T-ESPE-047662

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y LA CONSTRUCCIN

CARRERA DE INGENIERA CIVIL

TESIS PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERO CIVIL

AUTOR: TOPN ALBORNOZ, ROBERTO CARLOS

TEMA: REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS CON DISIPADORES DE ENERGA Y REFORZAMIENTO CLSICO APLICADO A UNA

ESTRUCTURA DE LA ESCUELA SUCRE

DIRECTOR: DR. AGUIAR F., ROBERTO

CODIRECTOR: ING. MSC. CANDO L., MANUEL A.

SANGOLQU, ENERO 2014

i

CERTIFICACION

Certifico que el presente trabajo fue realizado en su totalidad por el (los)

Sr(s). ROBERTO CARLOS TOPN ALBORNOZ como requerimiento

parcial a la obtencin del ttulo de INGENIERO CIVIL.

Sangolqu, 07 de febrero de 2014

_____________________________ ___________________________

Dr. Ing. Roberto R. Aguiar F. Ing. Manuel A. Cando L. Msc.

Director de Tesis Codirector de Tes is

REVISADO POR

_____________________________

Ing. Patricio Romero

Director de la Carrera de Ingeniera Civil

ii

AUTORA DE RESPONSABILIDAD

ROBERTO CARLOS TOPN ALBORNOZ

Declaro que:

El proyecto de grado denominado REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS CON DISIPADORES DE ENERGA Y REFORZAMIENTO CLSICO APLICADO A UNA ESTRUCTURA DE LA ESCUELA SUCRE, ha sido realizado en base a una investigacin exhaustiva, respetando derechos intelectuales de terceros, conforme las referencias que constan en las pginas correspondientes, cuyas fuentes se incorporan en la bibliografa.

Consecuentemente este trabajo es de mi autora.

En virtud de esta declaracin, me responsabilizo del contenido, veracidad y alcance cientfico del proyecto de grado en mencin.


_____________________________

ROBERTO C. TOPN A .

iii

AUTORIZACIN

Yo, ROBERTO CARLOS TOPN ALBORNOZ

Autorizo a la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE la publicacin, en la biblioteca virtual de la Institucin, del trabajo REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS CON DISIPADORES DE ENERGA Y REFORZAMIENTO CLSICO APLICADO A UNA ESTRUCTURA DE LA ESCUELA SUCRE, cuyo contenido, ideas y criterios son de mi exclusiva responsabilidad y autora.

En virtud de esta declaracin, me responsabilizo del contenido, veracidad y alcance cientfico del proyecto de grado en mencin.


_____________________________

ROBERTO C. TOPN A .

iv

DEDICATORIA

A mi Seor, por estar en los momentos hermosos de mi vida, por darme las mejores soluciones a mis problemas de cada da, por ser mi luz y m sal, para entregar al mundo, por medio de mis hermanos de la comunidad y pastoral de Sangolqu.

A mi madre Mariana de Jess Albornoz, es la que llena mi alma con su preocupacin por m, que me entrega todo con amor perfecto como solo la Virgen Mara lo sabe hacer.

A mi padre Luis Absaln Topn, que me demuestra cada da lo hermoso de vivir, superando cada da las metas que el Seor nos pone, y por sobre todo por estar conmigo vivo y guindome todava.

A mi hermano Luis Javier, que es al cual nos va a dar la mejor sorpresa dentro de poco con la gua del Seor.

A mis abuelitas, tos, primos y dems familiares, por darme siempre su apoyo y por ensearme muchas cosas bellas de la vida.


v

AGRADECIMIENTO

A mis padres y a mi hermano quienes me entregan su amor y su apoyo incondicional.

A mis abuelitas quienes me formaron con su sabidura y me supieron darme los mejores consejos.

A mis queridos profesores de: Jardn de Infantes Marieta de Veintimilla, Escuela Fiscal Carlos Larco, Colegio Nacional Juan de Salinas, a la Escuela Politcnica del Ejercito por guiarme para llegar a esta meta, en especial por los profesores Dr. Roberto Aguiar, Ing. Manuel Cando, Ing. Patricio Romero, Ing. Jorge Ziga, Ing. Ricardo Duran, Marcelo Guerra y Marcelo Romo quienes fueron los que guiaron esta meta por las diferentes fases de mi vida.


vi

ndice de Contenido ndice de Figuras .................................................................................................................... x

ndice Tablas ........................................................................................................................ xix

LISTADO DE PLANOS ...................................................................................................... xxi

RESUMEN.......................................................................................................................... xxiii

ABSTRACT ........................................................................................................................ xxiv

CAPITULO I ........................................................................................................................... 1

VULNERABILIDAD SSMICA DE LAS ESTRUCTURAS ............................................... 1

1.1. PELIGROSIDAD SSMICA DE QUITO ................................................................. 1

1.1.1. SISMO DE DISEO ................................................................................................. 1

1.1.2. MAPA DE ZONIFICACIN SSMICA PARA DISEO ....................................... 2

1.1.3. SISMOS HISTRICOS DE QUITO ....................................................................... 4

1.1.4. CLASIFICACIN DE LOS SUELOS DE QUITO ................................................. 9

1.2. VULNERABILIDAD SSMICA DE ESTRUCTURAS ......................................... 15

1.2.1 Vulnerabilidad ......................................................................................................... 15

1.2.2 Dao estructural asociado con las fallas del sistema ....................................... 18

1.3. FALLAS FRECUENTES EN ESTRUCTURAS .................................................. 25

1.3.1 Fallas ........................................................................................................................ 25

1.3.2 Modo de falla ........................................................................................................... 25

1.3.3 Configuracin del edificio en planta (Torsin).................................................... 26

1.3.4 Problemas Geotcnicos ........................................................................................ 26

1.3.5 Columnas Cortas .................................................................................................... 27

1.3.6 Piso Blando ............................................................................................................. 28

1.4. NECESIDAD DE REFORZAR LAS ESTRUCTURAS ...................................... 29

1.4.1 Daos Estructurales ............................................................................................... 29

1.4.2 Evaluacin del comportamiento estructural de edificaciones y su posible necesidad de reforzamiento ............................................................................... 31

1.4.3 Examinador ............................................................................................................. 33

1.4.4 Evaluar ..................................................................................................................... 34

CAPITULO II ........................................................................................................................ 36

FUNDAMENTOS DE ANLISIS DINMICO DE ESTRUCTURAS ............................ 36

2.1. CALCULO DE LA MATRIZ DE RIGIDEZ LATERAL ........................................ 36

2.1.1. MATRIZ DE RIGIDEZ DE UN ELEMENTO ....................................................... 36

2.1.2. MATRIZ DE RIGIDEZ DE LA ESTRUCTURA ................................................... 39

2.1.3. MATRIZ DE RIGIDEZ LATERAL ......................................................................... 40

vii 2.2. ENCAMISADO DE COLUMNAS CON ACERO Y CLCULO DE LA

MATRIZ DE RIGIDEZ LATERAL ......................................................................... 43

2.2.1. Refuerzo y reparacin de estructuras ................................................................. 43

2.2.2. Matriz de Rigidez de un elemento encamisado ................................................. 45

2.3. MATRIZ DE RIGIDEZ EN COORDENADAS DE PISO .................................... 48

2.3.1. Definicin ................................................................................................................. 48

2.4. MATRIZ DE MASAS .............................................................................................. 50

2.5. ESPECTRO DE DISEO NEC11 ........................................................................ 52

2.5.1. ESPECTRO ELSTICO DE DISEO ................................................................. 52

2.5.2. Tipos de Perfil de Suelo ........................................................................................ 52

2.5.3. Velocidad media de la onda de corte .................................................................. 55

2.5.4. Nmero medio de golpes del ensayo de penetracin estndar ...................... 57

2.5.5. Resistencia media al corte .................................................................................... 58

2.5.6. COEFICIENTES DE APLIFICACIN O DE AMPLIFICACIN DINMICA DE PERFILES DE SUELO Fa, Fd y Fs ............................................................ 59

2.5.7. ESPECTRO ELSTICO DE DISEO EN ACELERACIONES ....................... 60

2.6. MTODO DE SUPERPOSICIN MODAL ......................................................... 62

CAPITULO III ....................................................................................................................... 68

REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS CON DIAGONALES (REFORZAMIENTO CLSICO) ........................................................................................ 68

3.1. MATRIZ DE RIGIDEZ DE UN PRTICO CON DIAGONALES DE ACERO 68

3.1.1. Descripcin de las diagonales a utilizar .............................................................. 68

3.1.2. Miembros a compresin ........................................................................................ 69

3.1.3. Miembros a tensin o traccin ............................................................................. 70

3.1.4. Matriz de rigidez de la diagonal ........................................................................... 71

3.2. ENCAMISADO DE PIE DE COLUMNA .............................................................. 74

3.2.1. Reforzamiento en pie de columna ....................................................................... 74

3.2.2. Viga de cimentacin ............................................................................................... 74

3.3. COLOCACIN Y FIJACIN DE LAS DIAGONALES ...................................... 79

3.3.1. Estabilizacin de la estructura .............................................................................. 79

3.3.2. Instalacin de diagonales ...................................................................................... 81

3.4. ANCLAJES MECNICOS ..................................................................................... 82

3.4.1. Importancia y Aplicacin ....................................................................................... 82

3.4.2. Instalacin de los Anclajes .................................................................................... 83

3.4.3. Comportamiento carga- desplazamiento de los anclajes ............................... 83

viii 3.4.4. Modos de falla ......................................................................................................... 85

3.5. ANCLAJES QUMICOS ......................................................................................... 86

3.5.1. Definicin de anclajes qumicos ........................................................................... 86

3.5.2. Las Resinas ............................................................................................................. 88

CAPITULO IV ....................................................................................................................... 91

REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGA DE PANDEO RESTRINGIDO BPR .......................................................................................................... 91

4.1. DESCRIPCIN DE LOS DISIPADORES BPR .................................................. 91

4.1.1. Descripcin General .............................................................................................. 91

4.1.2. Sistemas de control de respuesta ssmica ......................................................... 93

4.1.3. Sistemas estructurales en acero .......................................................................... 95

4.1.4. Aplicacin en estructuras existentes ................................................................... 96

4.2. DISIPADOR DE ENERGA PROPUESTO EN EL CEINCI .............................. 97

4.2.1. Descripcin .............................................................................................................. 97

4.3. RIGIDEZ EQUIVALENTE DE DISIPADOR DE ENERGA .............................. 98

4.3.1. Rigidez elstica ....................................................................................................... 98

4.3.2. Rigidez equivalente ................................................................................................ 99

4.4. CLCULO DE AMORTIGUAMIENTO EQUIVALENTE ................................. 100

4.4.1. Amortiguamiento para BPR ................................................................................ 100

4.5. REDUCCIN DEL ESPECTRO ELSTICO POR MEDIO DEL FACTOR B ................................................................................................................................. 101

4.5.1. Factor de reduccin ............................................................................................. 101

CAPITULO V ...................................................................................................................... 103

REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS CON DISIPADORES DE ENERGA VISCOELSTICOS ........................................................................................................... 103

5.1. DESCRIPCIN DEL DISIPADOR PROPUESTO EN EL CEINCI ................ 103

5.1.1. Definicin de disipadores visco elsticos ......................................................... 103

5.1.2. Disipador visco elstico propuesto en el CEINCI ............................................ 106

5.2. CLCULO DE LA MATRIZ DE RIGIDEZ EQUIVALENTE ............................ 108

5.2.1. Rigidez del disipador ............................................................................................ 108

5.3. CLCULO DE LA MATRIZ DE RIGIDEZ LATERAL DE UN PRTICO CON DISIPADORES VISCOELSTICOS........................................................ 110

5.3.1. Matriz de Rigidez Lateral..................................................................................... 110

5.4. CLCULO DEL FACTOR DE AMORTIGUAMIENTO EQUIVALENTE ....... 111

5.4.1. Calculo del amortiguamiento equivalente ......................................................... 111

5.4.2. Factor de Reduccin ............................................................................................ 112

ix CAPITULO VI ..................................................................................................................... 113

APLICACIONES ................................................................................................................ 113

6.1. DESCRIPCIN DE LAS ESTRUCTURAS A REFORZAR ............................ 113

6.1.1. Ubicacin del proyecto ........................................................................................ 113

6.1.2. Caractersticas del suelo ..................................................................................... 114

6.1.3. Caractersticas de los bloques estructurales de la escuela Sucre a reforzar ................................................................................................................ 116

6.1.4. Anlisis estructural del bloque 2 de la escuela Sucre sin reforzar ............... 117

6.1.5. Anlisis estructural del bloque 3 de la escuela Sucre sin reforzar ............... 133

6.2. REFORZAMIENTO CON DIAGONALES (REFORZAMIENTO CLSICO) 149

6.2.1. Anlisis estructural del bloque 2 de la Escuela Sucre .................................... 149


6.3. REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGA BPR ..................... 231



6.4. REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGA VISCOELSTICOS .............................................................................................. 257



6.5. COMPARACIN DE REFORZAMIENTOS REALIZADOS ........................... 283

6.5.1. Comparacin de reforzamientos realizados en el Bloque 2 de la Escuela Sucre .................................................................................................................... 284

6.5.2. Comparacin de reforzamientos realizados en el Bloque 3 de la Escuela Sucre .................................................................................................................... 290

6.5.3. Comparacin de reforzamientos entre Bloque 2 y Bloque 3 de la Escuela Sucre .................................................................................................................... 295

CAPITULO VII.................................................................................................................... 298

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................... 298

7.1. CONCLUSIONES ................................................................................................. 298

7.2. RECOMENDACIONES ....................................................................................... 305

7.3. BIBLIOGRAFA ..................................................................................................... 306

x

ndice de Figuras Figura 1: Ecuador, zonas ssmicas para propsitos de diseo y valor del factor

de zona Z (NEC-11 , 2011) .......................................................................... 3 Figura 2: Sismos registrados antes de 1900 (Quishpe D. & Quishpe M., 2011) ....... 5 Figura 3: Isosistas del sismo de 1938 (Egred & Instituto Geofsico EPN, 1999) ....... 6 Figura 4: Sismicidad registrada de 1998, asociada a las fallas de Quito

(Quishpe D. & Quishpe M., 2011) ............................................................... 7 Figura 5: Zona de subduccin (http://es.wikipedia.org, 2013) ...................................... 8 Figura 6: Isosistas del sismo de Manab 1942 (Observatorio Astronmico , 1942) .. 8 Figura 7: Clasificacin de los suelos de Quito, (EPN, GeoHazards International,

Ilustre Municipio de Quito, Orstom, Oyo Corporation, 1994) ................ 10 Figura 8: Quebradas en el Centro Norte de Quito (Quishpe D. & Quishpe M.,

2011) .............................................................................................................. 11 Figura 9: Zonas susceptibles a licuefaccin e inundaciones (Trmolires &

Aguiar, 2002) ................................................................................................ 11 Figura 10: Estructuras hundidas por la licuefaccin del suelo

(http://noticiasdelaciencia.com, 2011)....................................................... 12 Figura 11: Lneas de falla geolgica (Estefani, 2013) .................................................. 13 Figura 12: Zonificacin bsica de los suelos de Quito. (EPN, GeoHazards

International, Ilustre Municipio de Quito, Orstom, Oyo Corporation, 1994) .............................................................................................................. 13

Figura 13: Sistema de Fallas de Quito. (P.M.A., 2009)................................................ 14 Figura 14: Fuerza y ductilidad de una estructura (Otani, 2007) ................................. 19 Figura 15: Irregularidad vertical tpica del edificio (Otani, 2007) ................................ 23 Figura 16: Excentricidad de centros de la rigidez y de la masa (Otani, 2007) ......... 24 Figura 17: Deformacin plstica en las rtulas plsticas por fluencia y los

mecanismos de colapso (Otani, 2007) ..................................................... 25 Figura 18: Deformacin plstica en las rtulas plsticas por torsin (Aguiar , El

Mega Sismo de Chile 2010 y Lecciones para el Ecuador , 2011)........ 26 Figura 19: Falla por corte de una columna corta (Northridge-1994) .......................... 28 Figura 20: Fallas por Armadura de Confinamiento y Piso Blando (Aguiar , El

Mega Sismo de Chile 2010 y Lecciones para el Ecuador , 2011)........ 29 Figura 21: Sistema de coordenadas locales para un elemento axialmente rgido

(Aguiar, Dinmica de Estructuras con MATLAB, 2007). ........................ 37 Figura 22: Sistema de coordenadas globales para un elemento vertical

totalmente flexible (Aguiar, Dinmica de Estructuras con MATLAB, 2007). ............................................................................................................. 38

Figura 23: Coordenadas a y b de estructura (Aguiar, Dinmica de Estructuras con MATLAB, 2007). ................................................................................... 41

Figura 24: Diagrama de prdida de capacidad en funcin del tiempo (Espeche, Len , & Corres, 2007). ............................................................................... 44

Figura 25: Vista en Planta de columnas que van encamisadas con placas de acero y su seccin equivalente en este sentido de anlisis................. 45

Figura 26: Modelo de piso rgido para anlisis ssmico espacial (Aguiar, Dinmica de Estructuras con MATLAB, 2007). ....................................... 51

Figura 27: Espectro ssmico elstico de aceleraciones que representa el sismo de diseo, (NEC-11 , 2011). ....................................................................... 62

xi Figura 28: Reforzamiento con diagonales para prticos. ........................................... 69 Figura 29: Miembro en compresin de columna aislada (Soto Rodrguez ,

Centro Regional de Desarrollo en Ingeniera Civil, 2005) ..................... 69 Figura 30: Pandeo por flexin (Soto Rodrguez , Centro Regional de Desarrollo

en Ingeniera Civil, 2005) ............................................................................ 70 Figura 31: Miembros a tensin (Soto Rodrguez, Alacero, 2012) .............................. 71 Figura 32: Sistema de coordenadas locales para un elemento de acero. ................ 73 Figura 33: Coordenadas locales de un elemento (Aguiar, Diseo de vigas de

Cimentacin con CEINCI-LAB, 2011) ....................................................... 75 Figura 34: Viga de cimentacin tipo T invertida (Aguiar, Diseo de vigas de

Cimentacin con CEINCI-LAB, 2011) ....................................................... 77 Figura 35: Solicitacin de las diagonales de arriostramiento (DIAS, 1997) .............. 81 Figura 36: Fijacin de las diagonales (Sarmanho Freitas & Moraes de Crasto,

2008). ............................................................................................................. 82 Figura 37: Curvas carga-desplazamiento aceptable y no aceptable (ACI , 2002) .. 84 Figura 38: Modos de falla de los anclajes bajo cargas de traccin (ACI , 2002) ..... 85 Figura 39: Modos de falla de los anclajes bajo cargas de corte (ACI , 2002) .......... 86 Figura 40: Anclajes adheridos tipo anclaje qumico (Zambrano L., 2001) ................ 87 Figura 41: Modos de falla bajo cargas de tensin de sistemas de anclaje

(Zambrano L., 2001) .................................................................................... 87 Figura 42: Resina Sikadur (Nuez & Ponce, 2007) ...................................................... 89 Figura 43: Resina Epoxi (Nuez & Ponce, 2007) ......................................................... 89 Figura 44: Componentes de una barra de pandeo restringido (Palazzo &

Crisafulli, 2013) ............................................................................................. 92 Figura 45: Comportamiento de un arriostramiento comn y de un

arriostramiento de pandeo restringido (Xie, 2005) ................................. 95 Figura 46: Barra de pandeo restringido utilizado en un Bloque estructural de la

Escuela Sucre. ............................................................................................. 98 Figura 47: Comportamiento histertico de BPR. ........................................................... 99 Figura 48: Seccin transversal del disipador de energa visco elstico .................. 106 Figura 49: Vista longitudinal del disipador de energa visco elstico ...................... 107 Figura 50: Disipador: Perfil tubular - placas ................................................................. 108 Figura 51: Elemento Diagonal para el disipador de Energa .................................... 110 Figura 52: Ubicacin del Bloque de la Escuela Sucre ............................................... 114 Figura 53: Perfil Estratigrfico y caractersticas del suelo ......................................... 115 Figura 54: Bloque 2 de la Escuela Sucre ..................................................................... 116 Figura 55: Bloque 3 de la Escuela Sucre ..................................................................... 117 Figura 56: Bloque 2 Fachada Occidente ...................................................................... 118 Figura 57: Bloque 2 Fachada Oriente ........................................................................... 118 Figura 58: Vista en Planta del bloque 2 a analizar sin reforzamiento. ................... 119 Figura 59: Prticos transversales B2 con sus respectivos grados de libertad

sin reforzamiento. ....................................................................................... 119 Figura 60: Prticos transversales B2 con sus respectivos nmero de nodos y

elementos sin reforzamiento. ................................................................... 120 Figura 61: Prticos E, H de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

sin reforzamiento. ....................................................................................... 121

xii Figura 62: Prticos F, J, G, I de B2 con sus respectivas secciones y

dimensiones sin reforzamiento. ............................................................... 122 Figura 63: Prtico K de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones sin

reforzamiento. ............................................................................................. 123 Figura 64: Prticos longitudinales de B2 con sus respectivos grados de

libertad sin reforzamiento. ........................................................................ 124 Figura 65: Prticos longitudinales de B2 con sus respectivos nmero de nodos

y elementos sin reforzamiento. ................................................................ 124 Figura 66: Prticos 12, 14 de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

sin reforzamiento. ....................................................................................... 125 Figura 67: Prticos transversales de B2 del primer piso con sus respectivos

grados de libertad sin reforzamiento. ...................................................... 130 Figura 68: Prticos transversales de B2 del primer piso con sus respectivos

nmero de nodos y elementos sin reforzamiento. ................................ 130 Figura 69: Prticos E, F, G, H, I, J, K de B2 con sus respectivas secciones y

dimensiones sin reforzamiento. ............................................................... 130 Figura 70: Prticos longitudinales de B2 del primer piso con sus respectivos

grados de libertad sin reforzamiento. ...................................................... 131 Figura 71: Prticos longitudinales de B2 del primer piso con sus respectivos

nmeros de nodos y elementos sin reforzamiento. .............................. 131 Figura 72: Prticos 12, 14 de B2 del primer piso con sus respectivas secciones

y dimensiones sin reforzamiento. ............................................................ 131 Figura 73: Rigidez lateral de prticos del primer piso del bloque 2 sin

reforzamiento. ............................................................................................. 132 Figura 74: Fachada Occidente del bloque 3 ................................................................ 133 Figura 75: Fachada Oriente del bloque 3 ..................................................................... 133 Figura 76: Vista en Planta del bloque 3 a analizar sin reforzamiento .................... 134 Figura 77: Prticos transversales de B3 con sus respectivos grados de libertad

sin reforzamiento. ....................................................................................... 134 Figura 78: Prticos transversales de B3 con sus respectivos nmero de nodos

y elementos sin reforzamiento. ................................................................ 135 Figura 79: Prticos E, H de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones

sin reforzamiento. ....................................................................................... 136 Figura 80: Prticos F, G, I de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones

sin reforzamiento. ....................................................................................... 137 Figura 81: Prtico J de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones sin

reforzamiento. ............................................................................................. 137 Figura 82: Prtico K de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones sin

reforzamiento. ............................................................................................. 138 Figura 83: Prticos longitudinales de B3 con sus respectivos grados de libertad

sin reforzamiento. ....................................................................................... 139 Figura 84: Prticos longitudinales de B3 con sus respectivos nmero de nodos

y elementos sin reforzamiento. ................................................................ 139 Figura 85: Prtico 22 de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones sin

reforzamiento. ............................................................................................. 140 Figura 86: Prtico 24 de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones sin

reforzamiento. ............................................................................................. 140

xiii Figura 87: Prticos transversales de B3 del primer piso con sus respectivos

grados de libertad sin reforzamiento. ...................................................... 145 Figura 88: Prticos transversales del primer piso de B3 con sus respectivos

nmero de nodos y elementos sin reforzamiento. ................................ 145 Figura 89: Prticos F, G, I, K del primer piso de B3 con sus respectivas

secciones y dimensiones sin reforzamiento. ......................................... 145 Figura 90: Prticos E, H, J del primer piso de B3 con sus respectivas

secciones y dimensiones sin reforzamiento. ......................................... 146 Figura 91: Prticos longitudinales del primer piso de B3 con sus respectivos

grados de libertad sin reforzamiento. ...................................................... 146 Figura 92: Prticos longitudinales del primer piso de B3 con sus respectivos

nmero de nodos y elementos ................................................................. 146 Figura 93: Prtico 22 de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones sin

reforzamiento. ............................................................................................. 147 Figura 94: Prtico 24 de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones sin

reforzamiento. ............................................................................................. 147 Figura 95: Rigidez lateral de prticos del primer piso del bloque 3 sin

reforzamiento. ............................................................................................. 147 Figura 96: Bloque 2 Fachada Occidente ...................................................................... 149 Figura 97: Bloque 2 Fachada Oriente ........................................................................... 150 Figura 98: Vista en Planta del bloque 2 a analizar con reforzamiento tradicional.150 Figura 99: Columnas encamisadas con placas de acero y su seccin

equivalente de B2 sentido de anlisis transversal. ............................... 151 Figura 100: Prticos transversales de B2 con sus respectivos grados de

libertad con reforzamiento tradicional. .................................................... 151 Figura 101: Prticos transversales de B2 con sus respectivos nmero de nodos

y elementos con reforzamiento tradicional. ........................................... 152 Figura 102: Prtico E de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones con

reforzamiento tradicional. .......................................................................... 153 Figura 103: Prticos F, J de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con reforzamiento tradicional. .................................................................. 162 Figura 104: Prticos G, I de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con reforzamiento tradicional. .................................................................. 163 Figura 105: Prtico H de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones con

reforzamiento tradicional. .......................................................................... 166 Figura 106: Prtico K de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones con

reforzamiento tradicional. .......................................................................... 167 Figura 107: Columnas encamisadas con placas de acero y su seccin

equivalente de B2 sentido de anlisis transversal. ............................... 167 Figura 108: Prticos longitudinales de B2 con sus respectivos grados de libertad

con reforzamiento tradicional. .................................................................. 168 Figura 109: Prticos longitudinales de B2 con sus respectivos nmero de

nodos y elementos con reforzamiento tradicional. ............................... 169 Figura 110: Prtico 11 de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones con

reforzamiento tradicional. .......................................................................... 169 Figura 111: Prtico 12 de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones con

reforzamiento tradicional. .......................................................................... 170

xiv Figura 112: Prtico 14 de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones con

reforzamiento tradicional. .......................................................................... 171 Figura 113: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas

locales del prtico H de B2. ...................................................................... 177 Figura 114: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas

locales de prtico I, G de B2. ................................................................... 177 Figura 115: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas

locales de prtico F, J de B2. ................................................................... 178 Figura 116: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas

locales de prtico E de B2. ....................................................................... 178 Figura 117: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas

locales de prtico K de B2. ....................................................................... 179 Figura 118: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas

locales del prtico 11 de B2. .................................................................... 179 Figura 119: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas


locales del prtico 14 de B2. .................................................................... 180 Figura 121: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales de prtico H de B2................................................ 182 Figura 122: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales de prtico G, I de B2. ........................................... 182 Figura 123: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales de prtico F, J de B2. ........................................... 183 Figura 124: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales de prtico E de B2. ............................................... 183 Figura 125: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales de prtico K de B2. ............................................... 183 Figura 126: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales de prtico 11 de B2. ............................................. 184 Figura 127: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales de prtico 12 de B2. ............................................. 184 Figura 128: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales de prtico 14 de B2. ............................................. 184 Figura 129: Cargas Muerta y Viva de losa para cada prtico en el bloque 2 ......... 185 Figura 130: Cargas en cada losa para prtico 11 de B2 para sacar cargas en

estado 1,2D+1L. ......................................................................................... 188 Figura 131: Combinaciones de cargas para cimentacin de eje 11de B2. .......... 188 Figura 132: Cargas ltimas para cimentacin de eje 11 de B2 .............................. 189 Figura 133: Cargas y Combinaciones de cargas para cimentacin de eje K

de B2. ........................................................................................................... 190 Figura 134: Seccin viga T equivalente de B2 ............................................................ 191 Figura 135: Implantacin de bloque 2 reforzado (ms detalles ver planos

anexos). ....................................................................................................... 192 Figura 136: Viga T invertida eje 11 de B2 (ms detalles ver planos anexos). ...... 193 Figura 137: Viga T invertida y muro eje K de B2 (ms detalles ver planos

anexos). ....................................................................................................... 193

xv Figura 138: Reforzamiento de plintos 14-I, 14-H, 14-G de B2 (ms detalles ver

planos anexos) ........................................................................................... 194 Figura 139: Rigidez de prticos del primer piso de B2 con reforzamiento

tradicional. ................................................................................................... 195 Figura 140: Fachada Occidente del bloque 3 .............................................................. 196 Figura 141: Fachada Oriente del bloque 3 ................................................................... 196 Figura 142: Vista en Planta del bloque 3 a analizar con reforzamiento

tradicional. ................................................................................................... 197 Figura 143: Columnas encamisadas con placas de acero y su seccin

equivalente de B3 sentido de anlisis transversal. ............................... 197 Figura 144: Prticos transversales de B3 con sus respectivos grados de

libertad con reforzamiento tradicional. .................................................... 198 Figura 145: Prticos transversales de B3 con sus respectivos nmero de

nodos y elementos con reforzamiento tradicional. ............................... 198 Figura 146: Prtico E de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

reforzamiento tradicional. .......................................................................... 199 Figura 147: Prtico F de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

reforzamiento tradicional. .......................................................................... 200 Figura 148: Prticos G, I de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones

con reforzamiento tradicional. .................................................................. 200 Figura 149: Prtico H de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

reforzamiento tradicional. .......................................................................... 201 Figura 150: Prtico J de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

reforzamiento tradicional. .......................................................................... 202 Figura 151: Prtico K de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

reforzamiento tradicional. .......................................................................... 202 Figura 152: Columnas que van encamisadas con placas de acero y su

seccin equivalente de B3 sentido de anlisis longitudinal. .............. 203 Figura 153: Prticos longitudinales de B3 con sus respectivos grados de

libertad con reforzamiento tradicional. .................................................... 203 Figura 154: Prticos longitudinales de B3 con sus respectivos nmero de

nodos y elementos con reforzamiento tradicional. ............................... 204 Figura 155: Prtico 21 de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

reforzamiento tradicional. .......................................................................... 204 Figura 156: Prtico 22 de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones

con reforzamiento tradicional. .................................................................. 205 Figura 157: Prtico 24 de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones

con reforzamiento tradicional. .................................................................. 206 Figura 158: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas

locales de prtico E de B3. ....................................................................... 210 Figura 159: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas

locales de prtico F de B3. ....................................................................... 211 Figura 160: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas

locales de prtico G, I de B3. ................................................................... 211 Figura 161: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas

locales de prtico H de B3. ....................................................................... 212

xvi Figura 162: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas

locales de prtico J B3. ............................................................................. 212 Figura 163: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas

locales de prtico K de B3. ....................................................................... 213 Figura 164: Fuerzas finales por sismo en cada elemento en coordenadas



locales del prtico 24 de B3. .................................................................... 217 Figura 167: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales del prtico E de B3. .............................................. 217 Figura 168: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales del prtico F de B3. .............................................. 218 Figura 169: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales del prtico G, I de B3. .......................................... 218 Figura 170: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales del prtico H de B3. .............................................. 218 Figura 171: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales del prtico J de B3................................................ 219 Figura 172: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales del prtico K de B3. .............................................. 219 Figura 173: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales del prtico 21 de B3. ............................................ 219 Figura 174: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales del prtico 22 de B3. ............................................ 220 Figura 175: Fuerzas finales por sismo en cada base de columna en

coordenadas locales del prtico 24 de B3 ............................................. 220 Figura 176: Cargas en cada losa para prtico 21 de B3 para sacar cargas en

estado 1,2D+1L. ......................................................................................... 221 Figura 177: Combinaciones de cargas para cimentacin de eje 21 de B3. ......... 222 Figura 178: Cargas ltimas para cimentacin de eje 21 del bloque 3. ................. 223 Figura 179: Cargas y Combinaciones de cargas para cimentacin de eje K

del bloque3. ................................................................................................. 225 Figura 180: Seccin viga T equivalente de B3 ............................................................ 226 Figura 181: Implantacin de bloque 3 reforzado (ms detalles ver planos

anexos). ....................................................................................................... 227 Figura 182: Viga T invertida eje 21 (ms detalles ver planos anexos). .................. 228 Figura 183: Viga T invertida eje K (ms detalles ver planos anexos). ................... 228 Figura 184: Reforzamiento de plintos 24-J, 24-F, 24-E (ms detalles ver

planos anexos) ........................................................................................... 229 Figura 185: Rigidez de prticos del primer piso de B3 con reforzamiento

tradicional. ................................................................................................... 230 Figura 186: Vista en Planta del bloque 2 a analizar con BPR. ................................ 231 Figura 187: Prtico E de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones con

BPR. ............................................................................................................. 232

xvii Figura 188: Prticos F, J de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con BPR. ..................................................................................................... 232 Figura 189: Prticos G, I de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con BPR. ..................................................................................................... 233 Figura 190: Prtico H de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con BPR. ..................................................................................................... 234 Figura 191: Prtico K de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con BPR. ..................................................................................................... 234 Figura 192: Rigidizador BPR (Barras de Pandeo Restringido) ................................. 235 Figura 193: Comportamiento histertico del Rigidizador BPR.................................. 236 Figura 194: Prtico 11 de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con BPR. ..................................................................................................... 238 Figura 195: Prtico 12 de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con BPR. ..................................................................................................... 238 Figura 196: Prtico 14 de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con BPR. ..................................................................................................... 239 Figura 197: Rigidez de prticos del primer piso de B2 con BPR. ............................ 243 Figura 198: Vista en Planta del bloque 3 a analizar con BPR ................................. 245 Figura 199: Prtico E de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones

con BPR. ..................................................................................................... 245 Figura 200: Prtico F de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones

con BPR. ..................................................................................................... 246 Figura 201: Prticos G, I de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones

con BPR. ..................................................................................................... 247 Figura 202: Prtico H de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones

con BPR. ..................................................................................................... 247 Figura 203: Prtico J de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones

con BPR. ..................................................................................................... 248 Figura 204: Prtico K de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

BPR. ............................................................................................................. 249 Figura 205: Prtico 21 de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con



BPR. ............................................................................................................. 251 Figura 208: Rigidez de prticos del primer piso de B3 con BPR .............................. 256 Figura 209: Vista en Planta del bloque 2 a analizar con disipadores

viscoelsticos. ............................................................................................. 257 Figura 210: Prtico E de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones con

disipadores visco elsticos. ...................................................................... 258 Figura 211: Prticos F, J de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con disipadores visco elsticos. .............................................................. 258 Figura 212: Prticos G, I de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con disipadores visco elsticos. .............................................................. 259 Figura 213: Prtico H de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con disipadores visco elsticos. .............................................................. 260

xviii Figura 214: Prtico K de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con disipadores visco elsticos. .............................................................. 260 Figura 215: Disipador Visco elstico ............................................................................. 261 Figura 216: Prtico 11 de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con disipadores viscoelsticos. ................................................................ 262 Figura 217: Prtico 12 de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con disipadores visco elsticos. .............................................................. 263 Figura 218: Prtico 14 de B2 con sus respectivas secciones y dimensiones

con disipadores visco elsticos. .............................................................. 264 Figura 219: Rigidez de prticos del primer piso de B3 con disipadores

viscoelsticos. ............................................................................................. 269 Figura 220: Vista en Planta del bloque 3 a analizar con disipadores

viscoelsticos. ............................................................................................. 271 Figura 221: Prtico E de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

disipadores viscoelsticos. ....................................................................... 271 Figura 222: Prtico F de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

disipadores visco elsticos. ...................................................................... 272 Figura 223: Prticos G, I de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones

con disipadores visco elsticos. .............................................................. 273 Figura 224: Prtico H de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

disipadores visco elsticos. ...................................................................... 273 Figura 225: Prtico J de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

disipadores visco elsticos. ...................................................................... 274 Figura 226: Prtico K de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

disipadores visco elsticos. ...................................................................... 275 Figura 227: Prtico 21 de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

disipadores viscoelsticos. ....................................................................... 276 Figura 228: Prtico 22 de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

disipadores visco elsticos. ...................................................................... 276 Figura 229: Prtico 24 de B3 con sus respectivas secciones y dimensiones con

disipadores visco elsticos. ...................................................................... 277 Figura 230: Rigidez de prticos del primer piso de B3 con disipadores

viscoelsticos. ............................................................................................. 281 Figura 231: Ubicacin de centro de rigidez en planta. ............................................... 299

xix

ndice Tablas Tabla 1: Valores del Factor Z en funcin de la zona ssmica adoptada ...................... 3 Tabla 2: Clasificacin de los perfiles de suelo. .............................................................. 54 Tabla 3: Tipo de suelo Factores de sitio Fa. .................................................................. 59 Tabla 4: Tipo de suelo Factores de sitio Fd. .................................................................. 59 Tabla 5: Tipo de suelo Factores del comportamiento inelstico del subsuelo Fs. ... 60 Tabla 6: Expresiones finales de la solucin de una viga de cimentacin. ................ 77 Tabla 7: Formulario para calcular las constantes de integracin. .............................. 79 Tabla 8: Valores del coeficiente ................................................................................. 102 Tabla 9: Valores del coeficiente B .................................................................................. 112 Tabla 10. Resultados de anlisis transversal de Bloque 2 sin reforzamiento........ 128 Tabla 11. Resultados de anlisis longitudinal de Bloque 2 sin reforzamiento. ....... 129 Tabla 12. Resultados de anlisis transversal de Bloque 3 sin reforzamiento........ 143 Tabla 13. Resultados de anlisis longitudinal de Bloque 3 sin reforzamiento. ....... 144 Tabla 14. Resultados de anlisis transversal con reforzamiento tradicional de

Bloque 2 ............................................................................................................ 174 Tabla 15. Fuerzas y momentos finales por sismo en cada elemento del prtico

H de B2 en coordenadas locales FF ............................................................ 174 Tabla 16. Resultados de anlisis longitudinal con reforzamiento tradicional de


11 de B2 en coordenadas locales ................................................................ 181 Tabla 18. Fuerzas y Momentos Finales para diseo de la cimentacin del

portico11 ........................................................................................................... 185 Tabla 19. Resultados de anlisis transversal con reforzamiento tradicional de


E en coord. locales.......................................................................................... 210 Tabla 21. Resultados de anlisis longitudinal con reforzamiento tradicional de


21 en coord. locales ........................................................................................ 215 Tabla 23. Fuerza y momento ltimo por sismo para diseo de cimentacin del

prtico 21 .......................................................................................................... 220 Tabla 24. Fuerza y momento ltimo por sismo para diseo de cimentacin del

prtico K ............................................................................................................ 224 Tabla 25. Resultados de anlisis transversal con reforzamiento BPR de

Bloque 2 ............................................................................................................ 241 Tabla 26. Resultados de anlisis longitudinal con reforzamiento BPR de

Bloque 2 ............................................................................................................ 243 Tabla 27. Resultados de anlisis transversal con reforzamiento BPR de

Bloque 3 ............................................................................................................ 253 Tabla 28. Resultados de anlisis longitudinal con reforzamiento BPR de

Bloque 3 ............................................................................................................ 255 Tabla 29. Resultados de anlisis transversal con reforzamiento de disipadores

visco elsticos de Bloque 2 ........................................................................... 267

xx Tabla 30. Resultados de anlisis longitudinal con reforzamiento de disipadores

visco elsticos de Bloque 2 ........................................................................... 269 Tabla 31. Resultados de anlisis transversal con reforzamiento de disipadores

visco elsticos de Bloque 3 ........................................................................... 279 Tabla 32. Resultados de anlisis longitudinal con reforzamiento de disipadores

visco elsticos de Bloque 3 ........................................................................... 281 Tabla 33. Resultados para Comparacin entre diagonales de acero y

diagonales BPR del bloque 2 ........................................................................ 284 Tabla 34. Resultados para Comparacin entre diagonales de acero y

disipadores de energa viscoelsticos del bloque 2 .................................. 286 Tabla 35. Resultados para Comparacin entre diagonales con BPR y

disipadores de energa viscoelsticos del bloque 2 .................................. 288 Tabla 36. Resultados para Comparacin entre diagonales de acero y

diagonales con BPR del bloque 3 ............................................................... 290 Tabla 37. Resultados para Comparacin entre diagonales de acero y

disipadores de energa viscoelsticos del bloque 3 .................................. 292 Tabla 38. Resultados para Comparacin entre diagonales con BPR y

disipadores de energa viscoelsticos del bloque 3 .................................. 294 Tabla 39. Resultados para Comparacin entre bloque 2 y bloque 3 de

reforzamiento con diagonales de acero....................................................... 295 Tabla 40. Resultados para Comparacin entre bloque 2 y bloque 3 de

reforzamiento con diagonales BPR .............................................................. 296 Tabla 41. Resultados para Comparacin entre bloque 2 y bloque 3 de

reforzamiento con disipadores de energa visco elsticos ....................... 297

xxi

LISTADO DE PLANOS

CAPITULO VI

DISEO Y DIBUJO DEL PROYECTO HORIZONTAL Y VERTICAL

VI - 01 Diseo de viga de cimentacin del Eje 11 del bloque 2 de la Escuela

Sucre

VI - 02 Diseo de viga de cimentacin del Eje K del bloque 2 de la Escuela

Sucre

VI - 03 Diseo de encamisado de cimentacin G14, H14, I14 de la Escuela

Sucre

VI - 04 Reforzamiento de los Prticos 11 y 14 con Diagonales de acero del

bloque 2 de la Escuela Sucre

VI - 05 Reforzamiento de los Prticos 11 y 14 con BPR del bloque 2 de la

Escuela Sucre

VI - 06 Reforzamiento de los Prticos 11 y 14 con Disipadores Viscoelsticos

del bloque 2 de la Escuela Sucre

VI - 07 Diseo de viga de cimentacin del Eje 21 del bloque 3 de la Escuela

Sucre

VI - 08 Diseo de viga de cimentacin del Eje K del bloque 3 de la Escuela

Sucre

VI - 09 Diseo de encamisado de cimentacin E14, F14, J14 de la Escuela

Sucre

VI - 10 Reforzamiento de los Prticos 21 y 24 con Diagonales de acero del

bloque 3 de la Escuela Sucre

xxii

VI - 11 Reforzamiento de los Prticos 21 y 24 con BPR del bloque 3 de la

Escuela Sucre

VI - 12 Reforzamiento de los Prticos 21 y 24 con Disipadores Viscoelsticos

del bloque 3 de la Escuela Sucre

xxiii

RESUMEN En esta tesis se realiza el estudio de Reforzamientos de las Estructuras del

Bloque 2 y del Bloque 3 de la Escuela Sucre, se presentan tres alternativas

der reforzamiento, ms concretamente el presente trabajo trata los siguientes

aspectos a continuacin descritos: Se realiza el estudio de vulnerabilidad y

reforzamiento ssmico de dos estructuras, en cada una de ellas se proponen

3 alternativas de reforzamientos con; diagonales de acero, con barras de

pandeo restringido y con disipadores de energa viscoelsticos en el cual se

selecciona el mejor reforzamiento. Para el presente trabajo se hizo uso del

anlisis ssmico pseudo espacial con el mtodo de superposicin modal y se

utiliza el espectro de diseo NEC-11, adems se realiza control en el anlisis,

como es la Deriva de piso.

PALABRAS CLAVES VULNERABILIDAD SSMICA NEC-11 REFORZAMIENTO CLSICO DISIPADORES DE ENERGA BPR DISIPADORES DE ENERGA VISCOELSTICOS

xxiv

ABSTRACT

In this thesis study Reinforcements Structures of Block 2 and Block 3 of Sucre

School is made, three alternatives der reinforcement, this study specifically

addresses the following issues described below: Performed the vulnerability

study and two seismic reinforcement structures, in each three alternatives are

proposed reinforcement; diagonal steel rods restricted with buckling and

viscoelastic energy dissipators in which the best reinforcement is selected. For

the present work using the pseudo spatial seismic analysis with modal

superposition method was made and the design spectrum NEC-11 is used,

also control the analysis is performed, as is the drift floor.

KEYWORDS

SEISMIC VULNERABILITY NEC-11 REINFORCEMENT CLASSIC RBB ENERGY DISSIPATORS VISCOELASTIC ENERGY DISSIPATORS

1

CAPITULO I

VULNERABILIDAD SSMICA DE LAS ESTRUCTURAS

En este captulo se explica la necesidad de reforzar las estructuras, las

fallas que se producen por fuerzas ssmicas, la necesidad de reforzamiento

para prevenir desastres naturales, en la que se toma la precaucin de

reforzamiento por la localizacin de la estructuras del bloque 2 y del bloque 3

de la Escuela Sucre que se encuentran en zona de alto peligro, para poder

preservar la integridad de sus ocupantes.

1.1. PELIGROSIDAD SSMICA DE QUITO

1.1.1. SISMO DE DISEO

Terremoto que tiene una probabilidad del 10% de ser excedido en 50

aos, equivalente a un periodo de retorno de 475 aos, determinado bien a

partir de un anlisis de la peligrosidad ssmica del sitio de emplazamiento de

la estructura, o a partir de un mapa de peligro ssmico. Para representar este

terremoto, puede utilizarse un grupo de acelerogramas que presenten

propiedades dinmicas representativas de las caractersticas tectnicas,

geolgicas y geotcnicas del sitio. Los efectos dinmicos del sismo de diseo

pueden representarse mediante un espectro de respuesta para diseo (NEC-

11 , 2011).

2

1.1.2. MAPA DE ZONIFICACIN SSMICA PARA DISEO

El sitio donde se construir la estructura determinara una de las seis

zonas ssmicas del Ecuador, caracterizada por el valor del factor de zona Z,

de acuerdo el mapa de la Figura 1. El valor de Z de cada zona representa la

aceleracin mxima en roca esperada para el sismo de diseo, expresada

como fraccin de la aceleracin de la gravedad. Todo el territorio ecuatoriano

est catalogado como de amenaza ssmica alta, con excepcin del nororiente

que presenta una amenaza ssmica intermedia y del litoral ecuatoriano que

presenta una amenaza ssmica muy alta (Tabla 1).

El mapa de zonas ssmicas para propsitos de diseo proviene de un

estudio completo que considera fundamentalmente los resultados de los

estudios de peligro ssmico del Ecuador actualizados al ao 2011, as como

tambin ciertos criterios adicionales que tienen que ver principalmente con la

uniformidad del peligro de ciertas zonas del pas, criterios de practicidad en el

diseo, proteccin de ciudades importantes, irregularidad en curvas de

definicin de zonas ssmicas, suavizado de zonas de limites inter-zonas y

compatibilidad con mapas de peligro ssmico de los pases vecinos.

El mapa reconoce el hecho de que la subduccin de la Placa de Nazca

dentro de la Placa Sudamericana es la principal fuente de generacin de

energa ssmica en el Ecuador. A este hecho se aade un complejo sistema

de falla miento local superficial que produce sismos importantes en gran parte

del territorio ecuatoriano (NEC-11 , 2011).

3

El estudio de peligro ssmico fue realizado de manera integral para todo

el territorio nacional, de acuerdo con las metodologas actuales usadas a nivel

mundial y a la disponibilidad de la informacin a nivel local, incluyendo:

La evaluacin de los principales eventos histricos acompaada de un

estudio moderno de reevaluacin de la magnitud y localizacin de dichos

eventos utilizando el mtodo de Bakun & Wentworth (Beauval C., et al., 2010)

Figura 1: Ecuador, zonas ssmicas para propsitos de diseo y valor del factor de zona Z (NEC-11 , 2011)

Tabla 1: Valores del Factor Z en funcin de la zona ssmica adoptada

Zona Ssmica I II III IV V VI

Valor factor Z 0.15 0.25 0.30 0.35 0.40 0.50

Caracterizacin de la amenaza ssmica

Intermedia Alta Alta Alta Alta Muy Alta

Fuente: (NEC-11 , 2011)

4

1.1.3. SISMOS HISTRICOS DE QUITO

1.1.3.1. Sismo de 1541

En el ao de 1541 se produjo un terremoto muy fuerte que afect a la

provincia de Quijos, en las cercanas del Antisana (Wolf, 1892). Segn el

CERESIS (1985) la intensidad en sitio fue de IX grados en escala MKS (1964).

Por lo que en Quito la intensidad puede haber llegado a VII grados en escala

MKS (1964), (Del Pino & Yepes, 1990).

1.1.3.2. Sismo de 1587 La intensidad de este evento pudo haber llegado a Quito con VIII grados

MKS(1964). Se reportaron numerosos daos en las iglesias como San

Agustn, San Francisco, la Merced, y el colapso de la iglesia de Santo

Domingo. Se cree que la falla activa de Quito fue la responsable de este

terremoto (Del Pino & Yepes, 1990).

1.1.3.3. Sismos antes de 1900

Se puede ver en resumen algunos sismos antes de 1900, En la Figura 2

se puede sismos histricos registrados antes de 1900 con intensidades de M

mayor o igual a 5 (Quishpe D. & Quishpe M., 2011).

5

Figura 2: Sismos registrados antes de 1900 (Quishpe D. & Quishpe M., 2011)

1.1.3.4. Sismos Asociados a Fallas Superficiales

1.1.3.2.1. Sismo de 1938

Pese a ser un sismo superficial, no se ha determinado un rasgo

geomorfolgico que atribuya su origen. Se lo menciona, debido a la expansin

urbana de la ciudad de Quito hacia el Valle de los Chillos. El 9 de agosto de

1938, el Observatorio Astronmico registr un sismo de magnitud 7.10. El

epicentro fue localizado en las cercanas de Alangas y El Tingo.

Aproximadamente a 15 Km de la ciudad de Quito. Afect a Sangolqu, con

una intensidad VII en escala MSK (Egred & Instituto Geofsico EPN, 1999).

6

Figura 3: Isosistas del sismo de 1938 (Egred & Instituto Geofsico EPN,

1999)

1.1.3.2.2. Sismos de 1998

La poblacin de Quito en 1998 la Ex Defensa Civil no le dio mayor

importancia a 12 sismos superficiales con magnitud entre 4 y 5, que se

registraron en la ciudad y estn asociados a las Fallas de Quito. Algunos

autores los consideraron como premonitores de un gran sismo que a lo mejor

se registraba. Los sismos registrados en 1998, estn asociados a la Falla de

Quito (Quishpe D. & Quishpe M., 2011).

7

Figura 4: Sismicidad registrada de 1998, asociada a las fallas de Quito

(Quishpe D. & Quishpe M., 2011)

1.1.3.5. Sismos de Subduccin que pueden afectar a Quito

La subduccin de placas es el proceso de hundimiento de una placa

litosfrica bajo otra en un lmite convergente, segn la teora de tectnica de

placas. La subduccin ocurre a lo largo de amplias zonas de subduccin que

en el presente se concentran en las costas del ocano Pacfico en el llamado

cinturn de fuego del Pacfico pero tambin hay zonas de subduccin en

partes del Mar Mediterrneo, las Antillas, las Antillas del Sur y la costa ndica

de Indonesia. La subduccin es causada por dos fuerzas tectnicas una que

proviene del empuje de las dorsales meso-ocenicas y otra que deriva del jale

de bloques (http://es.wikipedia.org, 2013).

8

Figura 5: Zona de subduccin (http://es.wikipedia.org, 2013)

Se tiene el sismo de subduccin que pudo afectar a Quito.

1.1.3.6. Sismo de 1942

ste sismo de subduccin ocurri frente a las costas de Manab, el 13 de

mayo de 1942; con una magnitud de MW=7.9 a una profundidad focal de 50

km con una duracin de entre 3 y 4 minutos, las coordenadas epicentrales

son: -0.01S; -81.12W (Aguiar , El Mega Sismo de Chile 2010 y Lecciones

para el Ecuador , 2011).

Figura 6: Isosistas del sismo de Manab 1942 (Observatorio Astronmico ,

1942)

9

1.1.4. CLASIFICACIN DE LOS SUELOS DE QUITO

1.1.4.1. Estudio realizado en 2002

En el trabajo realizado por Valverde et al. (2002) se ampla notablemente

el rea de estudio como se aprecia en la Figura 7 y basa su estudio en el

trabajo realizado por la EPN et al. (1994) De acuerdo a este estudio no existe

perfil de suelos S4. Esto se debe a que no consideraron la presencia de las

quebradas, las mismas que en su mayor parte se rellenaron en forma anti

tcnica y porque piensan que en Quito no hay zonas de licuefaccin. Al

margen del trabajo presentado por Valverde et al. (2002) se puede manifestar

que los suelos de Quito son muy resistentes ya que se asientan sobre

Cangahua. nicamente en el Sur de Quito, en el sector de Turubamba los

suelos tienen poca resistencia a la compresin a esta zona se la considere

como un perfil de suelo tipo S3 como se aprecia en la Figura 7 (Valverde,

Fernndez, Jimnez, Vaca, & Alarcn, 2002).

10

Figura 7: Clasificacin de los suelos de Quito, (EPN, GeoHazards

International, Ilustre Municipio de Quito, Orstom, Oyo Corporation, 1994)

1.1.4.2. Quebradas de Quito

La mayor parte de las Quebradas que llegan a Quito, provienen del

Pichincha y son los cauces por los cuales fluyen las aguas. Con el paso del

tiempo estas quebradas han sido rellenadas, no en forma tcnica pero, con el

paso del tiempo, se han ido consolidando. Es importante conocer los sitios

donde se encuentran las quebradas y de acuerdo a la normativa del CEC-

2000 corresponden a un suelo tipo S4. Con este antecedente en la Figura 8

se presentan las quebradas de Quito, comprendidas entre las latitudes: 9985000

(Aeropuerto) y 9975000 (Panecillo) y entre las longitudes 775000 y 773000, con el

propsito de visualizar el Centro Norte de Quito (Quishpe D. & Quishpe M.,

2011).

11

Figura 8: Quebradas en el Centro Norte de Quito (Quishpe D. & Quishpe

M., 2011)

1.1.4.3. ZONAS DE LICUEFACCIN

La licuefaccin es considerada como un fenmeno, en el cual por accin

de las ondas ssmicas en reas donde el material granular no consolidado

est saturado; se produce la reduccin de la resistencia y rigidez del suelo

debido al aumento de la presin de poros de lo cual se producen volcamientos

de las diferentes estructuras de edificios (Quishpe D. & Quishpe M., 2011).

Figura 9: Zonas susceptibles a licuefaccin e inundaciones (Trmolires &

Aguiar, 2002)

12

Antes que descartar el peligro de licuefaccin de los suelos de Quito es

conveniente estudiar con ms detenimiento los sitios indicados en la Figura 9,

ya que este tipo de suelos durante un sismo pierden su capacidad al corte y

las estructuras se vuelcan; numerosos son los casos de colapsos de

estructuras por este motivo, por ejemplo dos recientes son el sismo de Per

de 2007 y Chile de 2010 en los cuales se produjeron dichos colapsos

(Tavera, Bernal J., & Salas H., 2008), (Sarrazn, 2010).

Figura 10: Estructuras hundidas por la licuefaccin del suelo

(http://noticiasdelaciencia.com, 2011)

1.1.4.4. FALLA GEOLGICA DE QUITO

Una falla geolgica es una discontinuidad de la corteza terrestre que

ocurre de forma natural por la propagacin de una fractura en una estructura

de roca de la corteza por la aplicacin de una energa cintica en dicho cuerpo,

generalmente proveniente del calor generado en el ncleo de la Tierra o por

el enfriamiento y calentamiento de la litsfera por su interaccin con la energa

proveniente del Sol. Se le llama lnea de falla al trazo superficial de una falla

en donde intersectan los planos de la falla y la superficie de la Tierra. Los dos

lados de una falla no vertical se conocen como bloque colgante (al que est

13

por encima del plano de la falla) y bloque yaciente (al que est por debajo

del plano de falla). (Estefani, 2013).

Figura 11: Lneas de falla geolgica (Estefani, 2013)

Debido a que son fallas inversas, las cuencas de Quito y San Antonio se

levantaron del resto del callejn interandino en una altura que est entre los

400 y 500 m. Consecuencia de este levantamiento se tiene material lacustre,

palustre y fluviales dentro de las cuencas, se identific con la letra (L) en la

Figura 12 intercalados con ceniza volcnica y pmez fruto de las erupciones

de los volcanes Guagua Pichincha, Cotopaxi, Pululahua, Ninahuilca y

Quilotoa (Alvarado, 1996).

Figura 12: Zonificacin bsica de los suelos de Quito. (EPN, GeoHazards International, Ilustre Municipio de Quito, Orstom, Oyo Corporation, 1994)

14

En la Figura 13 se indica este sistema de fallas ciegas en unas partes o

que tienen un ligero afloramiento en otras. Las lneas entrecortadas limitan las

zonas de pliegue y dentro de ellas se observan las zonas de: deslizamiento;

eje anticlinal; falla inversa. Morfolgicamente el sistema de fallas de Quito,

est compuesto por las siguientes colinas alargadas: El Tabln; San Miguel;

Puengas; La Bota - El Batn - Lumbis; El Colegio El Inca; Catequilla

Bellavista (P.G.M., 2009).

Figura 13: Sistema de Fallas de Quito. (P.M.A., 2009)

15

1.2. VULNERABILIDAD SSMICA DE ESTRUCTURAS

1.2.1 Vulnerabilidad

La vulnerabilidad ssmica de una estructura, grupo de estructuras o de

una zona urbana completa, se define como su predisposicin intrnseca a

sufrir dao ante la ocurrencia de un movimiento ssmico y est asociada

directamente con sus caractersticas fsicas y estructurales de diseo (Barbat

& Cardona, 1998).

El concepto de vulnerabilidad ssmica es indispensable en estudios sobre

riesgo ssmico y para la mitigacin de desastres por terremotos. Se entiende

por riesgo ssmico, el grado de prdidas esperadas que sufren las estructuras

durante el lapso de tiempo que permanecen expuestas a la accin ssmica. A

dicho lapso de tiempo se le denomina periodo de exposicin o periodo de vida

til de la estructura. Por otra parte, la mitigacin de los desastres, en el mbito

de la ingeniera, corresponde a la totalidad de las acciones que tienen como

objetivo la mejora del comportamiento ssmico de los edificios de una zona,

a fin de reducir los costes de los daos esperados durante un terremoto

(Barbat & Cardona, 1998).

La respuesta ssmica de un edificio es influenciada por:

a) Caractersticas del movimiento del terremoto (contenido de la

frecuencia y distribucin de amplitudes grandes con tiempo, intensidad)

b) La configuracin estructural (la excentricidad entre el centro de

falla frgil y la masa, la distribucin de la falla frgil a lo largo de la altura)

16

c) Las caractersticas dinmicas (perodo fundamental y el

amortiguamiento)

d) Fuerza lateral

e) Capacidad a la deformacin de elementos estructurales

f) Cimentacin, condiciones del suelo

g) Calidad de la ejecucin

h) Edad y mantenimiento estructurales

i) Daos estructurales en eventos pasados.

Aunque la seal de la aceleracin de un movimiento del suelo por el

terremoto aparece ser aleatorio, la seal contiene perodos de vibracin

dominantes especiales, representando las condiciones del suelo en el lugar

de la estructura. La respuesta del movimiento del terreno en amplitud de la

aceleracin es generalmente largo en un rango de periodo menor que 0,5seg

aproximadamente, y se decae con la longitud del periodo. Por lo tanto, la

respuesta de la aceleracin, correspondiendo a las fuerzas de inercia, es

generalmente grande para las estructuras de corto perodo natural.

Las fuerzas de inercia en direcciones horizontales y verticales se

desarrollan con la vibracin de una estructura. Las fuerzas de inercia

verticales son desarrolladas por la vibracin vertical de una estructura

causada por el movimiento de tierra vertical y tambin por la vibracin de las

losas del piso.

La parte dominante de dao estructural es causada por las fuerzas

horizontales de inercia asociadas a la vibracin lateral. La amplitud de las

17

fuerzas de inercia es proporcional a la masa que vibra de una estructura y la

aceleracin de respuesta. Las estructuras pesadas, tales como casas de

adobe y construccin de concreto reforzado, absorben fuerzas de inercia ms

grandes durante un terremoto. Una mnima resistencia debe ser proveda para

resistir fuerzas horizontales y verticales de inercia.

Para una duracin dada de un movimiento telrico, la estructura de corto

perodo natural es sujeta a ms ciclos de la oscilacin; es decir, la estructura

de corto perodo natural aparece ser ms susceptible al dao. Sin embargo,

el peso de dichas estructuras; tpicamente edificio de baja altura, es ligera y

como una ligera puede ser fcilmente proveda con fuerza lateral grandes para

resistir fuerzas de inercia ssmicas inducidas. Por otra parte, el perodo

fundamental de un edificio de techo alto es largo y la amplitud de la

aceleracin de la respuesta de un sistema del largo-perodo es relativamente

pequea. Sin embargo, la gran cantidad de peso de un edificio alto atrae

fuerzas laterales significativas durante un terremoto y es posible que

aparezcan ms daos.

La tarea ms importante de la ingeniera ssmica es reducir las muertes

en los terremotos. La ingeniera ssmica, sin embargo, no es ciencia pura, sino

ha sido desarrollada con la observacin de los tipos de fallas en las

construcciones debido a los terremotos (Otani, 2007).

18

1.2.2 Dao estructural asociado con las fallas del sistema

Los patrones similares de la falla de edificios se han observado en varias

ocasiones en la investigacin de daos de ltimos terremotos. Los requisitos

del diseo se han mejorado con el desarrollo de la nueva tecnologa y del

conocimiento para la proteccin de nuevas construcciones. Sin embargo, la

ms antigua construccin, diseada y construida usando tecnologa antigua,

es susceptible a los mismos patrones ssmicos de daos observados de

futuros sismos (Otani, 2007).

1.2.2.1 Capacidad de la fuerza y de la deformacin Una estructura no falla siempre inmediatamente cuando la accin alcanza

la fuerza (capacidad que resiste del mximo) de una estructura (Figura 14).

Una estructura colapsa cuando la capacidad de la deformacin se alcanza en

miembros que llevan de la carga vertical, tales como columnas y muros.

Una gran capacidad de deformacin despus de alcanzar la fuerza,

conocida comnmente como ductilidad, se puede obtener en miembros

estructurales para poder retrasar el colapso incluso despus que se

desarrollen daos estructurales significativos. La localizacin de la formacin

de la posible rtula plstica es normalmente en los extremos de las vigas

(concepto columna fuerte viga dbil) en diseo para alcanzar una estructura

dctil, previniendo todos los modos de falla frgil prematuros en miembros

estructurales. Una resistencia lateral ms alta para un fuerza-tipo estructura

es proporcionada normalmente por los muros estructurales (Otani, 2007).

19

Figura 14: Fuerza y ductilidad de una estructura (Otani, 2007)

Los modos de la falla frgil se deben prevenir en miembros que portan la

carga vertical. Si los modos de falla frgil no se pueden prevenir en la

construccin, despus ms arriba la fuerza debe ser proporcionada. Las

casas de adobe tienen masa pesada, pero fuerza lateral baja y poca

capacidad de la deformacin; se derrumban precipitadamente cuando las

fuerzas de la inercia asociadas a la masa pesada exceden la fuerza lateral

baja de los muros de adobe.

El dao estructural, tambin como el dao de elementos no estructurales,

de un edificio con alta resistencia lateral (rigidez y resistencia) es probable sea

ms pequeo bajo sismos frecuentes de menor importancia que el de un

edificio con resistencia baja, sin importar la capacidad de la deformacin en la

falla. Por lo tanto, cierta resistencia mnima se debe proporcionar al lmite de

dao estructural durante sismos ms frecuentes.

La reciente tendencia en la ingeniera y el diseo estructural es poner gran

nfasis en la ductilidad para la proteccin de una estructura. Es de hecho un

buen mtodo para retardar el colapso de la estructura para la proteccin de la

vida de los habitantes, pero la ductilidad es una capacidad para que una

20

estructura pueda deformarse despus de la iniciacin de un dao importante;

es decir, la ductilidad no se puede separar del dao. Una estructura dctil pero

de baja-capacidad sufre daos significativos por un terremoto de intensidad

intermedia, y el dao se debe reparar para la reutilizacin. Es ms deseable

en algunas estructuras proporcionar una fuerza lateral ms grande para limitar

el dao ante eventos ssmicos de largo periodo de retorno (Otani, 2007).

1.2.2.2 Colapso progresivo de una estructura frgil

Cuando un miembro vertical, tal como una columna o un muro estructural,

falla en un modo frgil, por ejemplo en corte, el corte llevado por el miembro

debe ser transferido y ser resistido por los otros miembros verticales del

mismo nivel. El corte adicional acciona a menudo la falla frgil de estos

miembros porque se disean los miembros estructurales normalmente bajo

misma especificaciones; es decir, si un miembro falla en una manera frgil,

los

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