informe. Los resultados se resumen a continuación: 2
Diamantina
Elemento
Nivel
f’cprobeta (kg/cm )
D-1
Columna
Primero
217
D-2
Viga
Primero
219
Se concluye que la resistencia del concreto encontrado NO es muy variable e inclusive por lo alto de los valores promedio para edificaciones, (por lo general se emplean valores de resistencia de 210 kg/cm2). Por lo tanto se considerara para el análisis estructural una resistencia del concreto de 210 kg/cm2. En esto se ha considerado la tolerancia de 35 kg/cm2 establecida en la norma E.060.
3.3
Refuerzo
No se tienen resultados de ensayos del acero de refuerzo, dada la imposibilidad de extraer muestras sin dañar significativamente un elemento estructural. Sin embargo, por la corrugación observada se deduce que el esfuerzo de fluencia nominal es de 2800 kg/cm2, lo que corresponde a la práctica habitual en el medio actual.
4.
Configuración Estructural de los Módulos Los bloques son estructuras conformado por pórticos de concreto armado en la
dirección larga y muros de albañilería confinada en la dirección corta, consta de 2 niveles con techo, en el ultimo nivel el techo es liviano con vigas de concreto y viguetas de losa.
Fig. Nº1 Se presenta plano general donde se presenta los bloques a reforzar.
4.1
Vigas Todas las edificaciones del bloque 1 y 4tienen vigas de las mismas dimensiones
VER CUADRO Nº1, Nº2, Nº3 y Nº4. 4.2
Columnas
Las columnas de los módulostienen las mismas dimensionesver CUADRO Nº5
4.3
Cimentación
Se excavaron las zonas adyacentes a la cimentación de los módulos a reforzar,encontrándose zapatas existentes en función a los planos existentes digitados por la empresa ARHOS INMOBILIARIA Y CONSTRUCTORA S.A.C
5.
Refuerzo Existente
5.1
Procedimiento El objetivo de esta parte de la evaluación fue constatar la existencia de la
armadura, su ubicación, el diámetro de la misma y el espesor del recubrimiento. Se retiró el revoque y el recubrimiento del refuerzo de diversos elementos estructurales (vigas y columnas), para observar directamente el diámetro y la cantidad de varillas colocadas en cada caso. Se presume que en todos los casos el refuerzo fue colocado en una sola capa. A fin de interferir lo menos posible con el funcionamiento de los bloques, sólo se hicieron los trabajos indispensables. 5.2
Vigas
El refuerzo de las vigas es bastante uniforme.
En la tabla siguiente se indica el refuerzo encontrado en las vigas delos módulosa rehabilitar CUADRO Nº 1 REFUERZO
BLOQUE 1
TIPO SECCION POSITIVO BASTONES NEGATIVO
BASTONES
ESTRIBOS
VIGAS VSEMISOTANO 001 V002 V003 V004 V005 V006 V007 1ER NIVEL B1-2
0.30X0.45 0.30X0.45
3 Ø 5/8" 3 Ø 5/8"
X
1 Ø 5/8"
3 Ø 5/8"
1 Ø 5/8"
Ø3/8" 2@ .10 RESTO @ .20
3 Ø 5/8"
1 Ø 5/8"
2 Ø 5/8"
1 Ø 5/8"
0.30X0.45
2Ø 1/2"
1 Ø 1/2"
2Ø 1/2"
2Ø 1/2"
Ø3/8" 2@ .10 RESTO @ .20 Ø3/8" 2@ .10 2@ .20, RESTO @ .40 Ø3/8" 2@ .10 2@ .20, RESTO @ .40
0.30X0.20
2Ø 1/2"
X
2Ø 1/2"
X
Ø1/4" @.30
X
5Ø1/4" @.20
X
7 Ø1/4" @.20
0.30X0.45
0.30X0.45 0.30X0.20
3 Ø 5/8" 3Ø 1/2"
X
3 Ø 5/8"
X X
3 Ø 5/8" 2Ø 1/2"
V101 V102 V103 V104 V105 V106 V107
0.30X0.45
2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
2Ø 1/2"
0.30X0.45
2Ø 5/8"
2Ø 5/8"
2Ø 1/2"
0.30X0.45
3 Ø 1/2"
X
3 Ø 1/2"
0.30X0.45
2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
2Ø 1/2"
0.30X0.45
2Ø 3/4"
X
2Ø 3/4"
0.30X0.45
2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
2Ø 1/2"
0.30X0.45
3 Ø 1/2"
X
1 Ø 5/8" 1 Ø 1/2"
Ø3/8" 2@ .10,
[email protected] RESTO @ .40 Ø3/8" 2@ .10,
[email protected] RESTO @ .40
X 2Ø 5/8" + 2Ø 3/4"
3Ø1/4" @.40 Ø3/8" 2@ .10 2@ .15,
[email protected] RESTO @ .35
X 2Ø 5/8" + 2Ø 3/4"
Ø3/8" 2@ .10 RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 2@ .15,
[email protected] RESTO @ .35
X
Ø1/4" @.40
3 Ø 1/2"
CUADRO Nº 2 NIVEL +5.20 V201 V202 V203 V204 V205 V206 V207 V208 V209 V210 V211 V212 V213 V214 V215 V216
0.30X0.45 2Ø 3/4" 1Ø3/4"+2Ø1"
2Ø 3/4"
1Ø 3/4"
0.30X0.45 2Ø 3/4"
2Ø1"+2Ø1"
2Ø1"
1Ø1"
0.30X0.45 2Ø 3/4"
2Ø1"+2Ø1"
2Ø1" 2Ø 0.30X0.45 2Ø 3/4" 1Ø3/4"+2Ø1" 3/4" 1 Ø 5/8" + 2Ø 2Ø 0.30X0.45 2Ø 3/4" 3/4" 3/4" 2Ø 0.30X0.45 2Ø 3/4" 2Ø 3/4" 3/4" 2Ø 0.30X0.45 2Ø 3/4" 2Ø 3/4" 3/4" 1 Ø 5/8" + 2Ø 2Ø 0.30X0.45 2Ø 3/4" 3/4" 3/4" 2Ø 0.30X0.20 2 Ø5/8" X 3/8" 2 0.30X0.45 2 Ø5/8" X Ø5/8" 2Ø 0.30X0.20 2 Ø5/8" X 3/8" 2 0.30X0.45 2 Ø5/8" X Ø5/8"
1Ø1"
0.15X0.20
2Ø3/8"
x
x
1Ø 3/4" 1 Ø 5/8" 2Ø 3/4" + 2Ø 3/4" 2Ø 3/4" + 2Ø 3/4" 1 Ø 5/8"
Ø3/8" 2@ .10 2@ .15,
[email protected] RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 2@ .15,
[email protected] RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 2@ .15,
[email protected] RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 2@ .15,
[email protected] RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 2@ .15,
[email protected] RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 2@ .15,
[email protected] RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 2@ .15,
[email protected] RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 2@ .15,
[email protected] RESTO @ .35
X
7 Ø1/4" @.15
X
Ø3/8" @.30
X
7 Ø1/4" @.15
X
Ø3/8" @.30
x
X Ø3/8" 2@ .10 5@ .15,
[email protected] RESTO @ .35
0.30X0.45 2Ø 3/4" 1Ø3/4"+2Ø1" 2Ø1" 3Ø 0.30X0.45 2Ø1" 1Ø1" 3/4"
1Ø1"
0.30X0.45 2Ø 3/4" 1Ø3/4"+2Ø1" 2Ø1"
1Ø1"
X
Ø3/8" 2@ .10 RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 5@ .15,
[email protected] RESTO @ .35
V217 V218 V219
0.30X0.45 2Ø 3/4" 1Ø3/4"+2Ø1" 2Ø1" 3Ø 0.30X0.45 2Ø1" 1Ø1" 3/4"
1Ø1"
0.30X0.45 2Ø 3/4" 1Ø3/4"+2Ø1" 2Ø1"
1Ø1"
X
Ø3/8" 2@ .10 5@ .15,
[email protected] RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 5@ .15,
[email protected] RESTO @ .35
CUADRO Nº 3 NIVEL +7.80 V301 V302 V303 V304 V305 V306 V307 V308 V309 V310 V311 V312 V313 V314 V315 V316 V317 V318 V319 (S)
030x0.20
x
x
0.30x0.20
2Ø 1/2"
x
030x0.20
x
x
0.30x0.20
2Ø 1/2"
x
0.30x0.45
2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
0.30x0.45
4Ø 5/8"
x
0.30x0.45
2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
0.30x0.45
2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
0.30x0.45
4Ø 5/8"
x
0.30x0.45
2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
2Ø 3/4" 2Ø 3/4" 2Ø 3/4" 2Ø 3/4" 2 Ø5/8" 2 Ø5/8" 2 Ø5/8" 2 Ø5/8" 2Ø 1/2" 2Ø 1/2" 2Ø 1/2" 2Ø 1/2" 2 Ø5/8" 2Ø 3/4" 2 Ø5/8" 2 Ø5/8" 2Ø 3/4" 2 Ø5/8"
0.15X0.20
2Ø3/8"
x
x
0.30X0.45 2Ø 3/4"
2 Ø5/8"
0.30X0.45 2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
0.30X0.45 2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
0.30X0.45 2Ø 3/4"
2 Ø5/8"
0.30X0.45 2 Ø5/8"
1 Ø5/8"
0.30X0.45 2 Ø5/8"
2 Ø5/8"
0.30X0.45 2 Ø5/8"
2 Ø5/8"
0.30X0.45 2 Ø5/8"
1 Ø5/8"
2Ø 3/4" 2Ø 3/4" 2Ø 3/4" 2Ø 3/4" 1Ø5/8"+2Ø5/8"
Ø3/8" 2@ .10 4@ .20 RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 6@ .20 RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 6@ .20 RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 4@ .20 RESTO @ .35
2 Ø5/8"
Ø3/8" 2@ .10 RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 3@ .20 RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 3@ .20 RESTO @ .35
1Ø5/8"+2Ø5/8"
Ø3/8" 2@ .10 RESTO @ .35
x
Ø1/4" @ .20
x
Ø1/4" @ .20
x
Ø1/4" @ .20
2 Ø5/8"
x
Ø1/4" @ .20 Ø3/8" 2@ .10 7@ .20 RESTO 2Ø5/8"+2Ø3/4" @ .35 2Ø 3/4"
Ø3/8" 2@ .10 RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 7@ .20 RESTO 2Ø5/8"+2Ø3/4" @ .35 Ø3/8" 2@ .10 7@ .20 RESTO 2Ø5/8"+2Ø3/4" @ .35 2Ø 3/4"
Ø3/8" 2@ .10 RESTO @ .35 Ø3/8" 2@ .10 7@ .20 RESTO 2Ø5/8"+2Ø3/4" @ .35
x
X
CUADRO Nº 4 REFUERZO BLOQUE TIPO 4 V101´ V102´ V103´ V104´ V105´ V106´ V107´ V108´ V109´ V110´ V201´ V202´ V203´ V204´ V205´ V206´ V207´ V208´ V209´ V210´
SECCION
POSITIVO BASTONES NEGATIVO
0.30X0.45
2Ø1"
2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
0.30X0.45
2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
2 Ø5/8"
0.30X0.45
2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
2 Ø5/8"
0.30X0.70
2Ø1"
2Ø1"
2Ø 3/4"
0.30X0.45
2 Ø5/8"
2 Ø5/8"
2 Ø5/8"
0.30X0.45
2 Ø5/8"
2 Ø5/8"
2Ø 3/4"
0.30X0.45
2 Ø7/8"
X
2Ø 3/4"
0.30X0.45
2Ø1"
2Ø1"
2Ø 3/4"
0.30X0.45
2 Ø5/8"
2 Ø5/8"
2 Ø5/8"
0.30X0.45
2 Ø5/8"
2 Ø5/8"
2 Ø5/8"
0.30X0.45
2 Ø5/8"
2 Ø5/8"
2Ø 1/2"
0.30X0.45
2 Ø5/8"
2 Ø5/8"
2Ø 1/2"
0.30X0.45
2Ø1"
X
2Ø1"
0.30X0.45
2Ø1"
2 Ø7/8"
2Ø 3/4"
0.30X0.45
2Ø 1/2"
2Ø 1/2"
2Ø 1/2"
0.30X0.45
2Ø 1/2"
2Ø 1/2"
2Ø 1/2"
0.30X0.45
2Ø 3/4"
X
2Ø 1/2"
0.30X0.45
2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
2Ø 3/4"
0.30X0.45
2Ø 1/2"
2Ø 1/2"
2Ø 1/2"
0.30X0.20
2Ø 1/2"
2Ø 1/2"
2Ø 1/2"
BASTONES
ESTRIBOS Ø3/8" 6@ .10 6@ .15, 2Ø 3/4"+2Ø1"
[email protected] RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 5@ .05, 2Ø1"
[email protected] RESTO @ .40 Ø3/8" 6@ .10 6@ .15, 2Ø1"
[email protected] RESTO @ .30 Ø3/8" 3@ .10 4@ .15, 2Ø 3/4"+2Ø1"
[email protected] RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 4@ .20 2 Ø5/8" + 2Ø3/4" RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 4@ .20 2Ø 3/4" RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 4@ .20 2Ø 3/4"+2Ø1" RESTO @ .30 Ø3/8" 3@ .10 3@ .15, 2Ø 3/4"+2Ø1"
[email protected] RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 2@ .20 2 Ø5/8" RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 2@ .20 2 Ø5/8" RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 5@ .20 2 Ø5/8" + 2Ø3/4" RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 5@ .20 2 Ø5/8" + 2Ø3/4" RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 6@ .20 2Ø1" RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 6@ .15, 2Ø 3/4"
[email protected] RESTO @ .30 2Ø 1/2"+1Ø Ø3/8" 2@ .10 2@ .20 5/8"+1Ø1/2" RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 2@ .20 2Ø 1/2" RESTO @ .30 1Ø Ø3/8" 2@ .10 2@ .20 5/8"+1Ø1/2"+2Ø7/8" RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 5@ .20 2Ø7/8"+2Ø1/2" RESTO @ .30 Ø3/8" 2@ .10 2@ .20 2Ø 1/2" RESTO @ .40 Ø3/8" 2@ .005 2@ .10 2Ø 1/2" RESTO @ .20
5.3
Columnas
En la tabla siguiente se indica el refuerzo encontrado en las columnas de los módulos a rehabilitar. CUADRO Nº5
BLOQUE 1 COLUMNAS SEMISOTANO -1.80
1ER NIVEL +1.20 2DO NIVEL +5.20 1ER NIVEL B1-2 2do nivel B1-2 BLOQUE 4 MAESTRANZA
TIPO
CANTIDAD
REFUERZO SECCION
C-4´ C-2 C-3 C-2 C-3 C-2 C-3 C-1 C-1
1 6 3 6 3 6 3 14 14
0.30x0.30 0.20X0.20 0.30X0.20 0.20X0.20 0.30X0.20 0.20X0.20 0.30X0.20 0.30X0.30 0.30X0.30
4 Ø 3/4" 4 Ø 3/4" 4 Ø 3/4" 8 Ø 7/8" 8 Ø 7/8" 4 Ø 3/4" 4 Ø 3/4" 4 Ø 3/4" 4 Ø 7/8"
F´y=2800 F´y=2800 F´y=2800 F´y=2800 F´y=2800 F´y=2800 F´y=2800 F´y=2800 F´y=2800
Ø3/8" Ø3/8" Ø3/8" Ø3/8" Ø3/8" Ø3/8" Ø3/8" Ø3/8" Ø3/8"
C-1´ C-2´ C-3´
8 9 3
0.30X0.30 0.30X0.30 0.30X0.30
4 Ø 3/4" 4 Ø 3/4" 4 Ø 1"
F´y=2800 F´y=2800 F´y=2800
Ø3/8" @ .30 Ø3/8" @ .30 Ø3/8" @ .30
REFUERZO
F´y
ESTRIBOS
@ .30 @ .40 @ .40 @ .30 @ .30 @ .40 @ .40 @ .30 @ .30
6.
Análisis Estructural
6.1
Generalidades
En primer lugar se estudió la planta industrial en la condición actual, para identificar las deficiencias en la estructuración, las dimensiones o el refuerzo de los elementos. Luego se realizó otro análisis con las propuestas necesarias para el reforzamiento del mismo de tal manera de que la nueva propuesta cumpla a los requerimientos exigidos por los códigos vigentes. En todos los casos se empleó el programa ETABS. En las secciones siguientes se presentan primero los resultados obtenidos para la condición actual y posteriormente la propuesta de modificación. 6.2
Modelos para el Análisis
De acuerdo a las medidas indicadas en el plano de levantamiento, se procedió a hacer un modelo tridimensional con tres coordenadas dinámicas por nivel, tomando en cuenta deformaciones por flexión, fuerza cortante y carga axial. Los apoyos se consideraron como empotramientos perfectos en el primer piso. El modelo para el análisis inicial se muestra en los gráficos 1 y 2.
Los ejes de
referencia X,Y correspondieron a las direcciones longitudinales y delos pabellones del colegio respectivamente, siendo el eje Z, el eje vertical. 6.3
Estimación de Rigideces
Los resultados que se presentan fueron calculados suponiendo las áreas e inercias correspondientes a las secciones brutas de los distintos elementos, esto es suponiendo que la pérdida de rigidez debida a la fisuración del concreto es compensada por el refuerzo. Tales valores resultan en una estimación conservadora de las fuerzas, pero posiblemente en una subestimación de los desplazamientos para los niveles de esfuerzo que corresponderían al sismo de diseño. Los módulos de elasticidad (E) se estimaron de acuerdo a lo indicado en la norma E060. 6.4
Estimación de Masas
Las masas se evaluaron según lo especificado en la norma de Diseño Sismo Resistente E-030 y en la norma de Cargas E-020, que forman parte del Reglamento Nacional de Construcciones. Se incluyeron las masas de las vigas, columnas ylos techo y el 25% de la carga viva máxima en el primer nivel y de un 25% de la carga viva en la azotea.
Las inercias asociadas a los grados de libertad rotacionales se estimaron suponiendo que las masas en cada nivel están uniformemente distribuidas. 6.5
Cargas Verticales
Las cargas verticales se evaluaron conforme a la norma de Cargas, E-020. Los pesos de vigas, columnas, se estimaron a partir de sus dimensiones reales, considerando un peso específico de 2400 kg/m3. Para los elementos perimetrales se cuantificaron los pesos reales de los muros. Se incluyó igualmente el peso de techo, estimado en 300 kg/m2 considerado para una losa aligerada de 20 cm de espesor. El programa de cómputo empleado permite la consideración de diversos sistemas de cargas verticales independientes. 6.6
Acciones Sísmicas
El análisis sísmico se realizó según la norma vigente, NTE E-030. Considerando las condiciones de suelo, las características de la estructura y las condiciones de uso, se utilizaron los parámetros sísmicos siguientes:
6.7
Parámetro
Factores
Z
0.3
U
1.0
C
2.5 (0.4/T)
S
1.4
Rx
6*0.75 = 4.5
Ry
3*0.75 = 2.25
2.5
Combinaciones de Carga
La verificación de la capacidad de resistencia de los elementos de concreto armado se basó en un procedimiento de cargas factoradas, conforme a la Norma Técnica de Edificación E-060 “Concreto Armado” y al código ACI 318. Los factores de carga fueron los dados en la sección 10.2 de la norma E-060: COMB1 = 1.4D+1.7L COMB2 = 1.25 (D+L)+ SX COMB3 = 1.25 (D+L) +SY COMB4 = 0.9D+ SX
COMB5 = 0.9D+SY E = COMB1 + COMB2 + COMB3 + COMB4 + COMB5 (Envolvente) En las expresiones precedentes, L se refiere a cualquier combinación de los sistemas de cargas vivas, mientras que S se refiere a la acción sísmica en dirección X o en dirección Y, consideradas en forma independiente.
7. Resultados de los Análisis En este documento sólo se presentan los resultados más significativos del análisis y el diseño. Los listados más detallados, para cada uno de los casos analizados, se incluyen en el disco adjunto a este informe. 7.1.-Períodos de Vibración Los períodos de vibración fundamentales para la edificación analizada son los siguientes:
BLOQUE 1 PARTE 1 Período T (s)
% Participación
Dirección X-X
0.7788
96.930
Dirección Y-Y
0.6576
97.021
BLOQUE 1 PARTE 2 Período T (s)
% Participación
Dirección X-X
0.1297
95.107
Dirección Y-Y
0.1009
93.577
Período T (s)
% Participación
Dirección X-X
0.5035
93.828
Dirección Y-Y
0.2327
99.455
BLOQUE 4
7.2.-Fuerza Cortante en la Base.
BLOQUE 1 PARTE 1 V dinámico(t)
V estático(t)
90% V estático
Dirección X-X
147.79
285.59
229.27
Dirección Y-Y
131.68
573.18
131.68
Como se puede apreciar la fuerza cortante basal dinámico en la dirección X es necesario factorar la fuerza sísmica necesaria por un factor de 1.55 para obtener una fuerza de diseño sísmica de por lo menos el 80% de la cortante estática. En la dirección Y es necesario factorar la fuerza sísmica necesaria por un factor de 3.48 para obtener una fuerza de diseño sísmica de por lo menos el 80% de la cortante estática, todo eso de acuerdo a la norma sismorresistente vigente.
BLOQUE 1 PARTE 2 V dinámico (t) Dirección X-X Dirección Y-Y
V estático (t)
125.34 118.24
199.75 199.75
80% V estático 159.80 159.80
Como se puede apreciar la fuerza cortante basal dinámico en la dirección X es necesario factorar la fuerza sísmica necesaria por un factor de 1.27 para obtener una fuerza de diseño sísmica de por lo menos el 80% de la cortante estática. En la dirección Y es necesario factorar la fuerza sísmica necesaria por un factor de 1.35 para obtener una fuerza de diseño sísmica de por lo menos el 80% de la cortante estática, todo eso de acuerdo a la norma sismo resistente vigente.
BLOQUE 4 V dinámico (t)
V estático (t)
80% V estático
Dirección X-X
372.05
479.55
383.64
Dirección Y-Y
435.97
479.55
383.64
Como se puede apreciar la fuerza cortante basal dinámico en la dirección X es necesario factorar la fuerza sísmica necesaria por un factor de 1.03 para obtener una
fuerza de diseño sísmica de por lo menos el 80% de la cortante estática. En la dirección Y no es necesario factorar la fuerza sísmica para obtener una fuerza de diseño sísmica ya que es mayor que el 80% de la cortante estática, todo eso de acuerdo a la norma sismo resistente vigente. 7.3.- Control de Desplazamientos
Conclusión: Los bloques analizados (bloque 1 parte 1, bloque 2 parte 1, bloque 4) presentan distorsiones mayores a lo limitado por la norma actual de diseño sismorresistente (E-030 2003). Es necesario reforzar la edificación con placas de concreto armado para proporcionar mayor rigidez en la dirección X y Y (longitudinal).
8.
Propuestas de Modificación En términos generales las edificaciones analizadas presentan una gran deficiencia
de rigidez en la dirección longitudinal, la cual está conformado por pórticos de concreto armado y albañilería confinada. En la dirección transversal las estructuras están conformadas por muros de albañilería confinada de 15 cm de espesor lo cual lo hace un sistema rígido ante posibles eventos sísmicos. Es recomendable cuando se tengan estructuras antiguas a reforzar, estas deben ser muy rígidas para que la mayor cortante sísmica sea controlada por los muros de concreto a adicionar, por lo tanto la estructura final sería una estructura muy rígida, de esta forma los pórticos de concreto existente lleguen a absorber un mínimo de la fuerza sísmica. 8.1
Deficiencias que deben corregirse
Los principales aspectos que requieren atención en la edificación se listan a continuación:
El confinamiento de los extremos de todos los elementos, vigas y columnas, es inadecuado según la buena práctica constructiva en regiones de alto riesgo sísmico como el Perú.
El refuerzo de columnas y vigas es en general inadecuado según la normatividad vigente respecto a la resistencia en zonas de riesgo sísmico.
8.2
Solución propuesta para la edificación
La propuesta de reforzamiento contempla reducir las distorsiones de entrepiso hasta que estas cumplan con las distorsiones mínimas que la norma sísmica exige.
La
inserción de placas de concreto armado reducirían los desplazamientos producidos en las estructuras debido a las acciones sísmicas, cumpliéndose con la normatividad sismorresistente actual (E-030 – 2003). Otro efecto beneficioso sería la reducción de los efectos de sismo en los pórticos, tendiéndose a una estructura de tipo “dual”. Esto reduciría la importancia del deficiente confinamiento de las secciones, sin eliminar totalmente estos problemas.
Fig. 02. Planta primer Piso con propuesta de reforzamiento del bloque 1
Fig. 03. Planta primer Piso con propuesta de reforzamiento del bloque 4
9.
Análisis y diseño estructural con reforzamiento propuesto
9.1
Generalidades
Se emplearon los mismos parámetros sísmicos considerados para el modelo original, el cual debido a que a la estructura se le adicionó placas de concreto armado la estructura paso de ser un sistema netamente aporticado a un sistema del tipo dual utilizándose un factor final de R igual a 4.50 (6.00x0.75) tomando en cuenta que es una estructura irregular. El modelo estructural propuesto considera las recomendaciones indicadas del presente informe. Se resumen los resultados y plantas propuestas para el presente reforzamiento.
9.2
Períodos Naturales y Modos de Vibración
En el análisis se incluyeron 15 formas de modo, teniéndose una participación total de las masas efectivas acumuladas mayor que 90% de la masa total. Los períodos de vibración fundamentales para lasedificaciones analizadas son los siguientes: PABELLON BLOQUE 1 REFORZADO Período T (s)
% Participación
Dirección X-X
0.3106
90.18
Dirección Y-Y
0.2098
96.73
Período T (s)
% Participación
Dirección X-X
0.2668
90.57
Dirección Y-Y
0.1982
93.24
BLOQUE 4 REFORZADO
Puede apreciarse que los porcentajes de participación de los modos fundamentales en cada dirección son altos, lo cual indica que el edificio tiene buena regularidad torsional por lo tanto la estructura puede tener un buen comportamiento sismorresistente. 9.3
Desplazamientos Máximos Estimados
Según la norma vigente, los desplazamientos laterales máximos se obtienen multiplicando los resultados del análisis lineal y elástico por 0.75R. En la tabla siguiente se muestran los desplazamientos máximos así como las distorsiones relativas de entrepiso para cada nivel: En la norma vigente se tiene una tolerancia (en una estructura de concreto armado) desplazamientos relativos de entrepiso de hasta 0.7% de la altura.). Debe prestarse especial atención a estructuras de concreto armado que estén adosados a elementos de albañilería confinada, como es el caso actual de los pabellones a reforzar. En estos casos es recomendable tener una tolerancia máxima de desplazamientos relativos de entrepiso de hasta un 0.50% de la altura, ya que los elementos de albañilería no pueden seguir la deformada que puedan tener los elementos de concreto reforzada debido a su relativa fragilidad. Para nuestros casos restringiremos la distorsión hasta un máximo de 0.50% e inclusive hasta valores menores al 0.20%. Con el propósito de liberar de esfuerzos a los pórticos, se recomienda que las placas de concreto absorban el mayor porcentaje de fuerza sísmica.
Puede observarse que las distorsiones de entrepiso se encuentran dentro del rango permitido por la norma.
9.4
Cortante en la Base
La tabla siguiente resume las fuerzas cortantes en la base obtenidas del análisis dinámico y las compara con lo que se obtendría de las expresiones para el análisis estático.
BLOQUE 1 REFORZADO
Dirección
Cortante en la base obtenido del análisis dinámico (t)
Cortante en la base obtenido del análisis estático (t)
X
173.55
292.36
Y
382.06
584.73
BLOQUE 4 REFORZADO
Dirección
Cortante en la base obtenido del análisis dinámico (t)
Cortante en la base obtenido del análisis estático (t)
X
371.04
496.30
Y
420.01
496.30
La norma exige que para cuestiones del diseño de los elementos estructurales (no el control de desplazamientos) los resultados del análisis dinámico se escalen de modo tal que se tenga por lo menos el 80% del cortante en la base obtenidos con las expresiones del análisis estático, cuando se trata de estructuras irregulares. En consecuencia, se consideraron los siguientes factores:
Factor de amplificación para obtener 80% de la fuerza cortantes sísmica estática. Dirección
BLOQUE 1
BLOQUE 4
X
1.35
1.07
Y
1.22
1.00
9.5 Cimentación Las dimensiones de las zapatas existentes son lo suficientemente grandes para poder resistir las fuerzas provenientes de la superestructura así como transmitir presiones pequeñas al suelo de apoyo, por lo tanto no es necesario su reforzamiento.
9.6 Columnas y Placas Todas las columnas fueron ensanchadas de su sección inicial de 30x30 cm2 a una sección final de 40x40 cm2, obteniéndose secciones más rígidas, además se adicionó 12
varillas de 1/2” a estas nuevas secciones, según se muestra en los planos de estructuras incluidos en este informe. Además de ensanchar las columnas se procedió a adicionar secciones de placas de dimensiones de 20x100 cm2 con la finalidad de rigidizar mas la estructura, y distribuir la fuerza sísmica a estos nuevos elementos, y de esta forma reducir las fuerzas sísmicas que se pudieran producir en los pórticos, ya que estos al ser reforzadas no tienen mucha capacidad de ductilidad.
10 Conclusiones y Recomendaciones
Este edificio tiene estructuras de concreto armado, la losa de entrepiso es de losa aligerada de 20cm de espesor.
Los ensayos en la calidad del concreto muestran una eficiente resistencia, los resultados de laboratorio indican calidad del concreto común (210 kg/cm2) (ver resultados de ensayos de testigos de concreto según laboratorio de ensayo de materiales).
La tabiquería considerada para división de ambientes es liviana, excepto por los muros perimetrales.
En la condición actual, el edificio presenta deficiencias para las condiciones sísmicas de acuerdo a la norma, además tampoco cumplen las condiciones mínimas ante el efecto de cargas verticales o servicio.
Todas las columnas fueron ensanchadas de su sección inicial de 30x30 cm2 a una sección final de 40x40 cm2, obteniéndose secciones más rígidas, además se adicionó 12 varillas de 1/2” a estas nuevas secciones, según se muestra en los planos de estructuras incluidos en este informe.
El confinamiento de los extremos de todos los elementos, vigas y columnas, es inadecuado según la buena práctica constructiva en regiones de alto riesgo sísmico como el Perú, motivo por el cual se asumió que las placas de concreto absorban el mayor porcentaje de la fuerza sísmica, y de esta forma liberar de alguna forma la responsabilidad de ductilidad de los elementos tipo marco (vigas y columnas).
Además de ensanchar las columnas se procedió a adicionar secciones de placas de dimensiones de 100x20 cm2 y 178x20 cm2 con la finalidad de rigidizar mas la estructura, y distribuir la fuerza sísmica a estos nuevos elementos.
De otro lado, debe reconocerse que hay algunos defectos de la estructura que no podrán corregirse, como es el insuficiente confinamiento en columnas. La importancia de estos defectos se paliaría en la medida en que se puedan reducir significativamente las acciones de sismo. Como por ejemplo la inserción de placas de concreto armado como es lo propuesto para este presente proyecto.
Mediante el presente reforzamiento se pretende que las estructuras estudiadas dada su importancia cumplan con la normativa vigente (Norma Sísmicas, Concreto Armado, Cargos y Albañilería) para un correcto compartimiento ante eventos externos, asegurando su operatividad luego de esto.
11 Referencias 1. American Concrete Institute (ACI).
Building Code Requirements for Reinforced
Concrete, ACI 318-99. 2. Computers and Structures Inc. Analysis Reference. Berkeley, 2005. 3. Reglamento Nacional de Construcciones.
Norma Técnica de Edificación E-020
“Cargas”. 4. Reglamento Nacional de Construcciones.
Norma Técnica de Edificación E-030
“Diseño Sismo Resistente”. 2003. 5. Reglamento Nacional de Construcciones.
Norma Técnica de Edificación E-050
“Suelos y Cimentaciones”. Lima. 6. Reglamento Nacional de Construcciones. “Concreto Armado”. Lima.
Norma Técnica de Edificación E-060
Gráfico Nº 1Vista tridimensional de estructura existente (Bloque 1).
Gráfico Nº 2Deformada bajo condición cargas de sismo en X (Bloque 1)
Gráfico Nº 3Deformada bajo condición cargas de sismo en X (Bloque 1)
Gráfico Nº 4Deformada de acuerdo al modo 1: (T1 = 0.3398 s.) Deformada de acuerdo al modo 2: (T2 = 0.2140 s.) (Bloque 1)
Gráfico Nº 5Diagrama de envolvente de Momentos Flectores (Izquierda). Diagrama de Envolvente de Fuerzas Cortantes (Derecha). (Bloque 1)
Gráfico Nº 6Vista tridimensional de estructura existente (Bloque 4).
Gráfico Nº 7Deformada bajo condición cargas de sismo en X (Bloque 4)
Gráfico Nº 8Deformada bajo condición cargas de sismo en Y (Bloque 1)
Gráfico Nº 9Deformada de acuerdo al modo 1: (T1 = 3106 s.) Deformada de acuerdo al modo 2: (T2 = 0.2098 s.) (Bloque 4)
Gráfico Nº 10Diagrama de envolvente de Momentos Flectores (Izquierda). Diagrama de Envolvente de Fuerzas Cortantes (Derecha). (Bloque 4)
Imagen Nº 1 Picado y verificación del acero de la viga.
Imagen Nº 2 Picado y verificación del acero longitudinal y los estribos de la columna.
Imagen Nº 3 Verificación del acero en muros de concreto armado.
Imagen Nº 4 Picado y verificación del acero longitudinal y los estribos de la columna.
Imagen Nº 5Picado y verificación del acero longitudinal y los estribos de la columna, se encontró la barra longitudinal corroída.
Imagen Nº 6 Verificación de la cimentación.
Imagen Nº 7 Verificación de profundidad de cimentación.
Imagen Nº 8 Vista del acero longitudinal corroído.
Imagen Nº 9 Perforación de diamantina a la columna.
Imagen Nº 10Perforación de diamantina a la viga.
