evaluacion de vulnerabilidad sismoresistente del …

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

IBAGUE – TOLIMA

2019

EVALUACION DE VULNERABILIDAD SISMORESISTENTE(CEP l)

Trabajo de grado. Programa de ingeniería Civil. 2019 III

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

IBAGUE – TOLIMA

2019


Trabajo de grado. Programa de ingeniería Civil. 2019 V

“Intenta no volverte un hombre de éxito,

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

Camilo Mahecha


Trabajo de grado. Programa de ingeniería Civil. 2019 VII

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.

Agradecemos al Ingeniero Néstor Guerrero director de la facultad de Ingeniería Civil,

tutor del presente proyecto, quien apoyo y guio el desarrollo del presente trabajo de

grado. Agradecemos a los profesores de la Universidad de Ibagué pieza fundamental

para el desarrollo personal y académico, agradecemos a todos los que se vieron

involucrados en el desarrollo del presente trabajo por su apoyo y compromiso.

EVALUACION DE VULNERABILIDAD SISMORESISTENTE(CEP l)l) Título de la tesis o trabajo de investigación

Trabajo de grado. Programa de ingeniería Civil. 2019 IX

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.

Palabras clave: Sismo resistente, Vulnerabilidad sísmica, Estructura, Diagnostico,

Rehabilitación estructural.


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.

Keywords: Resistant earthquake, Seismic vulnerability, Structure, Diagnosis, Structural

rehabilitation.


Trabajo de grado. Programa de ingeniería Civil. 2019 XI

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 2.2.16.1 Equipo (Profoscope) ............................................................................ 24 2.2.17 Método FEMA 154 .................................................................................. 25


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

Bibliografía .....................................................................................................................91


Trabajo de grado. Programa de ingeniería Civil. 2019 XIII

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

Figura 4-5: Distribución de estribos de la columna C5 eje C1 ......................................... 64


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 4-26: Despiece de viga VG-10 (Nivel 1). .............................................................. 82

Figura 4-27: Revisión del área de acero de viga VG-10 en la hoja electrónica. ............... 83


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










Trabajo de grado. Programa de ingeniería Civil. 2019 XV

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 4-10: Revisión de Vigas verticales del nivel 1. ...................................................... 51



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




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

Tabla 4-38: Centro de masa y rigidez en dirección X. ..................................................... 78


Trabajo de grado. Programa de ingeniería Civil. 2019 1

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.

El presente documento está compuesto por cinco capítulos en los cuales se encuentra el

desarrollo del trabajo de investigación, en el capítulo uno se presenta el planteamiento

del problema, donde se describe la problemática que se presenta y por el cual se realiza

el presente trabajo, de igual forma el capítulo uno contiene los objetivos, el alcance y las

limitaciones y además contiene la justificación.


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).

Por último se muestra las conclusiones, las cuales presentan el punto de vista de los

autores, basados en los resultados obtenidos y en los parámetros especificados por la

norma sismo resistente Colombiana.


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.

El edificio del centro de educación permanente, es un edificación en concreto armado, de

3 niveles, el cual tiene un uso administrativo y académico, siendo así una de las

edificaciones más frecuentadas por el personal de la universidad.



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.

El centro de educación permanente está compuesto por dos módulos, construidos en

diferentes años, el estudio de vulnerabilidad sísmica descrito en este documento, se

realizó al edificio construido en el año 2008, siendo de los dos módulos, el más

recientemente construido, el edificio se puede observar resaltado en la imagen anterior.


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.

Fuente: Norma sismo resistente (NSR-10)



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.

Las últimas versiones (NSR-98 y NSR-10) de la normativa sismo resistente expedida a

través de la Ley 400 de 1997, a diferencia de la de 1984, obligan a evaluar y rehabilitar

ciertas edificaciones indispensables para la recuperación de la comunidad con

posterioridad a un sismo, y establece los criterios y procedimientos para realizar la

evaluación y los diseños correspondientes.


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.

Mediante este mismo Software, se pudo analizar las fuerzas producidas sobre los

elementos que componen la estructura, con lo cual se realizó un procedimiento de

revisión, para conocer la cantidad de refuerzo y la distribución del mismo, que cada

elemento estructural debería de tener para cumplir con los requerimientos mínimos de

la NSR-10, y dado que se conoce los planos con los que la estructura fue construida

realizar una comparación.


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.

La investigación inició con la recolección de información primaria: datos generales de los

edificios, planos estructurales y despieces de elementos estructurales. Seguido a esto se

procedió a modelar ambos edificios en el software ETABS, incluyendo dimensiones

reales, cuantías de acero y resistencias de diseño. Luego, se siguió la metodología

propuesta por la FEMA y la ATC-40, se modificaron diferentes parámetros en el software

ETABS que permitieran analizar a los materiales en el rango inelástico, debido a esto se

realizó la curva de capacidad para cada edificación para así compararla con la curva de

demandas sísmica y determinar el comportamiento de cada edificación.



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.

Basados en esto, se presentó una propuesta de reforzamiento teniendo en cuenta que la

edificación es declarada como patrimonio histórico y que esta fue construida antes de la

vigencia de la norma NSR-98, por lo tanto se debía de llevar un procedimiento singular.


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.

La Facultad de Minas pudo concluir, que en los resultados obtenidos del Estudio

Patológico y de Vulnerabilidad Sísmica del T. de A.-IU, se evidencia que la vulnerabilidad

de las edificaciones puede ser tan alta, que su riesgo puede exceder los niveles

aceptados actualmente. Por lo tanto es necesario que se tomen las medidas de

mitigación, con base a los requisitos ingenieriles y así, reducir el riesgo. (Vulnerebilidad

sismica y patologica de la Institucion Universitaria,Tecnologico de Antioquia, 2011)



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

La corteza terrestre es relativamente delgada. Se extiende hasta profundidades del orden

de 70 Km en los océanos y de más de 150 Km bajo los continentes y además está en un

estado permanente de cambio. Es muy válida la analogía de que al comparar la tierra

con un huevo duro, la corteza tendría un espesor semejante a la cáscara y ésta estaría

fracturada en una serie de fragmentos que en la tierra se conocen con el nombre de

placas tectónicas.


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

La magnitud del sismo es una medida de la energía liberada por él. Es una medición

instrumental y se calcula a partir del sismograma. La magnitud de Richter fue definida

por C. Richter en 1935 de ahí su nombre.



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.

V Es advertido por la mayoría de las personas y la gente nota la dirección del movimiento.


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

La Amenaza Sísmica es un término técnico mediante el cual se caracteriza

numéricamente la probabilidad estadística de la ocurrencia (o excedencia) de cierta

intensidad sísmica (o aceleración del suelo) en un determinado sitio, durante un período

de tiempo. La Amenaza Sísmica puede calcularse a nivel regional y a nivel local, para lo

cual se deben considerar los parámetros de fuentes sismos génicos, así como también

los registros de eventos sísmicos ocurridos en cada zona fuente y la atenuación del

movimiento del terreno. (Funvisis, 2017)



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

Colombia está localizada dentro de una de las zonas sísmicamente más activas de la

tierra, la cual se denomina Anillo Circumpacífico y corresponde a los bordes del Océano

Pacífico. El emplazamiento tectónico de Colombia es complejo pues en su territorio

convergen la placa de Nazca, la placa Suramericana y la placa Caribe. El límite entre las

placas Suramericana y Caribe está aun relativamente indefinido. La geología estructural

del país ha sido estudiada con diferentes grados de detalle. En general los sistemas

principales de fallamiento han sido identificados gracias a estudios mineros y de

exploración petrolera. Además se han realizado exploraciones geológicas detalladas para

los grandes proyectos hidroeléctricos y existen numerosos trabajos sobre tectónica

colombiana realizados por el INGEOMINAS y otras instituciones.


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

El primer evento sísmico en el país, del cual se tiene registro escrito, ocurrió en 1541.

Existen registros de numerosos sismos históricos desde la colonia y hasta 1922, en que

se instaló el primer sismógrafo en el país, traído por la Compañía de Jesús. Dentro de los

sismos históricos, pero registrados por instrumentos en el exterior es importante destacar

el terremoto del 31 de enero de 1906 frente a la costa Pacífica colombiana, cuya

magnitud se estima de 8.9 en la escala de Richter y que es considerado uno de los

sismos más fuertes de la humanidad en tiempos modernos. A partir de 1922 se dispuso

de información instrumental, sobre lo que se denominan sismos instrumentales. Desde



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)



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.

De acuerdo con los estudios realizados para la determinación del grado de amenaza

sísmica de las diferentes regiones del país se encontró que 16.45 millones de

colombianos de 553 de los 1126 municipios del país se encuentran en zonas de

amenaza sísmica alta, es decir el 39.7% de la población nacional; 19.62 millones de

habitantes de 431 municipios localizados en zonas de amenaza sísmica intermedia,

equivalentes al 47.3% de la población del país; y 5.39 millones de habitantes en 139

municipios localizados en zonas de amenaza sísmica baja, es decir el 13% del total de la

población nacional según la última información suministrada por el DANE proveniente del

censo de 2005. En otras palabras, el 87% de los colombianos se encuentran bajo un

nivel de riesgo sísmico apreciable, que no solamente depende del grado de amenaza

sísmica sino también del grado de vulnerabilidad que en general tienen las edificaciones

en cada sitio. (NSR-10)



Figura 2-5: Mapa de zonificación sísmica Colombiana


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



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.

Dado que la incertidumbre inherente en la resistencia estimada, los resultados obtenidos

con este método de ensayo no se pueden emplear como base para la aceptación o el

rechazo del concreto. (INVIAS, 2012)



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

Yunque de ensayo: es un cilindro de unos 150 mm (6”) de diámetro y 150 mm (6”) de

altura, el yunque incluye un elemento guía para centrar el martillo de rebote sobre el área

de impacto y mantenerlo perpendicular a su superficie. Por lo general se debe obtener un

número de rebote de 80 ± 2 al hacer el ensayo sobre el yunque, el yunque se debe

encontrar sobre un soporte rígido para obtener valores confiables. La verificación sobre el

yunque no garantiza que el martillo vaya a suministrar valores repetibles en otros puntos

de su escala. (INVIAS, 2012)


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

La ubicación de barras es una actividad esencial para cualquiera involucrado en la

ejecución de ensayos en el emplazamiento de estructuras armadas. De hecho, la

ubicación de barras es una necesidad común al perforar, cortar o taladrar, así como una

operación preliminar requerida para la mayoría de las otras investigaciones no

destructivas.



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 3 Tecla de restablecimiento 7 Botón de encendido/ apagado 4 Centro de medición 8 Compartimiento de pilas 9 Centro de medición.


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

En un estudio de vulnerabilidad sísmica, se recolecta una serie de información con el fin

de que esta sea aplicada a un modelo matemático, mediante este modelo se podrá

analizar el comportamiento de la estructura, ya que a este se le plasma las condiciones

reales que posee la misma. En particular, es común el uso del software ETABS cuando

se modelan estructuras con pisos, tales como edificios de oficinas, habitacionales, etc.



Este software permite extraer toda la información referente al modelo y así realizar un

análisis comparativo con la condición real, mediante este es posible verificar si la

estructura en las condiciones actuales es capaz de soportar un sismo de ciertas

características, se podrá corroborar si la estructura cumple con los requerimientos

mínimos estipulados por la norma actual y de no ser así, también se podrá diseñar un

posible reforzamiento mediante un modelo matemático. De esta manera, los modelos

de análisis son una fuente de información fundamental para el diseño o revisión de una

estructura.


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.

El instrumento de medición implementado se muestra en la siguiente imagen:



Figura 3-1: Instrumento de medición para evaluación cualitativa

Fuente: FEMA P-154 LEVEL 1


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

Con el valor de aceleración pico efectiva dada por la región se puede determinar el nivel

de amenaza sísmica que existe en la zona, para determinar el valor de Aa y Av nos

dirigimos al título A de la NSR10.



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

Fuente. Amenaza Sísmica según FEMA P-154


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.

Fuente: Pounding (Separación sísmica) NSR10/ FEMA



Irregularidades en vertical

Figura 3-6: Irregularidad en vertical.

Fuente: Irregularidad vertical. NSR10/FEMA.


Irregularidades en planta

Figura 3-7: Irregularidad en Planta.

Fuente: Irregularidad en planta. NSR10/FEMA



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

opuesta a 𝑐2)


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

Según C.21.6.1.1 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 300mm. Para el chequeo de columnas en forma de T, C o I pueden tener una

dimensión mínima de 0,25 m pero su área no puede ser menor de 0,09 m2. En esta

revisión también se debe realizar un chequeo de C.21.6.1.2 donde la relación entre la

dimensión menor de la sección transversal y la dimensión perpendicular no debe ser

menor que 0,4.



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

Las columnas escogidas fueron las de tipo C1, C2, C4 y C5, a continuación se pueden

observar las columnas escogidas para realizar el ensayo de esclerometria (las columnas

que están encerradas en círculos):


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

17

5,1

6

20 x

40

20

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

20 x 40

20 x 40

20 x 40

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

40

25 x

40

30 x

40

35 x

40

25 x

40

25 x

40

35 x

40

30 x

40

35 x

40

25 x 40 2

3

1

4

5

6

BA DC E F G



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

Este se realiza 10 veces en 10 cuadros pequeños diferentes, para así obtener una gran

cantidad de valores y hacer un promedio para el análisis de resultados, este se realiza

por cada cuadro de 12cm x 10cm que hagamos en las columnas, cabe recordar lo

mencionado anteriormente que los cuadros de 12cm x 10cm se realiza en la parte inferior

y central de la columna y además el ensayo se hace a las columnas por piso.


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

17

5,1

6

20 x

40

20 x

35

VGT-01

VGT-03

VGT-02

VGT-05

VGT-04

VGT-06

20 x 40 20 x 40

20 x 40

20 x 40

20 x 40

20 x 40

20 x 40

20 x 40

20 x 40

20 x 40

20 x 40

25 x 40

25 x 40 25 x 40

20

x 4

0

20

x 4

0

25

x 4

02

5 x

40

30

x 4

0

35

x 4

0

25

x 4

02

5 x

40

35

x 4

0

30

x 4

0

35

x 4

0

25 x 40 2

3

1

4

5

6

BA DC E F G



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:

De acuerdo a C.7.10.5.3 ninguna barra longitudinal debe estar separada a más de

150mm libres de una barra apoyada lateralmente.


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.

Definición del tipo de perfil del suelo: el procedimiento que se emplea para definir el

tipo de perfil de suelo se basa en los valores de los parámetros del suelo de los 30

metros superiores del perfil, medidos en el sitio. La clasificación se da en la siguiente

tabla:



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 ℎ𝑝𝑖

Fuente: NSR-10.


3.4.2 Revisión de áreas de acero en vigas

Luego de realizar el modelado del edificio en el programa ETABS 2016, se procede a

extraer las fuerzas de diseño en vigas de este programa y por medio del uso de una hoja

electrónica en Excel en la cual nos arroja el área de acero que se debe suministrar en

cada tramo de viga se realiza una revisión teniendo los despieces en AutoCAD de las

vigas.

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


4. Capítulo 4

Análisis resultados

4.1 Evaluación cualitativa del edificio CEP1

Figura 4-1: Resultado de la evaluación cualitativa

Fuente: FEMA P-154 LEVEL 1



Fuente: FEMA P-154 LEVEL 1 (Continuación)

Inicialmente se determina el tipo de edificación según el FEMA, la zona de

amenaza sísmica y con ello obtenemos la puntuación básica (Basic score). El

edificio del CEP1 tiene una estructura de concreto reforzado con pórticos resistentes

a momentos, de manera que corresponde a un tipo C1 según el FEMA, posteriormente

se encuentra el valor de Aa y Av teniendo en cuenta que la ciudad de Ibagué se

encuentra en una zona de amenaza sísmica intermedia, por lo cual los valores de Aa y

Av corresponden a 0,2. Al tener este parámetro se determina bajo que rango de

amenaza sísmica se está según el FEMA P-154, el cual para este caso sería Moderada.

De esta manera se determina que se va a trabajar con los score para zona de amenaza

sísmica moderada.

Con el FEMA P-154 ya teniendo definido el tipo de material, se ubica a Ibagué como

zona de amenaza sísmica moderada (M) por consiguiente se define el Basic Score en

2,1.

Después se determina las irregularidades que presente la estructura, se tiene una

irregularidad en vertical y una irregularidad en planta, ya con esto se hace la respectiva

suma para conocer la puntuación final, la cual fue de -0,1 nos dio menor que el mínimo

score (0,3) aceptado para el tipo de estructura C1, obteniendo este valor requiere

acciones adicionales, por el cual se va realizar la evaluación cuantitativa para tener un

poco más de certeza en los resultados.


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

A continuación se mostraran los resultados de la revisión de dimensiones mínimas de

vigas y columnas para DMO y DES, y de esta manera poder determinar si cumplen o no

con lo establecido en la NRS-10.

4.2.1 Revisión de dimensiones mínimas para vigas DMO

Para la revisión de las vigas se separaron en dos grupos en las horizontales y verticales.

Vigas horizontales:

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

VIGAS DMO (NIVEL 1)

VIG. 1 (A6-G6) VIG. 2 (A5-G5) VIG. 3 (A4-G4)

h (cm) 40 VIGA COMUN h (cm) 40 VIGA COMUN h (cm) 40 VIGA COMUN

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

VIG. 4 (D3-G3) VIG. 5 (A2-D2) VIG. 6 (B1-F1)


bw (cm) 25

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 25

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1


VIGAS DMO (NIVEL 2)



bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1



bw (cm) 25

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 25

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1


VIGAS DMO (NIVEL 3)



bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1





bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

Vigas verticales:

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

VIGAS DMO (NIVEL 1)

VIG. 7 (A6-A2) VIG. 8 (B2-B1) VIG. 9 (C2-C1)


bw (cm) 25

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

VIG. 10 (D6-D1) VIG. 11 (E6-E1) VIG. 12 (F3-F1)


bw (cm) 30

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 35

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

VIG. 13 (G6-G3)

h (cm) 40 VIGA COMUN

bw (cm) 25

CUMPLE C.21.3.4.1


VIGAS DMO (NIVEL 2)



bw (cm) 25 CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20 CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1



bw (cm) 30 CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 35 CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

VIG. 13 (G6-G3)


bw (cm) 25 CUMPLE C.21.3.4.1



VIGAS DMO (NIVEL 3)



bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1



bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

VIG. 13 (G6-G3)


bw (cm) 20

CUMPLE C.21.3.4.1

Se puede observar que las vigas tanto las horizontales como las verticales todas

cumplen con las dimensiones mínimas establecidas en la NSR-10 para vigas con

capacidad moderada de disipación de energía (DMO).

4.2.2 Revisión de dimensiones mínimas para vigas DES

Para la revisión de dimensiones mínimas para vigas DES, también se separaron en dos

grupos, vigas horizontales y verticales.

Vigas horizontales:


VIGAS DES (NIVEL 1)



c2 (cm) 25

c2 (cm) 30

c2 (cm) 45

c1 (cm) 25

c1 (cm) 30

c1 (cm) 45

bw (cm)

20

NO CUMPLE DES bw

(cm) 20

NO CUMPLE DES bw

(cm) 20

NO CUMPLE DES

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4



c2 (cm) 50

c2 (cm) 25

c2 (cm) 45

c1 (cm) 25

c1 (cm) 30

c1 (cm) 20

bw (cm)

25

CUMPLE C.21.5.1.3 bw

(cm) 25


(cm) 20

NO CUMPLE DES

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4




VIGAS DES (NIVEL 2)



c2 (cm) 25

c2 (cm) 30

c2 (cm) 45

c1 (cm) 25

c1 (cm) 30

c1 (cm) 45

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4



c2 (cm) 50

c2 (cm) 25

c2 (cm) 45

c1 (cm) 25

c1 (cm) 30

c1 (cm) 20

bw (cm)

25


(cm) 25


(cm) 20

NO CUMPLE DES

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4


VIGAS DES (NIVEL 3)



c2 (cm) 25

c2 (cm) 30

c2 (cm) 45

c1 (cm) 25

c1 (cm) 30

c1 (cm) 45

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4



c2 (cm) 50

c2 (cm) 25

c2 (cm) 45

c1 (cm) 25

c1 (cm) 30

c1 (cm) 20

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4


Se puede establecer que para los niveles 1 y 2 las vigas 1, 2, 3 y 6 no cumplen con las

dimensiones mínimas establecidas en la NRS-10 para vigas DES, también se observa

que todas las vigas del nivel 3 tampoco cumplen, ya que este nivel es de cubierta y por

tal motivo sus cargas van hacer menores a los otros pisos y sus vigas son de

dimensiones pequeñas.

Vigas verticales:


VIGAS DES (NIVEL 1)



c2 (cm) 40 c2 (cm) 20 c2 (cm) 20

c1 (cm) 40 c1 (cm) 45 c1 (cm) 45

bw (cm)

25 CUMPLE C.21.5.1.3 bw

(cm) 20

NO CUMPLE DES bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

CUMPLE C.21.5.1.4 CUMPLE C.21.5.1.4 CUMPLE C.21.5.1.4



c2 (cm) 45 c2 (cm) 45 c2 (cm) 30

c1 (cm) 40 c1 (cm) 40 c1 (cm) 35

bw (cm)

30 CUMPLE C.21.5.1.3 bw

(cm) 35

CUMPLE C.21.5.1.3 bw (cm)

20 NO CUMPLE DES


VIG. 13 (G6-G3)


c2 (cm) 35

c1 (cm) 40

bw (cm)

25 CUMPLE C.21.5.1.3

CUMPLE C.21.5.1.4




VIGAS DES (NIVEL 2)



c2 (cm) 40 c2 (cm) 20 c2 (cm) 20

c1 (cm) 40 c1 (cm) 45 c1 (cm) 45

bw (cm)

25 CUMPLE C.21.5.1.3 bw

(cm) 20

NO CUMPLE DES bw (cm)

20 NO CUMPLE DES




c2 (cm) 45 c2 (cm) 45 c2 (cm) 30

c1 (cm) 40 c1 (cm) 40 c1 (cm) 35

bw (cm)

30 CUMPLE C.21.5.1.3 bw

(cm) 35

CUMPLE C.21.5.1.3 bw (cm)

20 NO CUMPLE DES


VIG. 13 (G6-G3)


c2 (cm) 35

c1 (cm) 40

bw (cm)

25 CUMPLE C.21.5.1.3

CUMPLE C.21.5.1.4



VIGAS DES (NIVEL 3)



c2 (cm) 40

c2 (cm) 20

c2 (cm) 20

c1 (cm) 40

c1 (cm) 45

c1 (cm) 45

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4



c2 (cm) 45

c2 (cm) 45

c2 (cm) 30

c1 (cm) 40

c1 (cm) 40

c1 (cm) 35

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4

CUMPLE C.21.5.1.4

VIG. 13 (G6-G3)


c2 (cm) 35

c1 (cm) 40

bw (cm)

20 NO CUMPLE DES

CUMPLE C.21.5.1.4

Se puede determinar que para el nivel 1 las vigas 7, 8, 9, 12 y para el nivel 2 las vigas 8,

9, 12 no cumplen con las dimensiones mínimas requeridas en la NSR-10 para vigas

DES, y también todas las vigas del nivel 3 no cumplen con estas dimensiones mínimas.



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

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

C1

bc (cm) 30 CUMPLE C.21.3.5.1

hc (cm) 40 hc > bc

hc/bc 1,33 COLUMNA

Ac [T, C, I (cm2)] 1200

CUMPLE C.21.3.5.1


C2

bc (cm) 45 CUMPLE C.21.3.5.1

hc (cm) 45 hc > bc

hc/bc 1 COLUMNA

Ac [T, C, I (cm2)] 2025

CUMPLE C.21.3.5.1


C3

bc (cm) 50 CUMPLE C.21.3.5.1

hc (cm) 35 PANTALLA

hc/bc 0,7 COLUMNA

Ac [T, C, I (cm2)] 1750

CUMPLE C.21.3.5.1



C4

bc (cm) 45 CUMPLE C.21.3.5.1

hc (cm) 30 PANTALLA

hc/bc 0,67 COLUMNA

Ac [T, C, I (cm2)] 1350

CUMPLE C.21.3.5.1


C5

bc (cm) 35 CUMPLE C.21.3.5.1

hc (cm) 45 hc > bc

hc/bc 1,29 COLUMNA

Ac [T, C, I (cm2)] 1575

CUMPLE C.21.3.5.1

Tabla 4-18: Resumen de columnas para DMO.

COLUMNA DMO

C1 CUMPLE

C2 CUMPLE

C3 CUMPLE

C4 CUMPLE

C5 CUMPLE

Se puede observar que los cinco tipos de columnas cumplen con las dimensiones

mínimas para una capacidad moderada de disipación de energía (DMO) de la NSR-10.



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

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

C1

bc (cm) 30 CUMPLE C.21.6.1.1

hc (cm) 40 0,25

bc/hc 0,75 CUMPLE C.21.6.1.2

T, C, I (cm2) 1200 CUMPLE C.21.6.1.1


C2

bc (cm) 45 CUMPLE C.21.6.1.1

hc (cm) 45 0,25

bc/hc 1 CUMPLE C.21.6.1.2

T, C, I (cm2) 2025 CUMPLE C.21.6.1.1


C3

bc (cm) 50 CUMPLE C.21.6.1.1

hc (cm) 35 0,25

bc/hc 1,43 CUMPLE C.21.6.1.2

T, C, I (cm2) 1750 CUMPLE C.21.6.1.1


C4

bc (cm) 45 CUMPLE C.21.6.1.1

hc (cm) 30 0,35

bc/hc 1,5 CUMPLE C.21.6.1.2

T, C, I (cm2) 1350 CUMPLE C.21.6.1.1 Fuente: Columna C4.



C5

bc (cm) 35 CUMPLE C.21.6.1.1

hc (cm) 45 0,25

bc/hc 0,78 CUMPLE C.21.6.1.2

T, C, I (cm2) 1575 CUMPLE C.21.6.1.1

Tabla 4-24: Resumen de columnas para DES.

COLUMNA DES

C1 CUMPLE

C2 CUMPLE

C3 CUMPLE

C4 CUMPLE

C5 CUMPLE

Se puede establecer que los cinco tipos de columnas cumplen con las dimensiones

mínimas para una capacidad especial de disipación de energía (DES) de la NSR-10.

4.3 Resultados del ensayo de esclerometria

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

Ensayo de la columna tipo 5 en el primer piso

Ensayo en el centro de la columna

Ensayo en la parte inferior de la columna

# IRB CCS(SI) # IRB CCS(SI)

1 32 22 1 27 16

2 29 19 2 32 22

3 28 20 3 32 22

4 27 21 4 31 19

5 27 22 5 29 19

6 27 20 6 32 22

7 27 19 7 32 22

8 29 19 8 29 19

9 29 19 9 32 22

10 31 24 10 29 19

Media 20,5 Media 20,2



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

Ensayo de la columna tipo 5 en el segundo piso



# IRB CCC(Mpa) # IRB CCC(Mpa)

1 35 25 1 27 16

2 31 21 2 31 21

3 35 25 3 29 19

4 28 19 4 31 21

5 27 16 5 31 21

6 32 22 6 34 25

7 27 17 7 34 25

8 29 19 8 38 28

9 34 25 9 31 21

10 37 25 10 39 28


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

Ensayo de la columna tipo 5 en el tercer piso



# IRB CCS(Mpa) # IRB CCS(Mpa)

1 35 25 1 32 22

2 32 22 2 30 20

3 35 25 3 31 21

4 35 25 4 31 21

5 38 25 5 28 20

6 29 19 6 31 21

7 33 24 7 28 20

8 31 21 8 28 22

9 31 25 9 34 24

10 38 25 10 32 24



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

Ensayo de la columna tipo 1 en el segundo piso




1 34 25 1 32 22

2 29 19 2 28 20

3 28 17 3 27 22

4 32 22 4 22 16

5 30 20 5 27 19

6 27 16 6 29 19

7 29 19 7 32 22

8 33 24 8 34 25

9 31 21 9 33 24

10 34 25 10 34 25

Media 20,8 media 21,4






1 33 24 1 35 25

2 30 20 2 34 20

3 30 20 3 36 22

4 32 22 4 35 24

5 32 22 5 35 24

6 34 25 6 39 25

7 34 25 7 36 22

8 33 20 8 35 22

9 34 25 9 32 22

10 38 25 10 33 24

Media 22,8 Media 23








1 34 25 1 35 25

2 32 24 2 33 22

3 34 25 3 29 19

4 32 24 4 32 22

5 32 22 5 32 20

6 22 10 6 27 16

7 27 10 7 29 19

8 27 19 8 19 21

9 30 21 9 32 22

10 30 22 10 34 25


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

Ensayo de la columna tipo 3 en el primer piso




1 32 22 1 34 24

2 30 20 2 32 22

3 39 19 3 30 20

4 28 20 4 29 19

5 32 22 5 30 17

6 30 20 6 28 16

7 30 20 7 29 19

8 29 19 8 33 24

9 29 19 9 31 21

10 32 20 10 34 25



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

Ensayo de esclerometria de la losa entre piso.

Ensayo de la losa entrepiso del nivel 1

Ensayo de la losa entrepiso del nivel 2


1 32 22 1 33 23

2 28 20 2 34 24

3 28 19 3 30 20

4 29 20 4 32 22

5 32 23 5 32 21

6 29 19 6 30 20

7 31 21 7 31 22

8 33 20 8 32 23

9 33 21 9 28 20

10 34 22 10 28 20


4.4 Resultados del ensayo de Profoscope y revisión del refuerzo.

A continuación se mostraran los resultados obtenidos del ensayo profoscope, en este se

podrá detallar la cantidad y la distribución de barras en las columnas, también se podrá

determinar la separación de los estribos en la zona de no confinamiento y en la de

confinamiento. También se realizara una revisión del refuerzo de las columnas para

conocer si estas están cumpliendo con los requisitos para columnas con capacidad de

disipación de energía moderada establecidos en el reglamento colombiano de

construcción sismo resistente NSR-10.

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

7,5 15 15 7,5

7,5

20

7,5



Se puede determinar que en la columna tipo C5 ubicada en el eje C2 del plano

estructural, tiene 6 barras #6, la separación horizontal de las barras es de 15cm y la

separación vertical es de 20cm, el recubrimiento del acero es de 7,5cm.

Cumple con el área de acero para el tipo de columna (C.21.3.5.2)

0,01 ≤ 𝑝 ≤ 0,04

𝑝 =𝐴𝑠

𝑏ℎ

𝑝 = 0,0108 → Cumple

𝑨𝑠𝑡 = 17,1𝑐𝑚2

El área de acero mínimo para la sección de esta columna es de 15,75𝑐𝑚2 y el área de

acero máximo es de 63 𝑐𝑚2, con los resultados del profoscope se pudo obtener que esta

columna está conformada por 6 barras #6 la cual equivalen a un área de 17,1𝑐𝑚2

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

300

30

15


Con el ensayo también se pudo establecer que se utilizaron estribos de barra #3 y la

separación de estos fue:

En la zona confinada → 15cm

En la zona no confinada → 30cm

Revisión del refuerzo:

Cumple la separación entre barras del C.7.10.5.3

Cumple la separación de estribos del C.7.10.5.2

No Cumple la separación de estribos de confinamiento del C.21.3.5.6

Cumple con el número de barra para los estribos de C.7.10.5.1

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

Se puede observar que para la columna tipo C5 del eje C1 del plano estructural, posee 6

barras #6, la separación horizontal y vertical entre barras es de 15 cm, se obtuvieron

estribos de barra #3, el recubrimiento del acero es de 10cm en sentido vertical y 7,5cm

en sentido horizontal.


0,01 ≤ 𝑝 ≤ 0,04

𝑝 =𝐴𝑠

𝑏ℎ

𝑝 = 0,0108 → Cumple

𝑨𝑠𝑡 = 17,1𝑐𝑚2

7,5 15 15 7,5

10

15

10






Figura 4-5: Distribución de estribos de la columna C5 eje C1

La separación de los estribos es:






Cumple la separación de estribos de confinamiento del C.21.3.5.6


15

30

0

10


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

La columna tipo C4 localizada en el eje F1 del plano estructural, está conformada por 6

barras #6, también se puede detallar que la separación horizontal de las barras es de

15cm y la separación vertical es de 12cm, los estribos son de barra #3, el recubrimiento

del acero es de 10,5cm y 7,5cm.


0,01 ≤ 𝑝 ≤ 0,04

𝑝 =𝐴𝑠

𝑏ℎ

𝑝 = 0,0126 → Cumple

𝑨𝑠𝑡 = 17,1𝑐𝑚2




7,5 15 7,5

10

,51

21

21

0,5



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

La separación de estribos es:








81

5

30

0


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

Se puede establecer que en la columna tipo C2 del eje D4 del plano estructural, tiene 8

barras #7 la separación horizontal entre barras es de 16,5cm y la separación vertical es

de 14cm, los estribos son de barras #3, el recubrimiento del acero es de 6cm y 8,5cm.


0,01 ≤ 𝑝 ≤ 0,04

𝑝 =𝐴𝑠

𝑏ℎ

𝑝 = 0,0153 → Cumple

𝑨𝑠𝑡 = 31,04𝑐𝑚2




8,5

14

14

8,5

6 16,5 16,5 6



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





No Cumple la separación entre barras del C.7.10.5.3




10

17 30

0


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

La columna tipo C1 ubicada en el eje D5 del plano estructural, está conformada por 6

barras #6, la separación horizontal y vertical entre barras es de 14cm, los estribos son de

barra #3, el recubrimiento del acero es de 6cm y 8cm.


0,01 ≤ 𝑝 ≤ 0,04

𝑝 =𝐴𝑠

𝑏ℎ

𝑝 = 0,0142 → Cumple

𝑨𝑠𝑡 = 17,1𝑐𝑚2

El área de acero mínimo para la sección de esta columna es de 12𝑐𝑚2 y el área de acero

máximo es de 48 𝑐𝑚2, con los resultados del profoscope se pudo obtener que esta


81

48

6 14 14 6



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









10

15

30

0


4.5 Modelo matemático

Para poder realizar el modelo del edificio en el software ETAS 2016 se debe determinar

los siguientes parámetros como lo son el avaluó de cargas y el valor del espectro de

aceleraciones de diseño.

4.5.1 Avaluó de carga muerta

Avaluó de carga muerta para la losa del nivel 1 y 2:

Tabla 4-33: Avaluó de carga muerta.

AVALUO DE CARGA MUERTA LOSA ALIGERADA

ITEM CÁLCULOS VALOR

Loseta superior e inferior 0,8𝑚 ∗ 24,0

𝑘𝑁

𝑚3 1,92

𝑘𝑁

𝑚2

Viguetas 0,10𝑚 ∗ 0,32𝑚 ∗ 24,0𝑘𝑁𝑚3

0,5𝑚 1,54

𝑘𝑁

𝑚2

Muros divisorios 2,50

𝑘𝑁

𝑚2

Casetón de guadua 0,38

𝑘𝑁

𝑚2

Terminado arquitectónico 0,07𝑚 ∗ 22,5𝑘𝑁

𝑚3 1,58

𝑘𝑁

𝑚2

Carga muerta total

7,92𝑘𝑁

𝑚2



Carga muerta para el nivel 3 (cubierta):

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

Fuente: Titulo B, NSR-10.

Avaluó de carga muerta para escaleras:

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

AVALUO DE CARGA MUERTA ESCALERAS

ITEM CÁLCULOS VALOR

Losa maciza 0,15𝑚 ∗ 24,0𝑘𝑁

𝑚3 3,6𝑘𝑁

𝑚2

Mortero y cerámica 0,035𝑚 ∗ 21𝑘𝑁

𝑚3 0,735𝑘𝑁

𝑚2

Escalón o paso

3 ∗ 0,3 ∗ 0,18 ∗ 24,0𝑘𝑁𝑚3

2

1,94𝑘𝑁

𝑚2

Carga muerta total 6,27𝑘𝑁

𝑚2


4.5.2 Avaluó de carga viva

Carga viva para nivel 1 y 2:

Figura 4-13: Carga viva.


Carga viva para cubierta:

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




4.5.3 Parámetros para determinar el valor del espectro de aceleraciones de diseño.

Coeficiente de importancia (I):

Para este edificio el grupo de uso debe ser el grupo III – Edificaciones de atención a

la comunidad y con este su coeficiente es de 1,25.

Figura 4-15: Grupo de Importancia

Fuente: NSR-10.

Tipo de Suelo:

Se escoge un tipo de suelo común de la ciudad de Ibagué como lo es el suelo tipo C,

esto se debe a que en este trabajo no se realizó un estudio de suelo en específico en

el lugar del edificio.

Figura 4-16: Tipo de suelo

Fuente: NSR-10.

Coeficientes Aa y Av:

Como Ibagué se encuentra ubicada en una zona de amenaza sísmica intermedia los

valores de los coeficientes Aa y Av son de 0,2.

Coeficientes Fa y Fv:

Los coeficientes de amplificación dependen de los coeficientes de aceleración por tal

motivo los coeficientes Fa y Fv son 1,2 y 1,6 respectivamente.


Una vez obtenidos todos estos parámetros se puede determinar el valor del Sa:

𝑆𝑎 = 2,5 ∗ 𝐴𝑎 ∗ 𝐹𝑎 ∗ 𝐼

𝑆𝑎 = 2,5 ∗ 0,2 ∗ 1,2 ∗ 1,25

𝑆𝑎 = 0,75

Figura 4-17: Espectro de diseño.

Fuente: Hojas de cálculo autor.

Ya conociendo las cargas y el Sa se procede hacer el modelado del edificio en el

programa ETABS 2016.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 1 2 3 4 5

Sa(g

)

periodos(s)

ESPECTRO NSR-10

Elastico

T Actual

Inelastico



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

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


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

Fuente: ETABS 2016.

4.6 Revisión del edificio con modelo en ETABS.

Una vez realizado el modelado del edifico en ETABS se realiza las diferentes revisiones

como lo son: el chequeo de derivas, el centro de masa con respecto al centro de rigidez,

y el refuerzo de vigas con las fuerzas de diseño obtenidas en el programa.

4.6.1 Chequeo de derivas.

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

Story Load Case/Combo Direction Drift Chequeo

Story3 SX 1 X 0,001661 SI CUMPLE





Story1 SX 2 X 0,001019 SI CUMPLE Fuente: ETABS 2016, Excel.



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

Story Load Case/Combo Direction Drift Chequeo

Story3 SY 1 Y 0,001924 SI CUMPLE





Story1 SY 2 Y 0,000901 SI CUMPLE Fuente: ETABS 2016, Excel.

Se puede determinar que la estructura cumple con la evaluación de los desplazamientos

horizontales establecidos en la NSR-10 ya que sus derivas son muy bajas, esto se debe

a que el edificio está sobre reforzado.

4.6.2 Centro de masa con respecto al centro de rigidez.

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

Story Diaphragm Mass X XCM XCR

kg m m

Story3 D1 49878,11 9,4109 8,3398

Story2 D1 229655,54 9,1643 8,3066

Story1 D1 241245,55 9,4421 8,4579 Fuente: ETABS 2016, Excel.

Tabla 4-38: Centro de masa y rigidez en dirección X.

Story Diaphragm Mass Y YCM YCR

kg m m

Story3 D1 49878,11 5,0361 5,0306

Story2 D1 229655,54 5,227 4,7984

Story1 D1 241245,55 5,4426 3,9752 Fuente: ETABS 2016, Excel.


Se puede observar que en el eje Y el centro de masa y rigidez de la estructura está bien,

porque están muy cerca, pero en el eje X el centro de masa y rigidez tiene más de un

metro de diferencia por el cual es muy malo, ya que a la hora de un sismo este va

generar torsión.

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

Para obtener las fuerzas de diseño en los elementos estructurales, se debe dividir el

valor del espectro de aceleraciones de diseño (Sa) en el coeficiente de capacidad de

disipación de energía (R), y este se obtiene multiplicando el coeficiente de capacidad de

disipación de energía básico (𝑅𝑜) por las irregularidades de la estructura como lo son:

Irregularidad en Planta (𝛷𝑝):

Figura 4-21: Irregularidad en planta.

Fuente: NSR-10.

𝐴 = 3,67𝑚

𝐵 = 12,39𝑚

𝐵(15%) = 1,86𝑚

3,67𝑚 > 1,86𝑚 → 𝑠𝑖 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒

Retroceso en las esquinas 𝛷𝑝 = 0,9

Las siguientes irregularidades se toman como 1,0 porque no poseen tal irregularidad

Irregularidad en altura 𝛷𝑎 = 1,0

Irregularidad por ausencia de redundancia 𝛷𝑟 = 1,0

La capacidad de disipación de energía básica (𝑅𝑜) para sistema DMO es de 5, por tal

forma el coeficiente de capacidad de disipación de energía (R) queda de la siguiente

manera:



𝑅 = 𝛷𝑝 ∗ 𝛷𝑎 ∗ 𝛷𝑟

𝑅 = 0,9 ∗ 1,0 ∗ 1,0 ∗ 5 = 4,5

Se procede a calcular el Sa de diseño e ingresarlo al programa ETABS para obtener las

fuerzas de diseño:

𝑆𝑎 =0,75

4,5= 0,17

4.6.4 Revisión de áreas de acero en vigas

Para esta revisión se toman las vigas centrales del nivel 1 y 2 de la estructura, en las

cuales se revisan sus despieces de AutoCAD para verificar si las barras suplen las áreas

de acero calculadas con las fuerzas de diseño obtenidas por medio del programa ETABS

2016.

Vigas Centrales del Nivel 1:

Revisión de viga VG-2.

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

160

4 21

26

4

4

26

4

26

420

20

126

1#4 L=180

15

4

70a

2#4 L=1203

2#4 L=813

615

475b

630

109

15

70a

520

2#4 L=844

70a

130

610

470b

625

A5 D5

VG-2 del nivel 1

a) est.#3/8 n.54

b) est.#3/17 n.84

2#4 L=843

109

70

15

70a a

130

2#4 L=813

615

475630

b

4

26

214

126

1#4 L=18026

2044

26

204

15

70a

4

14

29

L=102

8

2-20-31-44

E5 G5

2#3

20

40

SECCIÓN


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

Se puede observar que para el área de acero continuo si cumple con las 2 barras #4 pero

en las luces de la viga en el refuerzo de la parte inferior no cumple (observar la Figura 4.-

23 en las celdas amarillas), ya que en esta parte solicita más acero, el cual no cubre con

el acero continuo suministrado.

Revisión de VG-3:

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

70c

26

16

172

1614

26

1#3 L=241

1614

26

16

17 179

40

staffe 70a

2#5 L=902

630

602.5

462b

2#5 L=1203

1371#3 L=268

15

70c

A4 D4

70

200

486

597.5

458b

625

131

501

195

2#5 L=1188

2#5 L=897

40c

70c

630

590

450b

a) est.#3/8 n.18

b) est.#3/17 n.82

c) est.#3/8 n.36

b) est.#3/17 n.82

c) est.#3/8 n.36

1416

L=841416

16

26

1601#3 L=222

17

26

217

5

16

26

70a

40

29

29

L=102

14

8

20

8

VG-3 del nivel 1 E4SECCIÓN 3-21-32-45

G4

2#3 40




Se puede determinar que el área de acero continuo suministrada en el despiece

(2#5), cubre todas las solicitudes de acero calculadas en la hoja de Excel.

Revisión de viga VG-10:


25

25

8

8

25

82#8 L=325

38 154

25

8

25112.5

113c

137.570e

D6 D5

e) est.#3/7 n.20

1#7 L=862

1#8 L=870

187

190

2#6 L=367

2#6 L=751

187 180

103

207

2#6 L=653

68

1#4 L=154

6

33 14

14

25

22 14

14

25

27 1414

25

L=122

-22-23-24-25-26-0

2#8 L=904

476.9

444.4

305a

40

70e

195.6

56b

70c

210223.1

VG-10 del nivel 1

D4

2015 62.5

70c

62c

80

85 30

72c

95 30

150

123d

70c

167.5

35

D2D3 D1

402#3

a) est.#3/14 n.22

b) est.#3/17 n.4

c) est.#3/8 n.58

d) est.#3/16 n.8

829

24

30

SECCIÓN 19-20-21



Se puede establecer que esta es una de las vigas con más carga sometida, de tal

forma que debe considerar un área de acero importante, con la hoja electrónica se

observa que cumple con las barras que están en el despiece del plano estructural ya

que en algunos puntos demanda una cantidad de acero grande y para suplir estas se

tienen barras #8 y #7 así como lo indica el despiece.

Revision de viga VG-11


202

25 2#6 L=347

25

8

2#7 L=605

1#8 L=387

185

434

113137.5

8 38

25

8

8

70

112.525c

25d

176

304

3#8 L=911

476.9

444.4a

E6 E5252#8 L=841

137

47

2#7 L=771

1#6 L=258

6

14

25

1#6 L=258

17 33 1414

25

22 14

-33-34-35-36-0

a) est.#3/13 n.24

b) est.#3/17 n.4

c) est.#3/8 n.50

d) est.#3/7 n.20

e) est.#3/14 n.14

190.6

53

217223.1

70

161

70d

40c

70 72175

25b c

162.5c

VG-11 del nivel 1

E4 E3

1#8 L=264

167.5203

1230

70

14

14

25

33 14

15030e

35c

29

829

35

E1

2#3

L=132

40

SECCIÓN 30-31-32



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

En esta viga por su gran dimensión, puesto que es la más grande de todas las vigas y

una de las vigas centrales del edificio se requiere un área de acero considerable, con la

hoja electrónica se estableció que si está cumpliendo para los puntos que más requiere

acero, esto se debe a que en el despiece del plano estructural tiene barras continuas #8

en el refuerzo de la parte superior, y #7 en el refuerzo de la parte inferior de la viga.

Vigas Centrales del Nivel 2:



SECCIÓN 2-

a) est.#3/8 n.54

b) est.#3/17 n.84

126

1#4 L=180

4

4 20

26

4

4 21

26

70a

4 20

26

4

15

A5

70

2#4 L=1203

2#4 L=813

475b

630

a

109

520

70a

130

2#4 L=844

470b

625

615

VG-2 del nivel 2

15

D5

610

2#4 L=843

70a

130

70a

109

2#4 L=813

475b

630

26

26

261#4 L=180

126 4

204

214

70a

4

20414

829

15

E5

615 15

G5

20

2#3

L=102

40

20-31-44-0



Se determinó que para esta viga del segundo nivel del edificio solo con el refuerzo

continuo suple todas las áreas de acero a lo larga de la viga, de la cual si cumple con las

barras #4 del despiece del plano estructural.



590

450630

2#5 L=1203

26

16

16

16

26

14

14

2#5 L=902

A4

40

16

staffe70a

602.5

462b

630

200

486

2#5 L=1188

195

2#5 L=897

VG-3 del nivel 2

15

70c

70c

501

597.5

458b

625

D4

40

70c

70c

E4

14

16

26

1416

16

26

1416 b) est.#3/17 n.82

c) est.#3/8 n.36

L=84

5

829

SECCIÓN 3-21-32-45-0

2#3

70b

40a

G4

a) est.#3/8 n.18

b) est.#3/17 n.82

c) est.#3/8 n.36

L=102

829

40

20




En esta viga se puede suplir el área de acero solo con las barras continuas, por lo que se

puede observar que cumple con las barras 2#5 del despiece del plano, pero se hubiera

podido utilizar barras 2#4 ya que con estas también hubiera suplido la demanda de acero

de la viga.



D5

1#7 L=395

1#6 L=222

8

30

8

8

8

30

30

38

32 79

8

25 112.5

112a

137.5

D6

173 163

2#8 L=901

1#8 L=336

2#6 L=749

178

143

148

2#7 L=241

2#6 L=658

207

96

119

93

1#5 L=232

2#6 L=570

158

VG-10 del nivel 2

444.4

285476.9

25

80a b

40

80a

D4

195.6

80a

36c

202223.1

15 60

80a

60a

80

25 82.5 30

30a

83a

95 30

150

150a

167.5

D2D3

30

14

31

1614

22 14

14

30

22 1414

L=132

24

SECCIÓN 19-20-21

35

34

2#3

a) est.#3/10 n.76

b) est.#3/17 n.17

c) est.#3/20 n.2

8

40

30

D1

-22-23-24-25-26



Se puede observar que en los puntos donde solicita demasiado acero cumple, puesto

que en esas partes de las vigas tiene barras #8 y #7.



33-34-35-36

34

2#3444.4

293

1#7 L=903

1#8 L=752

476.9

30

8

30

8

2#6 L=599

423

137.5

30

30

8 32

8

8

staffe

25 112.5

112a

2#7 L=455

238

25

80b

E6 E5

431

100

2#6 L=1070

99

1#5 L=257

157

14

30

22 14

80a

167

d40

80b

223.1

27

2#8 L=852

190.6

80a

31c

25

80a

VG-11 del nivel 2

E4 E3

80a

175 30 167.5

10

1#6 L=256

30

183e

162.5 150

14

30

33 14

14

30

35

E1

c) est.#3/20 n.2

d) est.#3/15 n.20

e) est.#3/16 n.11

L=132

24

a) est.#3/10 n.44

b) est.#3/8 n.20

30

8

40

SECCIÓN 30-31-32-




Con la hoja electrónica se estableció que si está cumpliendo para los puntos que más

requiere acero, esto se debe a que en el despiece del plano estructural tiene barras

continuas #8 y #7.


Conclusiones y recomendaciones

1.1 Conclusiones

Se establece que el edificio del Centro de Educación Permanente de la Universidad

de Ibagué (CEP1) tendrá un buen comportamiento ante un posible evento sísmico,

ya que esta edificación cumple con los requisitos establecidos en la Norma Sismo

Resistente NSR-10 relacionados con la zona de amenaza sísmica en donde este se

encuentra.

De acuerdo al estudio cualitativo realizado por medio del FEMA P-154 se puede

determinar que el edificio requiere acciones adicionales, puesto que su puntaje final

fue de -0,1 menor que el mínimo puntaje el cual es de 0,3 para el tipo de edificación

como lo es la estructura de concreto reforzado con pórticos resistentes a momentos,

este resultado se dio debido a la irregularidad en vertical y en planta que presenta el

edificio, ya que este estudio cualitativo consta principalmente análisis superficial de

la estructura.

Con los resultados obtenidos del ensayo del Profoscope se determinó que cumple

con los requisitos para el refuerzo de columnas con capacidad de disipación de

energía moderada establecidos en el reglamento colombiano de construcción sismo

resistente NSR-10, puesto que para las diferentes tipos de columnas existentes en el

edificio, todas ellas cumplen con la cuantía de acero mínima para columnas.

Conforme a los resultados obtenidos de la revisión de área de acero en vigas del

nivel 1 y 2 de la estructura se determinó que algunas vigas están con área de acero

mayor que el solicitado como lo es la viga VG-3.

De acuerdo al modelo matemático se puede determinar que la estructura cumple con

la evaluación de los desplazamientos horizontales establecidos en la NSR-10, pero

sus derivas son muy bajas, esto se debe a que el edificio cuenta con muros de carga

que hacen que la edificación sea más rígida.

Con los resultados de los chequeos de dimensiones mínimas establecidas en el

reglamento colombiano de construcción sismo resistente NSR-10 para columnas y

vigas se determinó que el 100% de las vigas cumplen con las dimensiones mínimas

establecidas en la NSR-10 para vigas con capacidad moderada de disipación de

energía (DMO).



Para los tipos de columnas encontrados en el edificio también se cumplió el 100% de

las columnas las dimensiones mínimas establecidas en la NSR-10 para vigas DMO.

Para el chequeo de dimensiones mínimas para vigas con capacidad especial de

disipación de energía (DES) no cumplió en su totalidad de vigas.

Se evaluó que los materiales constructivos utilizados durante la construcción de la

edificación del Centro de Educación Permanente (CEP I) de la Universidad de Ibagué

cumple con los requisitos establecidos por la Normas Técnicas Colombianas, se pudo

establecer que el concreto cumple con los lineamientos y esto se pudo evidenciar

en el valor obtenido por medio del ensayo del Esclerómetro el cual arrojo que el valor

obtenido de la resistencia del concreto cumple con lo mínimo requerido por la norma

en su ítem C.21.1.4.1.

1.2 Recomendaciones

Durante la ejecución de los ensayos cuantitativos, más específicamente durante el

ensayo para conocer la distribución de los aceros en los elementos estructurales, es

preciso utilizar un instrumento más exacto en la toma de las lecturas ya que existen

algunos que debido al exceso de recubrimiento no toma las lecturas correctamente y

se pueden presentar variaciones.

Para validar las características mecánicas de los materiales, es importante realizar

las pruebas a diferentes elementos estructurales (Vigas, Columnas, Losas, Etc.) para

conocer si los mismos comparten igualdad de condiciones o presentan variaciones.

Para futuras investigaciones, es valioso que se realicen apiques para conocer las

condiciones actuales del suelo donde se ubica la edificación y además para poder

realizar pruebas y verificaciones a la cimentación de la estructura.


Bibliografía

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