“CRITERIOS ESTRUCTURALES DE DISEÑO” - … · depende de la rigidez relativa de vigas y...

“CRITERIOS ESTRUCTURALES DE DISEÑO”

Dr. Ing. Félix Marín Guillén

Lima – Perú

2016

FACULTAD DE

INGENIERIA Y ARQUITECTURA

SEMINARIOS TÉCNICOS

Sistemas Estructurales


FACULTAD DE


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CLASIFICACIÓN

Sistema de Forma Activa: 1 Estructuras que trabajan a tracción o

compresión simples, tales como los

cables y arcos.

Polígonos Funiculares

Curvas Funiculares

Parábola

Catenaria Parábola

Catenaria

Curvas:

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Sistema de Forma Activa: 1

Estructuras que trabajan a tracción o

compresión simples, tales como los

cables y arcos.

Estructuras usando arcos

Arcos:

Forma ideal del arco

CLASIFICACIÓN

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Sistema de Vector Activo: 2

Estructuras en estados simultáneos de

esfuerzos de tracción y compresión, tales

como las cerchas planas y espaciales.

Cerchas:

Cartelas

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Sistema de Masa Activa: 3

Estructuras que trabajan a flexión, tales

como las vigas, dinteles, pilares y pórticos.

Vigas:

Viga simplemente apoyada Viga en volado

Dinteles y Pilares: Pórticos

Pórtico tridimensional

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Sistema de Superficie Activa: 4

Estructuras en estado de tensión

superficial, tales como las placas,

membranas y cáscaras.

Acción de placa

Placa de piso con núcleo interno

Placa con nervaduras

Placas

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Sistema de Superficie Activa: 4

Estructuras en estado de tensión

superficial, tales como las placas,

membranas y cáscaras.

membranas pretensadas

Formas

de

cáscaras

Membranas:

Cáscaras:

CLASIFICACIÓN

• Redundancia, para que los elementos tengan capacidad de deformaciones inelásticas y permitan la disipación de energía sin riesgo a colapso de la edificación.

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La elección de un sistema estructural adecuado tiene gran influencia

en el comportamiento de la estructura ante la ocurrencia de un sismo.

El s

iste

ma d

eb

e p

os

ee

r • Capacidad para resistir todas las cargas gravitacionales de manera

eficiente.

• Resistencia ante las solicitaciones sísmicas en cualquier dirección, para así prevenir el colapso.

• Ductilidad, ya que no basta con que se alcance el estado límite de resistencia en una sección, lo que podría originar un colapso, sino que también se requiere que posea capacidad de deformarse sosteniendo su carga máxima, e inclusive, que posea una resistencia de capacidad antes del colapso.

• Permitir un flujo continuo de las fuerzas sísmicas hasta la fundación.

CONSIDERACIONES

Es difícil dar recomendaciones de manera general sobre cual sistema estructural se debe

utilizar, ya que en cada caso existen factores particulares, que deben ser evaluados.

El arquitectónico, Instalaciones sanitarias, Limitaciones en costos, Procesos constructivos Tiempo de ejecución.

La eficiencia de los diferentes materiales, Los elementos estructurales, Las diversas condiciones de carga y Las consecuencias que produce la elección del sistema estructural sobre las otras partes del proyecto. S

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Restricciones:

La altura del edificio, Riesgo sísmico que exista en el área, Capacidad portante del suelo, etc.

La adecuada selección del sistema estructural

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2 Condicionantes:

3 Tener en Cuenta:

Pórtico resistente a momentos

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TIPOS:

Formado por vigas y columnas, conectados entre sí por medio de nudos rígidos,

permitiendo la transferencia de los momentos flectores y las cargas axiales hacia las

columnas.

El comportamiento y eficiencia de un pórtico rígido depende de la rigidez relativa de vigas y columnas.

La resistencia a las cargas laterales de los pórticos se logra principalmente por la acción

de flexión de sus elementos.

Pórtico resistente a momentos

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TIPOS:

Ventajas:

• Libertad en la distribución de los espacios internos. • Estructuras muy flexibles que atraen pequeñas

solicitaciones sísmicas. • Disipan grandes cantidades de energía gracias a

la ductilidad y la gran hiperestaticidad del sistema.

Desventajas:

• Baja resistencia y rigidez a las cargas laterales. • Su flexibilidad permite grandes desplazamientos,

produciendo daños en los elementos no estructurales. • Es difícil mantener las derivas bajo los requerimientos

normativos. • Por su alta flexibilidad, el sistema da lugar a períodos

fundamentales largos, lo cual no es recomendable en suelos blandos.

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Muros portantes

TIPOS:

Placas verticales (muros), las cuales

funcionan como paredes de carga

Edificación con sistema de muros para resistir las

cargas gravitacionales y laterales

En los sistemas tipo cajón, las cargas gravitacionales se transmiten a la fundación mediante fuerzas axiales en los muros, los

momentos flexionantes son generalmente muy pequeños comparados a los esfuerzos cortantes,

por lo cual no se puede esperar un comportamiento dúctil, al no producirse disipación de energía.

Genera gran resistencia y rigidez lateral.

Es recomendable aprovechar la gran capacidad de carga y la gran resistencia y rigidez lateral, sin embargo al estar sometidos a considerables esfuerzos cortantes, se debe diseñar el sistema a grandes cargas laterales en el rango elástico, para no considerar reducciones importantes por

comportamiento inelástico.

Llamado también sistema tipo cajón o tipo túnel

Arreglos entre: Placas horizontales (losas).

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• Constructivamente rápido de ejecutar, mediante encofrados de acero en forma de “U Invertida”, permiten vaciar muros y losas de manera simultánea. Se puede llegar a construir un nivel de 1200 m2 cada 3 días.

• Comparado a un sistema aporticado tradicional, puede costar entre un 25% a 30% menos, por su rápida ejecución.

• Por ser un sistema muy rígido, los elementos no estructurales no sufren daños considerables.

Ventajas:

Muros portantes

TIPOS:

• Por tener mayor rigidez, estará expuesto a grandes esfuerzos sísmicos, disipados por las fundaciones, siendo necesario contar con suelos de gran capacidad portante.

• Por poseer losas de delgado espesor, la longitud de los ramales de instalaciones de aguas servidas es limitada.

• Por continuidad de muros, existirán grandes limitaciones en la distribución de los espacios, siendo su uso principal en viviendas multifamiliares u hoteles.

• Puede llegar a ser un sistema muy vulnerable si la configuración estructural no posee líneas de resistencias en las dos direcciones ortogonales.

Desventajas:

Si la disposición de los muros

se hace en una sola dirección o

se utiliza una configuración

asimétrica en la distribución de

los muros, se generan

comportamientos inadecuados

que propician la posibilidad del

colapso.

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Sistema dual

TIPOS:

Es un sistema mixto de pórticos reforzados por muros de carga o diagonales de arriostramiento.

Distintos sistemas duales.

En este sistema los muros tienden a tomar una mayor proporción de los esfuerzos en los niveles inferiores, mientras que los pórticos pueden disipar energía en los niveles superiores.

Se debe ser muy cuidadoso al momento de diseñar el sistema, ya que la interacción entre el sistema aporticado y el de muros es compleja.

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Se genera una estructura con una resistencia y rigidez lateral sustancialmente mayor al sistema de pórticos, siendo mas resistente a solicitaciones sísmicas. También las ventajas del sistema aporticado, en cuando a su ductilidad y distribución de espacios internos.

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Sistema dual

TIPOS:

Se debe ser muy cuidadoso en cuanto a la configuración de los elementos rígidos, ya que tienen una extrema diferencia de rigidez comparado a los pórticos y esto puede causar concentraciones excesivas de esfuerzos en algunas zonas del edificio y una mala distribución de cargas hacia las fundaciones.

Desventajas:

En los pisos inferiores la rigidez del muro es muy alta, por lo que se restringe el desplazamiento, en los pisos superiores el muro incrementa los esfuerzos que los pórticos deben resistir. Se deben tener consideraciones muy puntuales con el diseño del muro, intentando propinarle un gran momento de inercia para no producir grandes desplazamientos.

Otros sistemas

TIPOS:

Existen innumerables combinaciones de sistemas que se pueden realizar con elementos lineales, planos o curvos para emplear en zonas sísmicas.

Buscando siempre obtener la mayor parte de la planta del edificio relativamente abierta, y con poca obstrucción de columnas y muros.

La mayoría de estos sistemas se realizan con otros materiales que poseen mayor ductilidad y menor peso.

Sistemas de arcos: El concepto del arco es cubrir las luces por medio de elementos que solo están sometidos a compresión interna. La forma básica es la parábola convexa hacia el lado superior.

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Estructuras a Tracción: donde su principal material es el acero y su elemento principal es el cable. Se utiliza generalmente para hacer cubiertas de grandes extensiones.

Otros sistemas

TIPOS:

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Estructuras de superficies: Se utilizan para cubrir grandes superficies, son delgadas y generalmente resisten las cargas internas generadas por ellas mismas. Un ejemplo de estas serían las cúpulas y bóvedas.

Otros sistemas

TIPOS:

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Consideraciones para el Diseño Estructural


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Acciones Verticales

TIPOS DE ACCIONES O CARGAS

Acciones permanentes: debidas al peso propio de la estructura y de

todos los materiales constructivos soportados por ella en forma

permanente.

Acciones variables: debidas a la ocupación o uso habitual de la

estructura.

Acciones Accidentales

Acciones del viento: Producidas por las presiones y succiones que el

viento origina sobre las superficies de las edificaciones.

Acciones del sismo: Producidas por los movimientos del terreno

originados por los sismos.

Acciones Adicionales

Acciones por líquidos: Producidas por la presión perpendicular a la

superficie de la edificación.

Acciones por tierra: Producidas por el empuje de la tierra sobre la

estructura de contención.

Acciones térmicas: Producidas por las deformaciones que originan

los cambios de temperatura.

Acciones por asentamientos diferenciales: Producidas por las

deformaciones originadas por los asentamiento diferenciales que se

pueden originar en las edificaciones.

Acciones por fluencia o por retracción: Producidas por las

deformaciones que se originan por la fluencia o la retracción en los

elementos de concreto armado.

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TIPOS DE FUERZAS INTERNAS

Las cargas originan en los elementos estructurales uno o varios de estos tipos de fuerzas

Fuerza Axial: 1 Tracción: Fuerza que tiene la tendencia a estirar los

elementos.

Elemento sometido a tracción

Compresión: Fuerza que tiene la

tendencia a comprimir los elementos.

Elemento sometido a compresión

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Fuerza de Corte: 2

Elemento sometido a Corte

Fuerza que tiene la tendencia a cortar o deformar

angularmente los elementos.

Momento de Flexión: 3 Momento que tiene la tendencia a flexionar o

doblar los elementos.

Elemento sometido a Flexión

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Momento de Torsión: 4

Momento que tiene la tendencia a torsionar o torcer los

elementos.

Elemento sometido a Torsión

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Elasticidad Se dice que un material cuya deformación cesa con la desaparición de las cargas, se comporta de manera elástica.

Plasticidad Es la propiedad que puede tener un material, mediante la cual una fuerza puede deformarse de forma permanente antes de llegar a romperse.

Módulo de

Elasticidad

Representa el grado de rigidez de un material frente a esfuerzos axiales y flectores, independientemente de la forma, tamaño y vínculos de unión del elemento o pieza que conforme. Matemáticamente es el cociente de la división de un esfuerzo unitario entre una deformación unitaria.

Ductilidad Es la capacidad que poseen los materiales de poder deformarse en el rango inelástico sin perdida significativa de su resistencia.

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Exigencias básicas de una estructura

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Equilibrio: 1 Todas las partes de una edificación no presenten movimientos o

que la resultante de las fuerzas aplicadas sea igual a cero.

Estabilidad: 2 Condición relacionada con los movimientos que puede presentar

un edificio en su totalidad debido a la aplicación de las fuerzas,

siendo una condición no deseada en la edificación.

Resistencia: 3 Término referido a la capacidad de soportar las cargas que se

aplican en la estructura sin fallar.

Rigidez: 4 Propiedad por la cual las estructuras se comportan

adecuadamente ante las acciones sísmicas (esfuerzos de corte),

por ende limitan los desplazamientos.

Reparación y Reforzamiento Estructural


FACULTAD DE


MÉTODOS DE REPARACIÓN

TEORÍAS DE REHABILITACIÓN CONVENCIONAL

Reparación de armaduras corroídas

Las reparaciones de daños originados

por la existencia de armaduras

corroídas (fisuraciones, pérdidas de

recubrimientos, pérdida de sección de

armadura, etc.), obedecen

generalmente al siguiente esquema

metodológico:

• Saneado del concreto dañado

• Limpieza y pasivación de las armaduras

• Recuperación de la sección de concreto

• Protección de las superficies reparadas

Reposición de sección por otros daños R

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MÉTODOS DE REFUERZO

TEORÍAS DE REHABILITACIÓN CONVENCIONAL

se presenta por la necesidad de

incrementar la capacidad de un

elemento, ya sea porque sus

características mecánicas son

inadecuadas, en relación con las

contempladas en el proyecto original,

o bien por un cambio de uso de la

edificación.

• Sustitución de un concreto de mala calidad por uno de mejores características resistentes.

• Aumento de secciones.

• Aporte de nuevas armaduras embebidas dentro de la sección existente de concreto.

• Aporte de nuevas armaduras en forma de chapas de acero embebidas sobre la superficie de la sección de concreto existente.

• Técnicas de pretensados exteriores.

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MÉTODOS DE REFUERZO CON FRP

TEORÍAS DE REHABILITACIÓN NO CONVENCIONAL

Los sistemas de refuerzo a base de

“composites” consisten, en esencia,

en el pegado externo sobre la

superficie de concreto, de materiales

con prestaciones mecánicas,

principalmente de resistencia a la

tracción, sobresalientes.

Los materiales más utilizados en este tipo de refuerzos son:

• CFRP: Material polimérico reforzado con fibra de carbono (Carbon fiber reinforced polymer).

• GFRP: Material polimérico reforzado con fibra de vidrio (Glass fiber reinforced polymer).

• AFRP: Material polimérico reforzado con fibra de aramida (Aramid fiber reinforced polymer).

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Existen en el mercado diferentes sistemas de presentación de refuerzos mediante adhesión externa de FRP, relacionado con los materiales constituyentes, la forma y el tipo de refuerzo de FRP.

En general, estos pueden ser divididos en: • Laminados prefabricados (fibra+resina) se

adhieren posteriormente a la estructura (la fracción en volumen de fibras en los FRP se encuentra entre el 50-70%) .

• Tejidos de fibra se aplican junto con la resina a la estructura formándose el material compuesto in situ al curar la resina (la fracción en volumen de fibras en los FRP se encuentra entre el 25-35%) .

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Parte fundamental de estos

sistemas de refuerzo lo constituyen

las resinas que garantizan la

adhesión al soporte, y cumplen

principalmente las siguientes

funciones:

Imprimación de soportes

• Resinas de base epoxi y baja viscosidad

diseñados para cerrar los poros

superficiales del concreto.

• Se presenta en forma de dos

componentes (activo y endurecedor).

Masillas de nivelación

• Estas masillas están especialmente

diseñadas para relleno de cangrejeras,

oquedades e irregularidades superficiales

menores de 0,5 cm.

• Posee una elevada adhesión al concreto,

buena resistencia a compresión y un

tiempo de vida en recipiente (pot-life).

Adhesivo o resina

• Material que actúa como puente de

transmisión de carga entre el concreto y

las láminas de fibras de FRP.

• Posee características mecánicas y

reológicas de suma importancia para la

mayor eficacia del refuerzo.

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REFUERZO CON FIBRAS DE CARBONO (CFRP)

TIPOS DE REFUERZOS

Al aplicarse en vigas, el sistema CFRP incrementa sensitivamente la capacidad de resistencia a la flexión y al corte.

En muros de concreto armado, ayuda a absorber las cargas de compresión o laterales (flexión) que se puedan presentar.

incrementa la resistencia a la flexión y dota de mayor confinamiento a las columnas

En losas aligeradas o macizas armadas en una o dos direcciones, las cargas de servicio pueden ser sustancialmente incrementadas, manteniendo un control de su deflexión.

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REFUERZO CON FIBRAS DE VIDRIO (GFRP)

Alta adherencia fibra-matriz.

Resistencia mecánica, tracción/densidad, superior a la del acero.

Poco sensible a las variaciones de temperatura.

Crea un puente de unión entre el vidrio y la matriz, lo que le confiere la posibilidad de asociarse a numerosas resinas sintéticas, así como a ciertas matrices minerales, tales como el yeso o el cemento.

Excesiva flexibilidad y bajo costo

TIPOS DE REFUERZOS

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REFUERZO CON FIBRAS DE ARAMIDA (AFRP)

Adecuado comportamiento ante cargas cíclicas.

Alta dureza.

Son dos y medias veces más

resistentes que las fibras de vidrio y cinco veces más que las de fibras de acero.

Poseen una estructura anisotrópica

(mayor resistencia y módulo de elasticidad en el sentido longitudinal).

Presentan una respuesta elástica lineal cuando se les carga en tensión.

Presentan un comportamiento no lineal cuando trabajan en compresión.

TIPOS DE REFUERZOS

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COMPARACIÓN DE LAS FIBRAS

Todas las fibras se rompen de manera frágil a tracción sin ninguna deformación plástica o fluencia.

Las láminas de fibra de

carbono y vidrio son frágiles y se rompen sin ninguna reducción de su sección transversal.

Las láminas de fibras de

aramida, se rompen de manera dúctil, con un pronunciado estrechamiento local muy grande.

COMPARACIÓN

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PROCEDIMIENTO DE REFUERZO CON CFRP

PLATINAS DE FIBRAS DE CARBONO

El resultado es una capa externa de

reforzamiento que ayuda a soportar las

cargas del elemento y previene deflexiones

excesivas.

Se aplican capas de láminas que son colocadas

alrededor o por debajo de las secciones de

concreto a reforzar, y junto a un sistema

adhesivo epóxico especial, se logra una total

adherencia a la superficie de concreto.

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TEJIDOS DE FIBRAS DE CARBONO

Son tejidos unidireccionales, que se saturan

con resina epóxica y se coloca en capas. Su

conformación como tejido permite utilizarlos

en elementos irregulares (beneficio frente a

las platinas cuya colocación es lineal y

condicionada por su presentación).

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Incrementa la resistencia al corte

El sistema CFRP incrementa sensitivamente la capacidad de resistencia a la flexión y al corte en vigas.

Una viga agrietada por las cargas a las

que ha sido sometida, reforzada de

extremo a extremo con este sistema,

puede llegar a superar su capacidad de

carga adicional.

Incrementa su resistencia a la flexión,

controlando su deflexión

REFORZAMIENTO EN VIGAS

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REFORZAMIENTO EN VIGAS

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REFORZAMIENTO EN COLUMNAS

El refuerzo estructural en

columnas de concreto armado se

puede realizar con CFRP tanto

confinando el concreto como

reforzando a flexión el elemento.

El confinamiento de columnas se

lleva a cabo con el tejido de fibra

de carbono, colocándolo tanto en

tiras espaciadas, en espiral o

como una envoltura continua de

tejido.

La envoltura transversal de la

columna con reforzamiento CFRP

confina el concreto,

contribuyendo a aumentar la

resistencia a compresión

específicamente, y

adicionalmente colabora en la

resistencia al corte del elemento.

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REFORZAMIENTO EN COLUMNAS

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REFUERZO DE MUROS DE CONCRETO ARMADO

En placas de concreto (los cuales presentan acero interno), el refuerzo con fibra de carbono alcanza una resistencia significativa, aumentando la ductilidad del elemento.

Ayuda a absorber las cargas de compresión o laterales (flexión) que se puedan presentar.

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RECOMENDACIONES PARA SU PUESTA EN OBRA

El sistema CFRP funciona adecuadamente cuando se asegura una optima adherencia a la cara

de concreto; siendo los factores importantes del proceso de reforzamiento:

La mano de obra especializada Control de calidad de la superficie a

reparar Resistencia a la tracción de la

superficie del concreto Uniformidad y espesor de la capa de

adhesivo Resistencia y perfecta reacción

química del sistema epóxico de adhesión

Geometría del elemento a reforzar Condiciones ambientales en el

momento de la aplicación

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El proceso de aplicación de un sistema FRP se puede resumir en las siguientes etapas:

Luego de preparar la superficie a reforzar

tratando grietas o cangrejeras, imperfecciones y

limpiando o arenando las barras de refuerzo (si

presentan óxido), se aplica una capa de

imprimante epóxico (de baja viscosidad

permitiendo su penetración en el concreto)

usando un rodillo especial.

Aplicar masilla o pasta epóxica para rellenar

cualquier defecto en la superficie que pueda

quedar mayor de 1/4” de profundidad.

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Cubrir la superficie con un saturante

epóxico para impregnar las fibras secas.

Este saturante mantiene las fibras en su

adecuada dirección y posición.

El objetivo de esta capa de saturante es

empapar rápidamente las fibras y

mantenerlas en su ubicación mientras se

inicia el proceso de curado del sistema de

reforzamiento.

Se cortan y preparan a medida las láminas

de fibras de carbono de acuerdo al diseño

del proyecto y se colocan en su lugar,

permitiendo que comience a absorber el

saturante.

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Luego de un tiempo de espera determinado

que permite que la lámina absorba la primera

capa de saturante, se aplica una segunda capa

de saturante para cubrirla.

Finalmente, se aplica una capa de acabado que

cubre totalmente el sistema CFRP, logrando

una apariencia similar a un concreto común.

Esta capa también protege a la fibra de los

rayos ultravioletas, ataques químicos, abrasión,

severas condiciones climáticas.

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PROCEDIMIENTO DE REFUERZO CON GFRP

BARRAS REFORZADAS DE FIBRAS DE VIDRIO

El producto terminado resulta

totalmente inerte, resistente a la

corrosión y a los álcalis. Para aumentar

su capacidad de adhesión, la parte

exterior de las barras es deformada y

revestida con arena de grano grueso.

Las barras de GFRP se fabrican mediante un

procedimiento de pultrusion, en el cual las fibras

son puestos bajo tensión y son impregnados con

una resina termofraguante, logrando que las

fibras se mantengan todas juntas y se comporten

monoliticamente.

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TEJIDOS DE FIBRA DE VIDRIO

Se forman tejiendo los rovings usados para el

enrollamiento, asegurando el absoluto

paralelismo de los filamentos para un máximo

aprovechamiento de sus propiedades de

refuerzo.

Los tejidos de fibras de vidrio AR

pueden ser unidireccionales o

bidireccionales de alta

resistencia, ideal para el

reforzamiento en condiciones de

carga y/o deterioro de

estructuras de acero (vigas),

mampostería y concreto armado.

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La superficie debe estar limpia y sana. Puede estar

seca o húmeda, pero libre de agua empozada o

hielo.

La resistencia en adherencia del concreto debe ser

verificada, después de la preparación de superficie

por un ensayo aleatorio de resistencia a tensión. La

mínima resistencia a tensión debe ser de 15 kg/cm2.

Mezclar el epóxico.

Cortar el tejido.

Antes de la colocación del tejido, la superficie de

concreto debe ser imprimada y sellada usando el

epóxico. El material puede ser aplicado por

aspersión, brocha o rodillo.

El tejido debe ser saturado o impregnado en forma

manual o mecánica utilizando cualquiera de los

sistemas epóxicos.

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PROCEDIMIENTO DE REFUERZO CON AFRP

TEJIDOS DE FIBRA DE ARAMIDA

Son tejidos unidireccionales o bidireccionales en

base a fibra de aramida ya sean las Meta-

aramidas (Nomex) o las Para-aramidas (Kevlar),

que en su colocación se saturan con una resina

epóxica.

Si las cadenas poliméricas se

encuentran alineadas a sus fibras,

proporcionan una mayor

resistencia en el sentido

longitudinal (240 Kg/cm en

urdimbre) que en el transversal

(85 Kg/cm en trama).

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PROCEDIMIENTO DE REFUERZO CON AFRP


la superficie debe estar limpia, seca y sin

protuberancias o huecos que causen hoyos

detrás del “composite”.

En el momento de la aplicación, el sustrato no

debe tener ningún tipo de humedad. Si no se

puede evitar, se recomienda el uso de epóxico

imprimante (mojado).

Mezclar el epóxico.

Cortar el tejido.

Aplicar una primera capa de epóxico en el

sustrato usando un rodillo. Saturar la fibra

pasándola por el saturador.

Saturar y aplicar las capas de fibra

subsecuentes de acuerdo a las especificaciones

y los requisitos de diseño. El uso de un rodillo o

de presión de la mano, aseguran la orientación

correcta de las fibras.

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Vulnerabilidad Estructural


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RAL • Configuración arquitectónica: distribución de masas

• Configuración estructural: distribución de elementos resistentes

DE LAS EDIFICACIONES Vulnerabilidad

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• Materiales: tierra, piedra, ladrillo, bloque, concreto, acero, madera

• Antigüedad: normatividad, conservación

• Resistencia: Densidad de elementos resistentes

• Rigidez

• Ductilidad

• Calidad de la construcción: Supervisión

ASIMETRÍAS O IRREGULARIDADES (tanto en planta como en elevación) = MAYOR VULNERABILIDAD

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL

ESTRUCTURAL - MATERIALES Vulnerabilidad HUARAZ 1970

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL

ESTRUCTURAL - MATERIALES Vulnerabilidad NAZCA 1996

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL

ESTRUCTURAL - MATERIALES Vulnerabilidad Albañilería y adobe

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL

ESTRUCTURAL - CONFIGURACIÓN Vulnerabilidad ESTAMBUL (CONSTANTINOPLA: ca 556)

ESTRUCTURAL - CONFIGURACIÓN

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL

Vulnerabilidad ESTAMBUL (CONSTANTINOPLA)

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL

ESTRUCTURAL - SUPERVISIÓN Vulnerabilidad

TURQUIA 1999

Calidad de los materiales: supervisión

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL


Irregularidades en altura: piso blando

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL


SAN FERNANDO 1971

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL


VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL


Comparación de mecanismos de disipación de energía

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL


KOBE 1995

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL

ESTRUCTURAL Vulnerabilidad

ECUADOR 2016

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL


ECUADOR 2016

Sismo de 7.8 MW, a las 18:58 horas del

16/04/2016 en Ecuador con epicentro

entre la ciudad de Pedernales y la

localidad de Cojimíes, al norte de la

provincia de Manabí, a 170 Km de Quito

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL


ECUADOR 2016

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL


HAITI - 2010

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL


HAITI - 2010

El día 12 de enero de 2010, un sismo de

magnitud M=7.0 tuvo lugar a 15 km al

suroeste de Puerto Príncipe, Haití. El evento

se localiza en las coordenadas 18.451

Norte y 72.445 Oeste, con una profundidad

de 10 km. el sismo ocurrió a las 21:53:09

horas (tiempo GMT), 15:53 hora de Perú.

VU

LN

ER

AB

ILID

AD

ES

TR

UC

TU

RAL


HAITI - 2010

Peligro Sísmico


FACULTAD DE


PELIG

RO

SÍS

MIC

O

SÍSMICO Peligro

Esquema de la metodología de cálculo de la peligrosidad probabilista

• Ajusta la sismicidad de cada zona a un modelo de recurrencia

Métodos probabilistas

estiman las acciones sísmicas en el emplazamiento con una

probabilidad asociada, lo que permite diseñar una construcción para

cualquier nivel de riesgo aceptable

Método de Cornell (1968)

• Adopta un modelo de zonas sismogénicas, compartiendo el área de influencia

• Suma la contribución de todas las fuentes para obtener la función de probabilidad que representa la peligrosidad en el emplazamiento de la estructura

PELIG

RO

SÍS

MIC

O

SÍSMICO Peligro

Zona de sismicidad superficial -

Benioff (0 – 70 Km.)

Zona continental de sismicidad

superficial andina

PELIG

RO

SÍS

MIC

O

SÍSMICO Peligro

Zona de sismicidad intermedia

(71 – 300 Km.)

Zona de sismicidad profunda

(300 – 700 Km.)

PELIG

RO

SÍS

MIC

O

SÍSMICO Peligro

Parámetros sismológicos de las fuentes sismogénicas

Fuentes de Subducción de Interfase

Fuentes de Subducción de Intraplaca

Fuentes Continentales

PELIG

RO

SÍS

MIC

O

SÍSMICO Peligro

Casaverde y Vargas (1980)

𝑎 = 68.7𝑒 0.8𝑀𝑠 𝑅 + 25 −1.0

Donde: a : aceleración en cm/seg2 Ms : magnitud de las ondas superficiales. R : distancia hipocentral en Km.

PELIG

RO

SÍS

MIC

O

SÍSMICO Peligro

McGuire (1974)

𝑎 = 472𝑥10 0.28𝑀𝑠 (𝑅 + 25)−1.3

Donde: a : aceleración en cm/seg2 Ms : magnitud de las ondas superficiales R : distancia hipocentral en Km.

PELIG

RO

SÍS

MIC

O

SÍSMICO Peligro

Evidencia de licuación de suelos

NIIGATA, JAPÓN 1964

Ingeniería Sismo Resistente


FACULTAD DE


DISIPACIÓN DE energía

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

Edificio sin Disipación Edificio con Disipación


ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

DISIPADOR

AMS

Disipador Metálico Disipador Fricción

Disipador Viscoso

Disipador Magnetereologico

Disipador de Masa Sintonizada (AMS)


ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE


ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

EJEMPLO DISIPACIÓN METÁLICA

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

EJEMPLO DISIPACIÓN METÁLICA

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

CARACTERÍSTICAS DE LA DISIPACIÓN METÁLICA

Des

empe

ño

Reducción

Drift:

30% - 40%

Desplaz.

techo:

25% - 35%

Acel. techo:

25% - 35% M

ante

nció

n

No requieren,

salvo en

ambientes

agresivos

Cos

tos

20-30 USD/m2

(no incluye

reducción de

costos en la

estructura)

Ree

mpl

azo

Eventualmente

después de un

sismo de gran

intensidad

Mon

taje

Sencillo:

Soldadura

Apernado

Ventajas:

• Bajo Costo

• Material dúctil y maleable; excelente capacidad de deformación.

• Funciona para pequeñas y grandes deformaciones.

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

DISPOSICIÓN EN ALTURA

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

CARACTERÍSTICAS DE LA DISIPACIÓN VISCOSA

Des

empe

ño

Reducción

Drift:

30% - 40%

Desplaz.

techo:

25% - 35%

Acel. techo:

25% - 35% M

ante

nció

n

Revision de

sellos

25-35 USD/m2 Cos

tos

(no incluye

reducción de

costos en la

estructura)

Ree

mpl

azo

No requiere

Mon

taje

Sencillo: Uniones rotuladas

Ventajas:

• No altera rigidez del edificio

• No aumenta el corte en la estructura (máxima fuerza elástica esta

desfasada de la máxima fuerza del disipador).

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

EJEMPLO DISIPACIÓN FRICCIONAL

DIS

PO

SIC

IÓN

:

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

CARACTERÍSTICAS DE LA DISIPACIÓN FRICCIONAL

Des

empe

ño

Reducción

Drift:

20% - 40%

Desplaz.

techo:

20% - 35%

Acel. techo:

10% - 20% M

ante

nció

n

Chequeo post

sismo de

tension en

pernos

20-30 USD/m2 Cos

tos

(no incluye

reducción de

costos en la

estructura)

Ree

mpl

azo

No requiere

Mon

taje

Sencillo: Uniones apernadas

Ventajas:

• Bajo Costo.

• Alta durabilidad.

• Gran eficiencia de energía disipada en ciclo Fuerza-Deformación.

AMORTIGUACIÓN DE SINTONIZADA masa

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

Edificio sin AMS Edificio con AMS

AMORTIGUACIÓN DE SINTONIZADA masa

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

EJEMPLO SISTEMA COLGANTE

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

EJEMPLO SISTEMA APOYADO

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

EJEMPLO SISTEMA APOYADO

CO

NS

TR

UC

CIÓ

N I

N-S

ITU

AM

S:

ING

EN

IER

ÍA S

ISM

O R

ESIS

TEN

TE

CARACTERÍSTICAS DE LOS AMS

Des

empe

ño

Reducción

Drift:

25% - 35%

Desplaz.

techo:

20% - 25%

Acel. techo:

15% - 25% M

ante

nció

n

No requiere

Cos

tos

12-20 USD/m2

(no incluye

reducción de

costos en la

estructura)

Ree

mpl

azo

No requiere

Mon

taje

Construcción

in-situ

Ventajas:

• Bajo Costo.

• Permite regular la sintonía del sistema de manera fácil.

• Bajo impacto arquitectónico.

• Se puede utilizar en edificios construidos.

Ingeniería Antisísmica


FACULTAD DE


AISLAMIENTO Sísmico

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

Edificio sin Aislamiento Basal Edificio con Aislamiento Basal

AISLAMIENTO Sísmico

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

EJEMPLO AISLADORES SÍSMICOS - HOSPITAL

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

CO

NS

TR

UC

CIÓ

N

EJEMPLO AISLADORES SÍSMICOS - HOSPITAL

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

DESEMPEÑO – ZONA AISLADA

EJEMPLO AISLADORES SÍSMICOS - MUELLE

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

EJEMPLO AISLADORES SÍSMICOS - MUELLE

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

DESEMPEÑO – ZONA AISLADA

CARACTERÍSTICAS DEL AISLAMIENTO SÍSMICO

Des

empe

ño

Reducción

Drift:

70% - 90%

Desplaz.

techo:

70% - 90%

Acel. techo:

70% - 90% M

ante

nció

n

No requiere

Cos

tos

30-40 USD/m2

(no incluye

reducción de

costos en la

estructura)

Ree

mpl

azo

No requiere

Mon

taje

Construcción

in-situ

Ventajas:

• Control de deformaciones, alta reducción de esfuerzos y aceleraciones en el edificio.

• Genera libertad arquitectónica.

• Se puede utilizar en edificios construidos (gubernamentales, patrimoniales, etc.).

• Solución integral del problema sísmico (estructura, contenidos y continuidad

operacional)

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

COMPORTAMIENTO DINÁMICO

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

Acción del Aislamiento Sísmico (Suelos Firmes o Rocas)

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

Suelos Firmes (SMR2) vs Suelos Blandos (SCT)

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

Elementos Básicos del Aislamiento de Base

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

• Una montura flexible que permita prolongar el periodo fundamental del sistema

aislador estructura.

• Un amortiguador o disipador de energía que permita que los desplazamientos

relativos entre la superestructura y la cimentación puedan ser reducidos y

controlados.

• Un medio que aporte rigidez lateral ante bajos niveles de carga, tales como las

debidas a la acción del viento o a sismos de pequeña o moderada magnitud.

• Un medio que aporte suficiente rigidez y

resistencia ante cargas verticales.

• Capacidad de reserva suficiente (que no

falle abruptamente).

Objetivos del Aislamiento de Base

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

• Disminuir las fuerzas de inercia en la superestructura mediante el incremento del

periodo y del amortiguamiento en estructuras desplantadas en terreno firme.

• Provocar que la superestructura permanezca esencialmente elástica durante un

sismo de gran magnitud, concentrando la respuesta no lineal en el sistema de

aislamiento.

Beneficios del Uso del Aislamiento de Base

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

• Con respecto al diseño convencional desplantada en terreno firme, existen

reducciones importantes en las respuestas dinámicas de la estructura en los

siguientes rubros:

o Cortante basal.

o Distorsiones de entrepiso.

o Aceleraciones de piso.

o Efectos de la torsión.

Limitaciones del Aislamiento de Base

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

• No se recomienda usar en terrenos blandos, ya que existe una gran incertidumbre

del intervalo de periodos donde existirán amplificaciones dinámicas, además de

que pueden existir asentamientos diferenciales que afecten el comportamiento de

los aisladores.

• En estructuras de periodo largo (T>1.5 s), aunque cabe señalar que existe un caso

concreto donde una estructura de periodo largo (Oakland City Hall) fue

rehabilitada con un sistema mixto donde se incluyeron aisladores de base.

• En estructuras esbeltas puede existir alzamiento en el sistema debido a los

momentos de volteo.

ING

EN

IER

ÍA A

NTIS

ÍSM

ICA

“CRITERIOS ESTRUCTURALES DE DISEÑO” - … · depende de la rigidez relativa de vigas y...

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