TESIS PROFESIONAL INGENIERO CONSTRUCTOR · 1.1 conceptos generales 6 1.2 dinámica de los suelos...
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN LICENCIATURA EN INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN CON RECONOCIMIENTO DE VALIDEZ OFICIAL DE ESTUDIOS DE LA SECRETARIA DE EDUCACIÓN PUBLICA. SEGÚN ACUERDO NUMERO 84330 DE FECHA 27 DE NOVIEMBRE DE 1984. "RIGIDIZACION DEL PUESTO CENTRAL DE CONTROL 1 DEL SISTEMA DE TRANSPORTE COLECTIVO". TESIS PROFESIONAL QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO CONSTRUCTOR P R E S E N T A : SERGIO SANCHEZ ARZATE MEXICO, D. F. MAYO DE 1994
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN
LICENCIATURA EN INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN CON
RECONOCIMIENTO DE VALIDEZ OFICIAL DE ESTUDIOS DE LA
SECRETARIA DE EDUCACIÓN PUBLICA. SEGÚN ACUERDO NUMERO
84330 DE FECHA 27 DE NOVIEMBRE DE 1984.
"RIGIDIZACION DEL PUESTO CENTRAL DE
CONTROL 1 DEL SISTEMA DE TRANSPORTE
COLECTIVO".
T E S I S P R O F E S I O N A L
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO CONSTRUCTOR P R E S E N T A :
S E R G I O S A N C H E Z A R Z A T E
MEXICO, D. F. MAYO DE 1994
A mis Padres
Con todo mi cariño y agradecimiento....
...A mis Hermanas...
...A la memoria de mi tío Guillermo,
que en paz descanse.
RIGIDIZACION DEL PUESTO CENTRAL DE CONTROL 1 DEL SISTEMA DE TRANSPORTE COLECTIVO.
ÍNDICE
Página PROLOGO
INTRODUCCIÓN
CAPITULO I. PRINCIPIOS SOBRE INGENIERÍA SÍSMICA. 6
1.1 conceptos generales 6 1.2 dinámica de los suelos ante los sismos 21 1.3 factores que influyen en el comportamiento de las estructuras 31 1.4 recomendaciones sobre la estructuración 42 1.5 modificaciones al reglamento de las construcciones para el Distrito Federal 46
a raíz de los sismos de 1985
CAPITULO II. ANTECEDENTES A LA RIGIDIZACION DEL PUESTO CENTRAL 52 DE CONTROL 1.
II 1 destino e importancia del puesto central de control 1 52 11.2 características estructurales del puesto central de control 1 53 11.3 comportamiento del puesto central de control 1 ante los sismos de 1985 54 11.4 revisión \ evaluación de la estructura 55
CAPITULO III. PROYECTO DE RIGIDIZACION. 74
III. 1 proyecto de rigidización 84 III. 1.1 recimentación 84 III. 1.2 superestructura 88 III. 1.3 liga estructural concreto-acero 91
CAPITULO IV. CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO. ^5
IV 1 procedimiento constructivo 9? IV. 1.1 cimentación 9? IV. 1.2 superestructura ^8 IV 1 3 liga estructural concreto-acero M4
IV.2 control de calidad 109
CONCLUSIONES 111
OBSERVACIONES 114
BIBLIOGRAFÍA.
RIGIDIZACION DEL PUESTO CENTRAL DE CONTROL 1 PROLOGO
PROLOGO
Los sismos ocurridos en la Ciudad de México los pasados 19 y 20 de septiembre de 1985
dejaron a su paso gran cantidad de pérdidas humanas y materiales. Muchas estructuras se
derrumbaron ante su incapacidad de resistir los efectos de dichos fenómenos y otras tantas
resultaron seriamente dañadas, quedando prácticamente inhabitables en el caso de viviendas e
inoperables en el caso de edificios destinados al uso de oficinas, bodegas, hospitales, escuelas, etc.
El Gobierno Federal, ante su preocupación por dicha catástrofe y, para disminuir el riesgo de las estructuras ante un evento de esta naturaleza, ordenó a los organismos respectivos realizar una revisión concienzuda de la normatividad y los parámetros que regían en ese entonces sobre el diseño de las construcciones, en el Distrito Federal principalmente.
Como respuesta a esta demanda, se emitieron las Normas de Emergencia de 1985, las cuales debían emplearse en los proyectos de reparación de todas aquellas construcciones que resultaron dañadas por los sismos de 1985, así como en construcciones nuevas ubicadas en la zona de terreno blando y de transición que establece el Reglamento de las Construcciones para el Distrito Federal, mientras no se contara con una nueva reglamentación bien definida. Fue hasta julio de 1987 que se publicó en el Diario Oficial de la Federación una nueva versión del citado Reglamento, en el cual se reconsideraron algunos aspectos establecidos en las Normas de Emergencia de 1985 y otros se modificaron notablemente.
La rigidización y seguridad estructural del edificio del Puesto Central de Control 1, objeto de este estudio, se basó en los lincamientos establecidos por este nuevo reglamento y es simplemente un ejemplo de los muchos casos de inmuebles que se tuvo necesidad de rigidizar o reestructurar en su caso a raíz de los sismos de 1985.
RIOIDIZACION DEL PUESTO CENTRAL DE CONTROL 1 PROLOGO
El edificio del Puesto Central de Control 1, es un inmueble que está destinado para
albergar el cerebro electrónico que controla la operación de las lineas 1 a 6 del Sistema de
Transporte Colectivo; así también, aloja una serie de equipos e instalaciones especiales como lo
son: tableros de control óptico, equipos de transferencia automática, transformadores de alta
tensión, un centro de cómputo, un centro de mando centralizado y un centro de telefonía que
hacen posible el buen funcionamiento del sistema.
El PCC1 es una estructura que por su gran importancia está clasificada dentro del grupo "A" que establece el Reglamento de las Construcciones para el Distrito Federal. De ahí la preocupación del Gobierno por rigidizar dicha estructura, debido a que la ocurrencia de otro sismo de características similares a los de 1985 podría terminar de fastidiar dicha estructura o en caso extremo colapsarla, trayendo consigo una pérdida económica incalculable a causa de la paralización casi total de la red del sistema, además del malestar social que esto implicaría.
R1GID1ZACION DFX PUESTO CENTRAL DE CONTROL I INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo, "Rigidización del Puesto Central de Control 1, del Sistema de
Transporte Colectivo", se hace una evaluación de los factores que más influyeron en el
comportamiento sísmico-estructural del edificio del Puesto Central de Control 1, durante los
sismos ocurridos los pasados 19 y 20 de septiembre de 1985 en la Ciudad de México.
Se habla de los procedimientos que se siguieron para efectuar la revisión y evaluación de
la estructura después de los mencionados sismos. Posteriormente se habla acerca del dictamen
que se emitió sobre la seguridad estructural del edificio a raíz de la citada evaluación estructural
De esta manera, el trabajo se estructuró en cuatro capítulos; el capítulo I trata de los principios fundamentales de la Ingeniería sísmica, para así poder entrar en materia y poder entender cabalmente todos y cada una de los aspectos de que se hablará en el desarrollo del trabajo; de este modo, se atienden aspectos que van desde la forma y la configuración de las estructuras hasta el tipo de suelo en que se desplantan, para posteriormente hablar acerca de la interacción suelo-estructura.
Se tratan desde los conceptos más generales como son: inercia, periodo, modos de
vibración, pasando desde luego por los espectros de respuesta. Se habla también de los orígenes
de los sismos, los tipos de fallas tectónicas y la dinámica de los suelos ante efectos sísmicos.
Posteriormente se tratan algunos aspectos acerca de cómo afectan la forma y configuración de las
edificaciones en su comportamiento sísmico, revisándose factores como son: la simetría, el
tamaño y la proporción de las edificaciones tanto en planta como en elevación. Luego se da una
serie de recomendaciones acerca de los factores que deben cuidarse al diseñar una estructura
En otra sección se habla sobre las modificaciones que se efectuaron al Reglamento de las
Construcciones para el Distrito Federal a raíz de los sismos de 1985, revisándose las Normas de
Emergencia de 1985 y posteriormente el Reglamento de 1987, que a la fecha sigue vigente.
RIGIDIZACION DEL PUESTO CENTRAL DE CONTROL 1 INTRODUCCIÓN
En el capítulo II se habla acerca del destino y la importancia del Puesto Central de Control
PCC1, de la función socioeconómica que desempeña y de lo que representa para el pais. Se habla
también de las características estructurales del edificio antes de los sismos y del comportamiento
que presentó ante tales eventos. Luego se hace un análisis de los factores que se tomaron en
consideración para la evaluación del estado físico y la seguridad estructural del edificio después de
los sismos; se dictaminan las causas que determinaron la rigidización de la estructura, y se
presenta una serie de gráficas y,tablas de apoyo.
El capítulo III trata del proyecto de rigidización y de los factores estructurales que se tomaron en cuenta para su diseño. Posteriormente se habla por separado de cada una de las etapas que conformaron el proyecto; de este modo, se dividió esta sección en tres partes, la primera dedicada a la recimentación, la segunda a la superestructura y la tercera, la más interesante del proyecto, a la liga estructural del edificio original del PCC1 con las torres que conformaron el proyecto de rigidización
En el capítulo IV se habla del procedimiento constructivo que se siguió para la realización de esta obra. Se tratan algunos detalles constructivos y se hacen algunas suposiciones acerca del proyecto. Hay una sección dedicada al control de calidad que se llevó a cabo en el desarrollo de los trabajos y se habla también acerca de algunas tolerancias para diseño y construcción.
En el desarrollo del trabajo se presentan una serie de dibujos y fotografías para ilustrar cada uno de los conceptos de que se habla. Así, el trabajo está desarrollado en forma exclusivamente conceptual y cualitativa, sin entrar en cálculos numéricos que requieren de cierto grado de especialización.
Al final del trabajo se exponen una serie de conclusiones, comentarios y observaciones
acerca de lo que fiíe la "Rigidización del Puesto Central de Control 1"
IjtftítU*» "TwcnrfüM'"0 ^ e C \f¡ R LO 1 PRINCIPIOS SOISRI. INGEMERJASÍSMICA
CAPITULO I
PRINCIPIOS SOBRE INGENIERÍA SÍSMICA
1.1 CONCEPTOS GENERALES
Para poder abordar adecuadamente este capítulo, es necesario hacer una revisión de algunos conceptos de la Física que nos servirán de apoyo para entender los principios en que se fundamenta la Ingeniería Sísmica
1.1.1 INERCIA Y ACELERACIÓN.
La INERCIA es la propiedad de los cuerpos para mantener su estado de reposo o movimiento.
Durante un sismo, al desplazarse en cualquier dirección el suelo, la construcción por inercia trata de conservanse en su sitio. Como la construcción se encuentra unida al suelo, tenderá a deformarse de la siguiente manera (fig 1-1)
m m mi
Figura 1-1
6
C U'lTULO I PRINCIPIOS SOBRE INGENIERÍA SÍSMICA
Se genera una fuerza F en el suelo, producto del sismo y una reacción E, producto de la
inercia, de igual magnitud pero de sentido contrario. Lo mismo sucede si el movimiento del suelo
es vertical.
La ACELERACIÓN es el cambio de velocidad que sufre un cuerpo en una unidad de tiempo.
El movimiento por si mismo no genera esfuerzos en las construcciones; lo que genera tales esfuerzos son los cambios de velocidad, esto es, la aceleración. Por lo tanto, lo que nos interesa de un sismo es la aceleración.
Las fuerzas de inercia son el producto de la masa por la aceleración La masa es una característica de la construcción y la aceleración depende de la naturaleza del sismo y de las características del suelo. Por lo tanto, a mayor masa de la construcción o mayor aceleración se generarán mayores fuerzas de inercia.
1.1.2 PERIODO.
En esta sección nos apoyaremos en el principio del movi'niento pendular. Un péndulo,
aunque inicie su movimiento con un sólo impulso, si no existe disipación de energía durante su
trayectoria, quedaría meciéndose indefinidamente.
El tiempo que emplea en hacer su recorrido de uno a otro lado se llama periodo. Este sólo
podrá alterarse cambiando la longitud de la cuerda y, será independiente del peso de la masa y de
la magnitud de la oscilación.
A mayor fuerza e impulso habrá un más amplio recorrido, sin embargo, su periodo
permanecerá constante, pues en proporción a la trayectoria cambiará la velocidad Si el periodo es
de n segundos, todo sucederá según lo indica la figura 1-2.
Con una masa sujeta a una barra que a su vez está empotrada en un terreno, sucede lo
mismo que en el péndulo, sólo que en este caso, su posición está invertida, (fig 1-3).
7
CAPITULO I PRINCIPIOS SOBRE INGENIERÍA SÍSMICA
Se debe reconocer aquí que tanto el péndulo como la barra empotrada presentan en su movimiento determinada disipación de energía manifestándose por la tendencia que muestran al reposo. Por un lado, el péndulo debido a la resistencia del aire y a la fricción entre el hilo y la argolla de donde pende; por el otro, la barra modifica en cierta medida su constitución molecular elástica o plásticamente debido a los esfuerzos que experimenta a causa de las vibraciones. Si despreciamos estos efectos, mientras que la barra no tenga deformación plástica, la barra tendrá un mismo periodo.
Figura 1-2 Figura 1-3
Análogamente, pero con ciertas restricciones, consideraremos que un edificio se comporta
de la misma manera que la barra empotrada. Supondremos que los entrepisos del edificio se
localizan como masas concentradas como en una barra con varias masas.
Como la deformación que experimenta el edificio es relativamente pequeña comparada con la deformación de la barra, podemos admitir que la barra empotrada se desaloja según la figura l-4a, semejante para el caso a la l-4b. Y si se trata de una barra con varias masas se deformará según la figura 1 -4c.
Independientemente del número de masas, el periodo de vibración del edificio será siempre el mismo, así como su velocidad angular, siempre y cuando no rebase sus límites de elasticidad
8
CAPÍ II LO I PRINCIPIOS SOBRF INGENIERÍA SÍSMICA
R—? ? —t—'
-d '—f-
h^ — v ^ —
i
1.1.3 MODOS DE VIBRACIÓN.
Cuando la barra vibra como en la figura 1 -4c, en la que todas sus masas se desplazan de
un lado a otro, se le llama modo fundamental de vibración, modo natural o primer modo de
vibración (fig. l-5a). Si el terrSho se desplaza con un periodo menor, independientemente de la
fuerza con que lo haga, la barra se deformará de una segunda manera (fig. 1 -5b). A esta forma de
vibrar se le llama segundo modo de vibración. Si se reduce aún más el periodo de vibración del
terreno, la barra puede llegar a moverse de una tercera manera, que constituye el tercer modo de
vibración (fig. l-5c).
1er MODO
E » •
/
2o. MODO
Á L \
S
- ^ = — - « = —
3er MODO
> E s
3 »
-es
\
a) bj
Figura 1-5. Modos de vibración de la barra
9
81££¿2K2&** CAl'ITt'LO I PRINCIPIOS SOIiRE INGENIERÍA SÍSMICA
Teóricamente si una barra tiene /; masas, tal barra podrá experimentar n modos de
vibración. En cualquiera de los modos de vibración y dependiendo de la fuerza que se ejerza en la
base de la barra, pueden variar las amplitudes de los desplazamientos de las masas, pero no la
duración del periodo, (fig. 1 -6).
Xseg i
Xseg
^ X s e g ^
- t t -*- t f f
ii/
Figura 1-6 El periodo de oscilación de la barra es independiente de la amplitud del movimiento.
El periodo que una barra requiere para vibrar de un modo específico, depende de la
flexibilidad de la misma y de las magnitudes de sus masas; de manera que para un mismo periodo
de vibración del terreno, un sistema puede vibrar de un modo y otro sistema de otro.
Lo anterior se puede demostrar por medio de una mesa vibratoria en la que se coloquen
modelos de estructuras con diferentes periodos de oscilación. Se podrá observar que la respuesta
de uno de ellos se puede amplificar considerablemente moviendo la mesa con un periodo igual al
de ese modelo, y que los otros modelos no sufren mayores oscilaciones Al cambiar el periodo del
movimiento de la mesa, se excitará algún otro modelo, y así sucesivamente (fig. 1-7).
H-^--Hh
T1 < T2 < T3 < T4
Fiuura 1-7
| modelos
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CAPÍ n I O I PRINCIPIOS SOBRE INGEMLRI A SÍSMICA
Hemos tratado hasta aquí que el péndulo se mueve en relación al elemento del cual pende y la barra en relación al terreno en donde esté empotrada. Matemáticamente resulta lo mismo suponer que las masas se desplacen con respecto al suelo, que, suponer que el suelo lo haga con respecto a las masas Durante un evento sísmico, el suelo es la parte que se desplaza primeramente en el sistema suelo-estructura, por lo tanto, supondremos fija a la masa más alta y al terreno en movimiento. De esta manera, podemos sustituir la figura l-8a por la figura l-8b, en la que el terreno se desplaza de X a X'
Figura 1-8
1.1.4 PERIODOS DE VIBRACIÓN DEL TERRENO.
Con los terrenos sucede algo semejante a lo que pasa con la barra empotrada o cualquier
otro elemento sujeto a vibración. Independientemente de la fuerza con la que los agite un sismo,
los terrenos vibran según sus características y con un periodo casi constante
i t
CAPITULO I. PRINCIPIOS SOBRE INGENIERÍA SÍSMICA
Para fines de diseño, debemos suponer periodos de vibración apoyándonos en datos estadísticos que han sido registrados en sismos anteriores. Como es difícil que se registren periodos fijos, al menos deberemos trabajar con los periodos dominantes, ya que dependiendo de ese periodo, la estructura tenderá a vibrar de algún modo específico y, según el modo, variarán sus esfuerzos inducidos.
L1.5 RESONANCIA.
Definición: Fenómeno que presenta un sistema físico influido por una fuerza de excitación periódica externa, en el que la amplitud resultante de la oscilación del sistema resulta extraordinaria o de gran magnitud cuando la frecuencia de la fuerza de excitación se aproxima a alguna frecuencia de oscilación libre natural del sistema.
Al desplazarse el suelo de un lado a otro, una estructura tiende a balancearse como lo muestra la figura 1-9 Si llega a haber una sincronización entre los movimientos del terreno y los de la estructura, ésta aumenta su trayectoria en cada uno de los movimientos y los esfuerzos se incrementan exageradamente.
Figura 1-9
Cuando hay sincronización entre los movimientos del terreno y los del edificio, se dice que éste ha entrado en resonancia, de no ser así, los movimientos estarán fuera de fase y la resonancia no existirá,
12
CAl'ITl'LO I PRINCIPIOS S(J1¡RE INGEN1LRIA SÍSMICA
1.1.6 AMORTIGUAMIENTO.
Si sometemos a vibración un modelo simple, el cual conste de un resorte y una masa, se generará en él una fuerza de amortiguamiento que trate de restablecer su equilibrio. El amortiguamietito representa la disipación de energía que la estructura realiza, principalmente debido a la fricción interna de los materiales y al rozamiento entre los componentes de la construcción; este amortiguamiento, por lo tanto, reduce las oscilaciones. En vibración libre, se define como amortiguamiento critico aquel para el cual el sistema, después de desplazado, volvería a su posición de reposo sin oscilar, es decir, se refiere al valor del amortiguamiento que evita la oscilación. El amortiguamiento se mide como un porcentaje del amortiguamiento crítico
Durante la acción de un sismo, naturalmente que por la inercia y la elasticidad de la estructura, después de las primeras vibraciones la estructura tenderá a seguirse desplazando de un lado a otro. Sin embargo, los edificios no pueden resonar con la misma libertad con la que lo hace un péndulo debido a que están amortiguados, es decir, son muy ineficientes para vibrar, y cuando se ponen en movimiento tienden a regresar rápidamente a su posición original.
El amortiguamiento desempeña una función muy importante, especialmente en
condiciones cercanas a la resonancia; basta un amortiguamiento relativamente pequeño para
reducir drásticamente la respuesta de la estructura.
Es conveniente modificar el espectro de respuesta del suelo suponiendo porcentajes de amortiguamiento. Cuando se incluye el amortiguamiento, la forma general de la curva de respuesta sigue siendo la misma, pero las magnitudes se reducen en gran medida.
Las estructuras suelen tener amortiguamientos del orden del 3 al 10% del
amortiguamiento critico, siendo menor el de las estructuras metálicas, soldadas y sin recubrir y
mayor el de las estructuras de mampostería, con un gran número de juntas.
El amortiguamiento es una propiedad intrínseca de los materiales empleados, pero depende también de la forma en que se conecten los miembros estructurales.
13
CAPITl "KM. PRIN'CIPKJS SOBRE IN'GF.NIERU SÍSMICA
1.1.7 ESPECTROS DE RESPUESTA.
Ante una serie de ondas de diferente periodo durante un evento sísmico, una estructura
responde con mayor amplitud a las que tienen un periodo similar al suyo, mientras que para el
resto su respuesta es pequeña.
Desde el punto de vista del diseño estructural, lo que interesa esencialmente es la máxima
solicitación a la que se verá sujeta la estructura por efecto del sismo; por lo tanto, no es necesario
conocer la historia completa de la respuesta, sino sólo su valor máximo.
Si para un acelerograma dado, obtenemos la respuesta de sistemas de un grado de libertad
con un amortiguamiento dado y hacemos variar el periodo de estos sistemas desde cero hasta un
valor muy alto comparado con los periodos naturales de las estructuras comunes, y para cada
sistema determinamos la máxima respuesta, podremos trazar gráficas llamadas espectros de
respuesta o de aceleraciones.
Dicho de otra manera, un espectro de respuesta es la gráfica que relaciona las respuestas máximas de distintas estructuras sometidas a una misma excitación con sus periodos de oscilación.
Un espectro de respuesta se basa en lo siguiente. En la figura 1 -7 se muestra una serie de péndulos en voladizo cuyos periodos crecen hacia la derecha. Si se supone que están unidos a una base móvil, y ésta se desplaza para representar el movimiento de un sismo, tal como se registra en un sismógrafo, entonces se podrá registrar la respuesta máxima de cada péndulo, es decir, el tiempo y la frecuencia particular durante el sismo en que cada péndulo tenderá a resonar con una amplitud de máxima intensidad. Estas respuestas máximas se pueden graficar en función de los periodos del péndulo y se obtendrá una curva, o espectro de respuesta, que relaciona la naturaleza del movimiento del suelo con un intervalo de periodos naturales, (fig. 1-10).
El espectro de aceleraciones proporciona una medida directa de la fuerza de inercia
máxima que se induce en el sistema al multiplicar la ordenada espectral por la masa.
El tipo de terreno en que se haya obtenido el acelerograma es muy importante, ya que las
características dinámicas de la excitación varían en función de esto. En los suelos firmes las
vibraciones se transmiten a grandes frecuencias con un movimiento muy rápido, mientras que en
14
CAPITl LO I. PRINCIPIOS SOBRE INGENIERÍA SÍSMICA
los suelos blandos las oscilaciones son de menor frecuencia, es decir, su periodo es relativamente
más largo. Esto modifica los espectros de respuesta
Por lo tanto, cada lugar tendrá un espectro de respuesta diferente en términos de magnitud, tipo de movimiento del suelo y distancia al deslizamiento de la falla para cada sismo que se grafique.
Los periodos naturales de los diferentes tipos de suelos se calculan por métodos que
requieren de mucho criterio, basado en la experiencia con sismos registrados previamente en
lugares cuyas características del suelo sean similares.
Existen reglas empíricas para construir envolventes de espectros a partir de datos básicos del movimiento del terreno. Estas reglas consisten en multiplicar la aceleración, velocidad y desplazamiento máximo del terreno por constantes que se han obtenido de la observación de un gran número de espectros de sismos reales
ACELEROGRAMA
-0.4g aceleración , . ,
suelo yym*4*~++ 0 - 4 9 ÍO jjfe 3b tiempo (seg)
respuesta de distintas estructuras al mismo acelerograma
I T= 0.5 sed -1- 4=0.02 •a-
1 T=1 seg I ~ - L , 4=0.02 - L
I T=2seo I" •J- 4= O.Of -L
d e s P I a z
m -10 i 10 e n
i-"
V-'tf"'. 'r »i£'» v**r
|̂Uyu«VM'iw»|wi1 \
10 20 30
tiempo (seg)
ESPECTRO DE DESPLAZAMIENTOS
4=2%
0.5 1 2
periodo natural (seg)
Figura 1-10 Espectro de respuesta.
15
CAPI'I l'I.O 1 PRINCIPIOS SOBRE INGENIERÍA SÍSMICA
1.1.8 DUCTILIDAD.
Aunque un edificio esté bien amortiguado y se evite la resonancia, los análisis mostrarán que algunas estructuras estarán sujetas a fuerzas mucho mayores que aquéllas que se especifican para fines de diseño en los reglamentos de construcción. Los sismos han producido en muchas ocasiones aceleraciones mayores que las consideradas para diseño, pero el hecho de que bajo estas condiciones las estructuras hayan sido adecuadamente seguras, se puede explicar en parte por la propiedad del material llamada ductilidad.
La ductilidad de las estructuras es la propiedad de soportar grandes deformaciones
inelásticas -plásticas- sin fallar ni reducir su capacidad de carga.
Una estructura puede diseñarse para soportar determinadas solicitaciones deformándose
dentro de un rango plástico -no elástico o no lineal- y soportar lo mismo que una estructura
diseñada elásticamente (fig 1-11). Si se diseña una estructura para que alcance su resistencia en el
intervalo elástico, se necesitaría una construcción mucho más costosa
rango elástico
Py
diseño elástico
, rango plástico / I
, ^diseño plástico
Figura 1-11
En un sistema plástico (fig 1-12), el comportamiento es lineal hasta que alcanza la carga
máxima, posteriormente la capacidad de carga se mantiene constante hasta una deformación "ti"
veces la de la fluencia, después de lo cual ocurre el colapso
16
C'APITl LI) I PRINCIPIOS SOBRE INGENIERÍA SÍSMICA
1.1.8 DUCTILIDAD.
Aunque un edificio esté bien amortiguado y se evite la resonancia, los análisis mostrarán que algunas estructuras estarán sujetas a fuerzas mucho mayores que aquéllas que se especifican para fines de diseño en los reglamentos de construcción. Los sismos han producido en muchas ocasiones aceleraciones mayores que las consideradas para diseño, pero el hecho de que bajo estas condiciones las estructuras hayan sido adecuadamente seguras, se puede explicar en parte por la propiedad del material llamada ductilidad.
La ductilidad de las estructuras es la propiedad de soportar grandes deformaciones
inelásticas -plásticas- sin fallar ni reducir su capacidad de carga
Una estructura puede diseñarse para soportar determinadas solicitaciones deformándose dentro de un rango plástico -no elástico o no lineal- y soportar lo mismo que una estructura diseñada elásticamente (fig 1-11). Si se diseña una estructura para que alcance su resistencia en el intervalo elástico, se necesitaría una construcción mucho más costosa
rango elástica rango plástico
diseño elástico
diseño plástico
En un sistema plástico (fig 1-12), el comportamiento es lineal hasta que alcanza la carga
máxima, posteriormente la capacidad de carga se mantiene constante hasta una deformación "//"
veces la de la fluencia, después de lo cual ocurre el colapso
16
CAPITULO I PRINCIPIOS SOBRE INGENIERIA SÍSMICA
carga P
l
- — = u, factor de ductilidad Ay
v deformación
Figura 1-12
Se han realizado análisis en los cuales el criterio es encontrar cuál es la capacidad que
requiere un sistema plástico para resistir un sismo sin que se exceda de su deformación de falla,
aunque se sobrepase el intervalo elástico. Esa capacidad se compara después con la que requiere
un sistema elástico de iguales características iniciales. La capacidad necesaria en el sistema
plástico es muy inferior a la que requiere el sistema elástico para resistir el sismo en cuestión,
puede afirmarse aquí que la capacidad necesaria para el sistema plástico se reduce "u" veces con
respecto al elástico, excepto en sistemas de periodo muy corto. Esto quiere decir que es posible
diseñar con cargas menores a las esperadas dando a la estructura suficiente ductilidad "Q".
Los resultados anteriores permiten llegar a la siguiente conclusión si un sistema plástico
es capaz de desarrollar un factor de ductilidad "u" durante un sismo, puede diseñarse para que
tenga una resistencia a carga lateral que se obtiene reduciendo la ordenada espectral de un sistema
elástico con el mismo periodo natural y amortiguamiento, dmdiéndola entre "u", excepto cuando
se trata de sistemas con un periodo muy corto
1.1.9 TORSION.
El centro de masa o centro de gravedad de un objeto es un punto fijo en donde actúa la
fiíerza resultante de la atracción gravitacional, por lo tanto, es el punto del mismo en que se
podría equilibrar exactamente sin provocar rotación
En una masa uniformemente distribuida coinciden exactamente su centro geométrico en
planta con su centro de masa o de gravedad (fig 1-13a) Una distribución excéntrica de masa
r- iiiax A
Ay Au
P
C.APITUIX) I PRINCIPIOS SOBRE INGENIERÍA SÍSMICA
sitúa el centro de masa alejado de su centro geométrico (fig 1-13b). Esto significa que como cada partícula de masa de un objeto es atraída por gravedad hacia el centro de masa de la Tierra, la fuerza opuesta ejercida hacia arriba para contrarrestar esta fuerza se debe situar precisamente bajo el centro de gravedad del objeto para hacer que el mismo se equilibre sin ningún momento resultante Cuando las partículas de masa se aceleran en forma horizontal debido a las fuerzas de inercia de un sismo, se aplican los mismos principios de equilibrio. Los sismos crean fuerzas de inercia en los que cada partícula de masa se acelera lateralmente, aún cuando a veces verticalmente.
Si la masa dentro de un piso se distribuye de manera uniforme, entonces la fuerza resultante de la aceleración horizontal de todas sus partículas de masa se aplica a través del centro del piso (fig. l-13c). Si la resultante de la resistencia -proporcionada por muros y marcos- pasa a través de este punto, y por tanto coincide con la resultante de las cargas sísmicas, se mantiene el equilibrio dinámico de traslación (fig. 1-13d). De otra manera, se produciría rotación horizontal o torsión.
a) b)
d]
Figura 1-13
Cuando el centro de masa de un objeto está situado excéntricamente, su carga sísmica resultará también excéntrica; por lo tanto, será necesario que la resistencia sea también excéntrica, de tal modo que la localization del centro de masa y el centro de resistencia horizontal estén en el mismo punto (fig 1-14) y se evite la torsión
18
CAPITI LO I PRINCIPIOS SOBRE INGENIERÍA SÍSMICA
masa excéntrica
centro geométrico
centro de masa
fuerza resistente
Figura 1-14
En la figura 1-15 se aprecia el efecto de torsión creado en una configuración sencilla de un edificio. Se presenta torsión debido a que una fuerza lateral uniformemente distribuida no está siendo resistida por una resistencia lateral uniformemente distribuida.
fuerza lateral efecto de torsión
(planta)
fuerza resistente
Figura 1-15
1.1.10 RESISTENCIA Y RIGIDEZ.
La resistencia y la rigidez son dos de las más importantes características de cualquier
estructura. La distinción entre ambas es quizá más critica y su estudio más desarrollado en la
Ingeniería Estructural aplicada al aspecto sísmico
Una medida de la rigidez es la deflexión. Por ejemplo, en el dimensionamiento de vigas de
piso, lo que rige a menudo su diseño es la deflexión vertical y no tanto su resistencia. Una
19
CAl'l I l 'LO I PRINCIPIOS SOBRE INGENIERÍA SÍSMICA
condición similar, pero bajo fuerzas laterales, es cuando la deflexión horizontal de piso a piso
imponen restricciones de desplazamiento más severos que las exigidas por resistencia.
El problema de la resistencia consiste en cómo soportar una carga sin exceder de cierto esfuerzo mecánico. El problema de la rigidez es el de evitar la deflexión horizontal de una estructura sin que se salga de ciertos límites en su desplazamiento. Una deflexión horizontal excesiva puede hacer que las cargas se apliquen excéntricamente sobre las columnas, provocando en éstas un esfuerzo adicional en ocasiones de gran consideración.
20
I 2 DINÁMICA DE LOS Sl'FXOS ANTE LOS SISMOS
1.2 DINÁMICA DE LOS SUELOS ANTE LOS SISMOS.
1.2.1 EL ORIGEN DE LOS SISMOS.
El Hombre ha tratado de buscar siempre una explicación de la ocurrencia de los sismos,
proponiendo diversas teorías sobre sus mecanismos de generación.
Ya en épocas recientes se ha pensado que se deben al cambio de fase de las rocas al ser sometidas a grandes temperaturas y presiones en el interior de la Tierra. Sin embargo, la teoría más aceptada a partir de los años sesenta, conocida como Teoría de tectónica de placas o Teoría
de ¡a deriva continental, supone que los temblores de origen tectónico se deben al acomodamiento de las grandes placas en que se encuentra dividida la corteza terrestre, al haber movimientos relativos entre ellas.
Al tender a deslizarse una placa con respecto a la otra, la fricción entre ambas trata de
evitar el desplazamiento. De esta manera, cuando las rocas son sometidas a una presión que
excede de su límite de elasticidad, ceden repentinamente por rotura o falla y las masas de roca de
ambos lados de la falla toman elásticamente posiciones que las liberan total o parcialmente del
exceso de presión. Así, la magnitud del temblor dependerá de la superficie que se movilice y de
cuánto se desplace ésta.
1.2.2 ACTIVIDAD SÍSMICA DE UNA REGION.
El conocimiento de la actividad sísmica de una región desde el punto de vista geológico es
muy importante para poder hacer una evaluación del riesgo sísmico Los principales aspectos
geológicos que se deben estudiar son alabeo, inclinación, estructura tectónica y fallas, de los
cuales es a éste último al que se le da mayor importancia
La inclinación permite determinar la cantidad y la edad del movimiento de la corteza en
la región y se mide por la pendiente de estratos que se sabe fueron depositados casi
horizontalmente
21
I 2 DIN AM1C A DF LOS SI bLOS ANTE LOS SISMOS
1.2.3 TIPOS DE FALLAS.
Las características del movimiento del suelo en la vecindad de la falla pueden ser
influenciadas por el tipo de falla Así pues, se tienen varios tipos de fallas que a continuación se
explican brevemente, (fig 1-16)
a) Fallas de empuje inferior de ángulo pequeño, compresivas. Estas resultan de
placas tectónicas de fondo marino que se separan y empujan por debajo de las
placas continentales adyacentes, un fenómeno coroún en gran parte del cinturón
sísmico del circumpacífico (fig. l-16a)
b) Fallas de empuje ascendente de compresión. Aquí, las fuerzas de compresión
causan falla por cortante, que empuja a la porción superior hacia arriba (l-16b)
c) Fallas de extensión. Este es el caso inverso del tipo anterior, deformaciones de
extensión empujan al bloque superior bajo el plano de la falla en pendiente (l-16c)
d) Fallas de deslizamiento horizontal. El deslizamiento horizontal relativo de los dos lados de la falla ocurre a lo largo de un plano de falla esencialmente vertical
a] R DESCENDENTE b] F. ASCENDENTE
«4 F. EXTENSIONAL d) F. DE DESLIZAMIENTO
Figura 1-16. Tipos de fallas
plano de falla
22
! 2 DINÁMICA 1)1 I OS SUELOS ANTE LOS SISMOS
Se puede deducir información general adicional acerca de la sismicidad a partir de la re'ación de la estructura tectónica y el sitio. La mayoría de los sismos superficiales grandes ocurren en los taludes laterales de las trincheras marinas, o en depresiones locales o en los extremos de depresiones. En términos generales la magnitud y frecuencia de los sismos en un área dada se puede deducir a partir del tamaño y la resistencia de los bloques de falla. Mientras más grande y resistente sea el bloque, mayor es el tamaño máximo del sismo que puede ser generado a lo largo de las fronteras de ese bloque. Así mismo, mientras mayor sea el gradiente de movimiento tectónico y menor la eficiencia de las estructuras tectónicas, más rápidamente se alcanza el esfuerzo que se necesita para originar un movimiento en una falla y más frecuente será la ocurrencia de la magnitud máxima de sismos para esa estructura.
1.2.4 FOCO Y EPICENTRO.
Las vibraciones que determinan un terremoto se inician en un área limitada y se propagan desde ella en todas direcciones. Esta área central de iniciación bajo la superficie de la tierra se llama foco o área focal. La porción de la superficie terrestre situada directamente encima de ella, donde la sacudida es más intensa, se llama epicentro o área epicentral.
1.2.5 ONDAS DE TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO.
Las vibraciones que se producen durante un sismo se transmiten a través de las rocas en forma de ondas elásticas. La onda más rápida, que avanza con la misma velocidad que avanzaría el sonido dentro de la misma roca, es una onda de tipo longitudinal o de compresión las partículas de la roca vibran hacia atrás y hacia adelante, en la dirección de la propagación de la onda. Esta onda recibe el nombre de onda P, primaria o preliminar. El otro tipo de onda, que avanza a menor velocidad, es la onda transversal; las partículas de la roca vibran en ángulo recto en un plano vertical y con la dirección de propagación. Esta onda se denomina onda S, secundaria o transversal. Se ha comparado gráficamente este tipo de onda con la que ocurre al sacudir una alfombra, caso en el que una partícula situada sobre la alfombra se mueve hacia arriba y hacia abajo, en ángulo recto con la dirección de propagación de las ondas. Estas son las dos principales tipos de ondas y son conocidas como ondas de cuerpo, (fig. 1-17).
23
I 2 DINÁMICA DE LOS SUELOS .ANTE LOS SISMOS
En su trayectoria las ondas atraviesan capas de diferentes materiales y se reflejan o refractan, modificándose sus características. Al llegar a la superficie de la Tierra, dan lugar a otros dos tipos de ondas conocidas como ondas superficiales: Ondas Love y Ondas Rayleigh. La onda Love, que es similar a una secundaria sin desplazamiento vertical, mueve el suelo de un lado a otro horizontal y paralelamente a la superficie del suelo, en ángulos rectos respecto a la dirección de la propagación, y produce sacudidas horizontales. Con las ondas Rayleigh el material perturbado se mueve tanto vertical como horizontalmente en un plano vertical alineado en la dirección en que viajan las ondas. De las dos ondas superficiales, las de Love generalmente se desplazan más rápido que las Rayleigh. (fig. 1-17).
ONDA "P" (longitudinal]
ONDA " S " ttransversal)
planos de acción de las ondas
ONDA ^OVE"
L B S
ONDA "RAYLEIGH"
ondas de cuerpo
ondas superficiales
dirección de propagación
Figura 1-17. tipos de ondas.
24
12 DINÁMICA Dn LOS Sl'ELOS \NTE LOS SISMOS
1.2.6 RESPUESTA EN EL SITIO A SISMOS. GEOLOGÍA LOCAL Y CONDICIONES
DEL SUELO.
En muchos sismos, la geología local y las condiciones del suelo han tenido una influencia determinante en la respuesta del sitio El término "local" generalmente se refiere a todo el terreno que atraviesan las ondas entre el foco del sismo y el sitio considerado Bajo la hipótesis de que la vibración de la roca base será similar en dos sitios adyacentes, las diferencias locales en geología y suelo darán lugar a diferentes movimientos en la superficie del suelo en los dos sitios. Los factores que determinan tales modificaciones locales respecto al movimiento subyacente son: 1) la topología y naturaleza del lecho de roca y 2) la naturaleza y geometría de los suelos de depósito. De ahí que el término "local" pueda indicar una profundidad de 1 km o más, y el área comprendida dentro de una distancia horizontal de varios kilómetros a partir del sitio.
Las condiciones del suelo y las características geológicas locales que afectan las respuestas
del sitio son numerosas, algunas de las cuales se tratarán haciendo referencia a la fig. 1-18.
a) Mientras mayor sea la extensión horizontal (Ll ó L2) de los suelos más suaves,
menores los efectos limítrofes de la roca subyacente sobre la respuesta del sitio.
b) La profundidad del suelo sobreyaciendo el lecho de roca (Hl ó H2) afecta la
respuesta dinámica: el periodo natural de vibración del suelo se incrementa al aumentar
la profundidad. Esto ayuda a determinar la frecuencia de las ondas que son filtradas por
los suelos y también se relaciona con la interacción suelo-estructura, propia de un
sismo.
c) ha pendiente de los planos estratificados (valles 2 y 3 en la fig. 1-18) de los suelos sobreyaciendo el lecho de roca obviamente afecta la respuesta dinámica; pero es menos obvia la manera de tratar con estratos no horizontales.
d) Los cambios horizontales de tipos de suelo a lo largo de un sitio (f y g en la fig. 1-18)
afectan en forma local la respuesta dentro del sitio, y pueden afectar en gran medida la
seguridad de un edificio desplantado en los dos tipos de suelo
e) La topografía del lecho roca y los suelos depositados, tiene varios efectos sobre las
ondas sísmicas que llegan, tales como reflexión, refracción, enfoque y difracción
25
I 2 DINÁMICA DE LOS SUELOS ANTE LOS SISMOS
f) Otra característica topográfica que afecta la respuesta es la de cordilleras (sitio b en la
fig 1-18) donde puede presentarse una ampliación del movimiento básico del lecho de
roca
g) Las pendientes de depósitos sedimentarios pueden fallar completamente durante un
sismo En terrenos escarpados (sitio h en la fig 1-18) la falla puede presentarse en
forma de avalanchas
Figura 1-18. Diagrama esquemático mostrando la geología local y las características del suelo
h) También en suelos con pendiente suave pueden ocurrir fallas ocasionadas principalmente
por licuación de estratos de suelo
i) El contenido de agua del suelo es un factor importante en la respuesta del sitio Esto se aplica no solamente en suelos en talud (como se menciono anteriormente), sino que la licuación puede ocurrir en un terreno plano compuesto de suelos no cohesivos saturados
j) Finalmente la respuesta sísmica de un sitio y de las estructuras construidas sobre el, es por supuesto una función de los tipos de suelo locales y de sus condiciones Las propiedades dinámicas de algunos suelos en particular están descritas en términos de propiedades mecánicas tales como módulos de cortante, amortiguamiento, densidad y compactación
26
I 2 DINÁMICA DE LOS SILLOS ANTE LOS SISMOS
1.2.7 COMPORTAMIENTO DINÁMICO DE SUELOS.
El comportamiento de suelos bajo carga dinámica depende de la magnitud de la deformación unitaria, de la velocidad de deformación unitaria y del número de ciclos de carga. Algunos suelos incrementan su resistencia bajo carga cíclica rápida, mientras que las arenas saturadas o arcillas sensitivas pueden perder resistencia con la vibración. A continuación se profundizará un poco más al respecto.
• Asentamiento en arenas secas.
Es bien sabido que las arenas secas pueden compactarse por vibración Tal compactación durante un sismo causa asentamiento que pueden tener serios efectos en cualquier tipo de construcción. Por ello es importante poder establecer el grado de vulnerabilidad a la compactación de un depósito de arena dado.
La cantidad de compactación alcanzada durante un sismo depende de la magnitud y
duración del movimiento, así como de la densidad relativa.
• Licuefacción de suelos no cohesivos saturados.
Bajo carga sísmica algunos suelos pueden compactarse, incrementándose la presión de poro en el agua, causando una pérdida en la resistencia al cortante. Este fenómeno se conoce generalmente como licuación. Los suelos de grava o arcilla no son susceptibles de licuación. Las arenas densas son menos propensas a licuarse que las arenas sueltas, mientras que las arenas depositadas hidráulicamente son particularmente vulnerables debido a su uniformidad. La licuación puede ocurrir a cierta profundidad, causando un flujo ascendente del agua. Aunque este flujo no pueda causar licuación en los estratos superiores, es posible que la presión hidrodinámica pueda reducir las presiones de contacto admisibles en la superficie.
A la fecha no se ha desarrollado algún criterio unificado para determinar el potencial de
licuación, aunque se han hecho intentos para relacionarlo aisladamente con la densidad relativa,
con la resistencia a la penetración estándar y con la distribución del tamaño de partículas.
27
I 2 Dl\ WIKA DI ! OS Sl'LLOS WTE LOS SISMOS
1.2.8 COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE SISTEMAS SUELO-ESTRUCTURA.
La importancia de la naturaleza del suelo en la respuesta sísmica de estructuras ha sido demostrada en muchos sismos Por ejemplo, parece claro por los estudios de sismos recientes, que la relación entre los periodos de vibración de estructuras y el periodo del suelo de apoyo es fundamentalmente importante respecto a la respuesta sísmica de la estructura Es de mencionarse que la profundidad de los estratos de suelo está directamente relacionada con su periodo de vibración
Con el objeto de evaluar la respuesta sísmica de una estructura en un sitio dado, deben conocerse las propiedades dinámicas del sistema combinado suelo-estructura La naturaleza del subsuelo puede afectar a la respuesta de la estructura de tres maneras
a. Puede ocurrir el fenómeno de amplificación del suelo en el cual se modifica la
excitación sísmica al transmitirse del lecho de roca a la cimentación, a través de los
estratos del suelo. Esto puede causar atenuación o amplificación
b. Las propiedades dinámicas de la estructura empotrada en sus bases pueden ser modificadas significativamente por la presencia de suelos sobreyaciendo el lecho de roca Esto incluirá cambios en las formas modales y en los periodos de vibración
c Una parte significativa de la energía vibracional de la estructura soportada de manera
flexible puede disiparse por amorliguamiento del material y amoi tignamiento por
radiación ' en el medio de apoyo
1 Amortiguamiento Hay dos fenómenos de amortiguamiento fundamentalmente diferentes asociados con los suelos amortiguamiento del material y amortiguamiento por radiación
Amortiguamiento del material. El amortiguamiento del material o amortiguamiento interno ocurre en el suelo cuando pasa a través de él una onda de vibración Puede considerarse como una medida de la pérdida de energía de vibración que resulta principalmente por histercsis del suelo El amortiguamiento es expresado convencionalmente como una fracción del amortiguamiento critico, en cuyo caso se define como una relación de amortiguamiento
Amortiguamiento por radiación. En la vibración de cimentaciones se presenta tanto el amortiguamiento por radiación como el amortiguamiento del material El amortiguamiento por radiación es la cantidad de pérdida de energía de la estructura a través de la radiación de ondas que se alejan de la cimentación, es decir, un efecto puramente geométrico
28
1.2 DINÁMICA DE LOS SUFAOS ANTE LOS SISMOS
Los casos (a) y (b) anteriores son estudiados bajo el título general interacción suelo-
estructura, que puede definirse como la relación de la respuesta interdependiente entre una
estructura y su suelo de apoyo El comportamiento de la estructura es en parte dependiente de la
naturaleza del suelo de apoyo y, análogamente, el comportamiento del estrato es modificado por
la presencia de la estructura.
Por consiguiente, la ampliación del suelo (caso a) también estará influenciada por la presencia de la estructura, ya que la tendencia de la interacción suelo-estructura es producir una diferencia entre el movimiento en la base de la estructura y el movimiento en campo libre, que bien podría haber ocurrido en el mismo punto en ausencia de la estructura En la práctica, sin embargo, este método para determinar la amplificación del suelo es rara vez tomado en cuenta; generalmente, el movimiento en campo libre es el que se aplica al modelo suelo-estructura. Debido a las dificultades que se presentan al establecer modelos dinámicos analíticos de sistemas de suelo, ha constituido una práctica común ignorar los efectos de interacción suelo-estructura simplemente considerando a las estructuras como apoyadas rígidamente, sin tomar en cuenta las condiciones del suelo. Sin embargo, estudios recientes han producido avances considerables en el conocimiento de los efectos de la interacción suelo-estructura, y también en las técnicas analíticas disponibles.
1.2.9 CONCLUSIONES DE ESTUDIOS ACERCA DE LA INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA
En años recientes se han realizado investigaciones teóricas intensivas acerca de la dinámica del sistema suelo-estructura. Aunque muchas de las conclusiones de tales estudios son todavía tentativas y requieren de la verificación experimental, algunos de los resultados son prácticos e intuitivamente adecuados. A continuación se hace un resumen de las conclusiones más importantes.
a. El amortiguamiento por radiación de la cimentación, generalmente produce una
reducción en la respuesta de la estructura (reduce el cortante basal).
b. Los periodos de vibración de una estructura dada se incrementan al disminuir la rigidez del subsuelo.
29
1.2 DINÁMICA DE LOS SLELOS ANTE LOS SISMOS
c. Las formas modales para una estructura dada cambian como una función de la rigidez del suelo.
d. Al aumentar el empotramiento se incrementa la rigidez estática del sistema,
disminuyendo los periodos de vibración y disminuyendo las respuestas de
desplazamiento. Estos efectos son evidentes en los cuatro modos de vibración
vertical, horizontales, cabeceo y torsión. Cuando el relleno es más suave que el
suelo natural, los efectos de empotramiento son obviamente reducidos. Esto puede
ser tomado en cuenta en la teoría.
e. Se ha visto que, para sistemas reales, la acción histerética2 del suelo tiene el efecto de incrementar el amortiguamiento total del sistema y reducir la deformación de la estructura.
2 Histéresis: Fenómeno por el cual un material presenta un estado de evolución que no depende sólo de la causa que lo provoca, sino también de sus estados anteriores.
Histéresis elástica: Histéresis que presenta un material cuando se le aplica una carga inferior a su límite elástico. El cambio de forma del material, al \ariar el esfuerzo aplicado, no sigue el mismo camino en el proceso de deformación (aumento del esfuerzo) que en el de recuperación (disminución del esfuerzo)
30
1.3 FACTORES QL'F. INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCTL RAS
1.3 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS.
Algunos de los factores más importantes que determinan el grado de riesgo en una
estructura durante un evento sísmico y que hasta ahora hemos tratado son:
1. La geología regional.
2. La geología local. 3. La proftindidad del epicentro. 4. La magnitud del sismo
5. La aceleración del movimiento
6. La duración del sismo
7. El tipo de suelo y con esto 7.1 El periodo de vibración del terreno
8. Los periodos de vibración de las estructuras.
A continuación veremos de qué manera influyen la forma y la configuración de las
edificaciones en su comportamiento estructural ante solicitaciones sísmicas.
1.3.1 INFLUENCIA DE LA FORMA Y CONFIGURACIÓN DE LAS EDIFICACIONES
EN SU COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL.
En este sentido algunos de los factores que más influyen en el comportamiento de las
estructuras y que trataremos por separado son.
a. La escala.
b. La altura.
c. El tamaño horizontal. d. La proporción
e. La simetría f. Las esquinas.
g. La distribución y concentración, h. La densidad en planta.
i. La resistencia perimetral j . La redundancia.
1.3 FACTORES QUE INFLUYEN 1 \ EL COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCl l RAS
a) ESCALA.
El problema de la escala se ejemplifica de manera clara con un péndulo. Sin conocer sus
dimensiones absolutas, es imposible suponer a que ritmo oscilará el péndulo. Si el peso es una
canica, por ejemplo, y la cuerda de unos cuantos centímetros de largo, es fácil imaginar que el
péndulo completará más de un ciclo en un segundo, mientras que si el peso es una bola de
demolición y la longitud de la cuerda es de 30 metros, de inmediato se empieza a visualizar un
periodo de varios segundos
Esta interrelación de variables anula el intento de comparar rápidamente un tamaño de
edificio con otro, aplicando simplemente la hipótesis de que todas las variables excepto una
pueden permanecer constantes. Los efectos de las fuerzas de gravedad sobre el tamaño son más
fáciles de analizar que los efectos que ejercen las fuerzas sísmicas.
No se puede alterar el tamaño de una estructura y sus componentes y conservar a la vez
un mismo comportamiento estructural.
b) ALTURA.
El aumento de la altura de un edificio puede parecer equivalente al aumento del claro de una viga en voladizo, y lo es, permaneciendo igual todo lo demás. El problema con esta analogía es que a medida que un edificio se hace más alto, por lo general aumenta su periodo, y un cambio como este significa un cambio de nivel de respuesta y magnitud de las fuerzas.
Por ejemplo, es poco probable que un terremoto genere movimientos sostenidos de alta aceleración con periodos predominantes de 2 segundos, si se ha obsenado que los terremotos ocurridos en el pasado concentran su energía alrededor de periodos de 0.5 segundos. Por lo tanto, un edificio de más de 20 pisos de altura que tuviera un periodo fundamental de más de 1 segundo, tal vez experimentaría una aceleración menos efectiva de su masa que una estructura de 5 a 10 pisos con un periodo de 0.5 segundos. El periodo de un edificio no es solamente una función de su altura, sino también de factores como la relación entre la altura y el ancho, alturas de los pisos, tipos de materiales y sistemas estructurales, y la cantidad y distribución de masa De este modo, si se cambia el tamaño de un edificio, puede cambiar al mismo tiempo una o más de estas variables, modificando su periodo, y por tanto, aumentar o disminuir sus fuerzas sísmicas inducidas.
32
1 3 FAC 1 ORES QUb IM l.V\ LN' bN EL COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS
c) TAMAÑO HORIZONTAL.
Es fácil visualizar las fuerzas de volteo relacionadas con la altura, como un problema
sísmico; sin embargo, las áreas de planta grande también pueden ser inconvenientes. Cuando la
planta se vuelve extremadamente grande puede tener dificultad para responder como unidad a las
vibraciones sísmicas
Al determinar las fuerzas sísmicas, usualmente se supone que la estructura vibra como un sistema en el que todos los puntos de una planta en el mismo nivel y en el mismo lapso están en la misma fase de desplazamiento, velocidad y aceleración, y que tienen la misma amplitud En realidad, como la propagación de las ondas sísmicas no es instantánea sino que tiene una velocidad final que depende de la densidad del suelo y de las características de los elementos estructurales, las diversas partes de la base del edificio a todo lo largo de éste vibran asincrónicamente con aceleraciones diferentes, causando así esfuerzos longitudinales de tensión-comprensión y desplazamientos horizontales adicionales Con las otras condiciones permaneciendo constantes, cuanto más largo sea el edificio, mayor sera la probabilidad de ocurrencia de estos esfuerzos y mayor será su efecto
Por lo tanto, los esfuerzos por temperatura preexistentes y los esfuerzos de asentamientos
preexistentes o inducidos por sismos son también mayores en edificios con grandes dimensiones
en planta, y estos esfuerzos pueden ser aditivos a los esfuerzos inducidos por fuerzas laterales.
Un aumento en la longitud de un edificio, incrementa los esfuerzos en la dirección transversal en un piso que funciona como diafragma de distribución horizontal Durante un terremoto, la rigidez del diafragma puede no ser suficiente para redistribuir la carga horizontal de los elementos portantes más débiles o dañados del edificio hacia los más fuertes o hacia aquéllos que sufren menor daflo.
A menos que haya numerosos elementos interiores resistentes a fuerzas laterales, por lo general los edificios de planta grande imponen severos requerimientos sobre sus diafragmas, que tienen grandes claros laterales y tienen que transmitir grandes fuerzas La solución consiste en agregar muros o marcos que reduzcan el claro del diafragma, aunque se reconoce que esto puede crear problemas para la utilización del edificio, (fig 1-19)
33
I 3 FAC 1'ORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS
I claro del diafragma original H i
elan» del diafragma rehabilitado
muros adicionales resistentes a cortante
Figura 1-19 Adición de muros de cortante para reducir el claro del diafragma.
d) PROPORCIÓN.
En el diseño sísmico, las proporciones de un edifico pueden ser más importantes que su
tamaño absoluto. Para edificios altos su relación de esbeltez (altura-anchura), calculada de la
misma manera que para una columna individual, es una consideración más importante que sólo su
altura.
Cuanto más alto sea el edificio, peores serán los efectos de volteo de un sismo y mayores
los esfuerzos sísmicos en las columnas exteriores, en especial las fuerzas de comprensión por
volteo, las cuales pueden ser difíciles de manejar.
El equivalente en planta de la relación altura/anchura, o de esbeltez, es la relación de
aspecto. La misma generalización es válida Las formas largas y esbeltas son inconvenientes. Si el contraventeo está localizado sólo en la periferia, la dirección longitudinal será muy rígida, pero la dirección transversal, teniendo sólo dos muros o marcos en los extremos, muy separados entre sí, será muy flexible El diafragma debe salvar una gran distancia y actuará como una viga larga y esbelta, mientras que las hipótesis empleadas para analizar diafragmas suponen un comportamiento de viga de cortante corta
34
1.3 FACTORES QUE INFI .UYF.N F.N I I . COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS
e) SIMETRÍA.
El término simetría denota una propiedad geométrica de la configuración del edificio. Un
edificio es simétrico respecto a dos ejes en planta si su geometría es idéntica en cualquiera de los
lados de cualquiera de los ejes que se estén considerando. Tal edificio será perfectamente
simétrico. Un edificio puede ser simétrico respecto a un eje solamente, pero con una geometría
disímil respecto a cualquier otro eje que se pudiera trazar.
Puede haber simetría en la elevación, pero tiene menor significación dinámica que la
simetría de la planta. De hecho, en términos puramente dinámicos, un edificio no puede ser
perfectamente simétrico en elevación porque está fijo al suelo y libre en su otro extremo. Además
se puede argumentar que la simetría geométrica respecto a dos ejes puede no constituir una
ventaja intrínseca en el plano de la elevación y que serían más convenientes las formas específicas
de la simetría respecto a un solo eje. Por ejemplo, la pirámide tiene la ventaja intrínseca de que su
masa reduce constantemente con respecto a su altura.
Simetría estructural significa que el centro de masa y el centro de resistencia se encuentran
localizados en el mismo punto.
Las dos razones básicas que justifican la preferencia por las formas simétricas son:
primero, en términos puramente geométricos, la asimetría tiende a producir excentricidad entre el
centro de masa y el centro de rigidez, y por tanto, provocará torsión; Aunque lo anterior también
se puede deber a causas no geométricas, por ejemplo a variaciones en la distribución de peso en
una estructura simétrica. De cualquier manera la asimetría provocará casi inevitablemente la
torsión.
La segunda razón es que la asimetría tiende a concentrar esfuerzos El ejemplo más obvio de esto es la concentración de esfuerzos en una esquina interior (fig. l-20a). Sin embargo, un edificio con esquinas interiores no es necesariamente asimétrico pero sí irregular (fig. l-20b). Así, se ve que la simetría no es por si misma suficiente, y sólo cuando se combina con la sencillez es que las formas geométricas tienden a eliminar las concentraciones de carga
35
13 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS
esquina interior concentración de esfuerzos
esquina interior concentración de esfuerzos
a) b)
Figura 1-20. a) Concentración de esfiíerzos debido a planta asimétrica b) Planta simétrica irregular que presenta concentración de esfuerzos
Las dos plantas que se ilustran en la figura 1-21 son perfectamente simétricas respecto a
dos ejes Si las alas son muy cortas, como en el de la izquierda (A), la configuración se
aproximará a la excelente y simple forma geométrica de un cuadrado Si las alas son muy largas
(B), las esquinas interiores producirán severas concentraciones de esfuerzo y torsión
plantas simétricas
A)
U m
concentración de esfuerzos en esquina interior
Figura 1-21. A) Planta simétrica casi perfecta B) Aunque la planta es simétrica la configuración no es la
adecuada debido a la concentración de esfuerzos en las esquinas interiores
Sin embargo, aun con la anterior condición, a medida que el edificio se vuelve más
simétrico, se reducirá su tendencia a sufrir concentraciones de esfuerzos y torsión, y su
comportamiento ante cargas sísmicas tendera a ser menos difícil de analizar y más predecible
%
1.3 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS.
0 ESQUINAS.
Las esquinas de los edificios plantean una problemática muy especial. Las esquinas exteriores de un edificio pueden tener problemas debidos a efectos de ortogonalidad. Un movimiento de tierra orientado en forma diagonal puede provocar esfuerzos menores en el resto de la estructura, pero puede esforzar las esquinas en mayor medida que un movimiento a lo largo de los ejes principales, (ver la sección de simetría).
Asimismo, es en las esquinas de un edificio donde la deflexión de un muro en un plano debe interactuar con la deflexión incompatible de un muro en un plano perpendicular. Esto se puede acentuar por la ausencia de un muro sólido en la esquina (fig 1-22)
Figura 1-22. Esquina débil. Puede provocar un movimiento diferencial durante un evento sísmico.
Las esquinas interiores o entrantes son una característica común de las configuraciones de edificios con planta en forma de "L", "T", "U", "H", "+" o una combinación de estas.
Estas configuraciones plantean dos problemas. El primero es que tienden a producir
variaciones de rigidez, y por tanto, movimientos diferenciales entre diversas partes del edificio,
provocando una concentración local de esfuerzos en la esquina interior.
Considérese el edificio en forma de "L" que se ilustra en la figura l-23a. Si se presenta un movimiento del suelo con énfasis en la dirección norte-sur, el ala orientada norte-sur tenderá probablemente, por razones puramente geométricas, a ser más rígida que el ala situada este-oeste. Si el ala norte-sur fuera un edificio separado, tendería a flexionarse menos que el ala este-oeste (fig. l-23b), pero las dos alas están unidas entre si y tratan de moverse en forma diferente en su unión, tirándose y empujándose la una a la otra
37
13 F4CT0RES QUE INFLUYEN EN EL COMPORT <\MIE\ IO DE LAS ESTRUCTURAS
[ l fuerzas de : \-reacción
i j i j
sismo
a) planta b) planta
Figura 1-23. Efectos de torsión en esquina intenor de configuración en forma de "L" debido a la diferencia de
rigideces que presenta cada ala por estar situada en diferente posición respecto a la dirección del sismo
El segundo problema de estas configuraciones es la torsión Esta se produce porque el
centro de masa y el centro de rigidez de esta configuración no pueden coincidir geométricamente
para todas las posibles direcciones de un sismo Esto provoca rotación, que tenderá a distorsionar
la forma de maneras cuya naturaleza y magnitud dependerán de la naturaleza y dirección del
movimiento de tierra y causarán fuerzas muy difíciles de predecir
g) DISTRIBUCIÓN Y CONCENTRACIÓN.
Aunque las dos plantas mostradas en la figura 1-24 son simétricas, sin esquinas interiores,
y son del mismo tamaño, el diseño (B) es intrínsecamente superior como diseño sísmico Tiene
mas columnas y juntas viga-columna que comparten la carga, los claros de la viga son mas cortos
y los elementos resistentes están regularmente distribuidos
A)
i i _ j K fuerzas de reacción
i i — i i — i i — i i
II I I I I HI
I—HI II I I
i i—i i—a—i i
columnas
vigas
B]
Figura 1-24.
38
13 FACÍ ORES y l T INFLUÍ EN EN hi COMPORTAMIEN l'O DE LAS ESTRUCR'RAS.
Incluso bajo las condiciones controladas de un laboratorio de pruebas, dos columnas iguales de concreto reforzado no fallarán exactamente a la misma carga última. En condiciones reales, se pueden esperar muchas de estas variaciones, pero en un edificio con resistencia bien distribuida, los elementos compartirán igualmente las cargas. Cuando en vez de pocos elementos se tienen muchos, y un miembro empieza a fallar, habrá muchos otros elementos que proporcionen la resistencia necesaria. Por lo tanto, tienen una obvia desventaja inherente las configuraciones que concentran fuerzas sísmicas, de tal manera que acumulan fuerzas sucesivamente más grandes aplicadas en un número decreciente de miembros
h) DENSIDAD DE LA ESTRUCTURA EN PLANTA.
La densidad de la estructura en planta la podemos definir como la relación que hay entre el área total de todos los elementos estructurales verticales (muros, columnas, etc.) y el área bruta del piso.
El tamaño y la densidad de los elementos estructurales en los edificios de siglos pasados son sorprendentemente mayores que en los de la actualidad (fig. 1-25). En un edificio contemporáneo típico, este porcentaje se reduce al mínimo valor en diseños que emplean marcos resistentes a momentos. La tecnología estructural y los principios estéticos principalmente, han motivado a llevar esta tendencia a sus límites extremos. Por ejemplo, en un edificio se requiere que la planta inferior soporte su propia carga lateral debida a fuerzas sísmicas además de las fuerzas cortantes de todos los pisos superiores, lo cual es análogo a la acumulación hacia abajo de las cargas verticales de gravedad. En este mismo nivel inferior, a menudo se imponen criterios programáticos y estéticos sobre el edificio, que exigen eliminar tanto material como sea posible. Este caso es opuesto a la configuración sísmica más eficiente, que debería tener la mayor cantidad de elementos resistentes verticales en la base, que es donde más se necesitan
39
I 3 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL. COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS
A] edificio típico contemporáneo
B) Parte non, Atenas
0.2%
20%
Figura 1-25. Densidad estructural en planta
i) RESISTENCIA PERIMETRAL.
Aunque las dos configuraciones mostradas en la figura 1-26 son simétricas y tienen la misma cantidad de muros de cortante, la localización precisa de éstos es significativamente distinta. Los muros en planta de la derecha tienen mayor brazo de palanca para resistir movimientos de volteo y torsión.
• — - • • 1
i a m •
brazo de palanca
I ' -brazo de palanca
Figura 1-26. Localización de muros de cortante para resistir los movimientos de volteo y torsión.
Para resistir la torsión de un edificio simétrico, con el centro de giro situado exactamente
en el centro geométrico, cuanto más distante del centro se coloquen los miembros resistentes,
mayor será el brazo de palanca respecto al cual actúen, y por tanto, mayor será el momento
resistente que puedan generar. Esto quiere decir que, geométricamente la distribución más
40
1 1 FACTORES yl'F. IXFU YKN KN El.t'OMKJRI .AMIENTO DE 1.AS ESTRUCTURAS
eficiente es la circular, aunque se pueden emplear muchas otras configuraciones con una eficiencia
adecuada. Sin embargo, siempre que sea posible, es conveniente colocar miembros resistentes en
el perímetro, ya sea que los miembros sean muros, marcos, o marcos contraventeados, y que
tengan que resistir fuerzas laterales directas o de torsión, o ambas.
j) REDUNDANCIA.
No se debe confundir con la idea de redundancia el hecho de que los miembros no estructurales sean obligados a desempeñar una función estructural. Los miembros redundantes son elementos estructurales que en condiciones normales de diseño no desempeñan una función estructural o están subesforzados con respecto a su resistencia, pero que son capaces de resistir fuerzas laterales si es necesario. Proporcionan un medio útil para obtener un factor adicional de seguridad donde pueda haber incertidumbres analíticas en el diseño.
Se puede aducir que suministrar redundancia representa una violación de los conceptos de
economía y elegancia de la ingeniería, puesto que implica que una parte del material por lo general
estará ocioso o subesforzado. Sin embargo, el concepto reconoce la necesidad de diseñar en
función de desastres no calculados, así como para las condiciones diarias de servicios.
La redundancia en el diseño sísmico tiene importancia en varios aspectos. A menudo se
cita el detallado de las conexiones como un factor clave, ya que en cuanto más integrada e
interconectada esté una estructura, habrá más posibilidades de redistribución de la carga. La
configuración también participa, ya que el número y la localización de los elementos resistentes se
originan en el diseño arquitectónico y establecen un potencial de redistribución que puede ser
efectivo mediante el adecuado detallado estructural
41
14 RECOMENDACIONES SOBRh 1 A I S1RUCTURACIÓN
1.4 RECOMENDACIONES SOBRE LA ESTRUCTURACIÓN.
De acuerdo a los factores que se analizaron en la sección anterior y con base en experiencias obtenidas en diversos sismos en todo el mundo, se mencionará a continuación una serie de recomendaciones sobre los aspectos que deberán tomarse en cuenta en lo más posible por los proyectistas de estructuras
1 Poco peso
Se recomienda que las estructuras sean ligeras pues las fuerzas debidas al sismo surgen como consecuencia de la inercia de las masas a desplazarse, por lo que, entre menos pesen, menos serán los efectos de los sismos en ellas
2 Sencillez, simetría v regularidad tanto en planta como en elevación
Conviene también que sean sencillas, para que los modelos matemáticos sean realistas, pues una estructura muy compleja, mezclando distintos tipos de sistemas estructurales y materiales, no es fácil de modelar, que sean simétricas para reducir efectos de torsión, por lo que se debe evitar las plantas en forma de "T", "L", "C" y triangulares (fig 1-27)
concentración de esfuerzos
u • rpi
Figura 1-27. Plantas irregulares en edificios
concentración de esfuerzos
efectos de torsión
V "L" triangular
42
I 4 RECOMtXDACIONES SOBRE LA ESTRUCTURACIÓN
3 Plantas poco alargadas
Que no sean muy alargadas ni en planta, ni en elevación en planta, para reducir la
posibilidad de que el movimiento de un extremo del edificio sea diferente del otro extremo, lo que
causaría efectos usualmente no previstos, en elevación, para reducir los efectos de volteo, que
encarecen considerablemente las cimentaciones
4 Uniformidad en la distribución de resistencia, rigidez y ductilidad
Se deben evitar los remetimientos en elevación (fig 1-28), pues los cambios bruscos en masa o rigidez propician amplificaciones dinámicas importantes, que suelen provocar daños graves Lo mismo puede decirse en cuanto a cambios en la forma de la planta, debiendo limitarse la extensión de apéndices que sobresalgan, como en el caso de formas simétricas en cruz o en "H"
estructuras con remetimientos en elevación
Figura 1-28. Elevaciones irregulares en edificios
5. Hiperestaticidad y líneas escalonadas de defensa estructural
Conviene que la resistencia y rigidez de la estructura estén repartidas uniformemente, sin concentrarse en unos cuantos elementos resistentes, o con variaciones grandes en los claros entre columnas o en las dimensiones de las trabes y de las columnas Entre mayor hiperestaticidad tiene una estructura, es mayor el numero de secciones estructurales que deben fallar antes de que la estructura colapse, asimismo, si se planea que haya elementos que fallen antes que otros, se puede
43
1.4 RECOMENDACIONES SOBRE LA ESTRUCTURACIÓN.
dar la posibilidad de evitar daños grandes a toda la estructura. Estos elementos deben colocarse
adecuadamente para que su reparación sea sencilla. El problema de satisfacer esta condición es
que se requiere analizar varias etapas del comportamiento, para verificar que los elementos
estructurales que van quedando sean capaces de soportar el sismo sin colapsar, lo que encarece y
complica el cálculo de la estructura.
6. Formación de articulaciones plásticas en elementos horizontales antes que los verticales.
Se debe buscar una estructuración a base de columnas fuertes-vigas débiles, para propiciar la formación de articulaciones plásticas en las vigas al excederse la resistencia suministrada, ya sea porque se está aprovechando la ductilidad o porque, además de eso, el sismo excede las previsiones de diseño. Al proceder así se logran mecanismos que pueden evitar más fácilmente el colapso de la estructura, pues la demanda de ductilidad local en las trabes de todos los entrepisos reparte mejor los efectos del sismo que cuando la demanda de ductilidad se concentra en las columnas de un solo entrepiso. Por otro lado, el comportamiento dúctil de elementos estructurales sujetos a flexión pura, como en el caso de las trabes, es mucho mejor que el de elementos sujetos a flexocompresión, que es el caso de columnas.
7. Propiedades dinámicas adecuadas al terreno en que se desplantará la estructura.
Se recomienda también que se busque que las propiedades dinámicas de la estructura sean
congruentes con las del suelo en que se desplantará; en general se sabe que en suelos firmes se
comportan mejor las estructuras flexibles y en suelos blandos las estructuras rígidas. Lo que trata
de evitarse con esta recomendación es la posible resonancia por coincidencia de las propiedades
dinámicas de la estructura y del suelo.
8. Congruencia entre lo proyectado y lo construido.
Es recomendable también que lo que se construye sea congruente con lo que se proyecta; en muchas ocasiones al proyectar una estructura se decide no aprovechar la colaboración de muros de relleno, debido a la posibilidad de que sean eliminados para dejar libertad en la distribución de espacios en el proyecto arquitectónico de los distintos niveles, sin embargo, suele
44
1.4 RECOMENDACIONES SOBRE LA ESTRUCTURACIÓN.
no detallarse adecuadamente la forma en que estos muros deben construirse, desligados de la estructura para permitir que ésta se deforme sin recargarse en ellos, pues si lo hace les transmitiría buena parte de la fuerza sísmica que debía absorber, debido a que ios muros, sobre todo cuando son de mampostería, tienen una rigidez intrínseca bastante alta en su plano, aunque su resistencia no sea compatible con esa rigidez, como ya se mencionó anteriormente. Si los muros de relleno colaboran con la estructura para resistir los efectos sísmicos sin haber sido calculados para absorber la fuerza que les corresponde en función de su rigidez, el comportamiento de la estructura será muy distinto al supuesto en el proyecto estructural, pudiendo presentarse muchos daños.
En algunos casos la colaboración de muros no estructurales evita el colapso de estructuras subdiseñadas, si su colocación es relativamente simétrica y tiene continuidad de un piso a otro. Pero cuando su colocación es asimétrica, como ocurre en los muros de colindancia de edificios en esquina o cuando son discontinuos, como ocurre en edificios de departamentos en que la planta baja o algunos otros niveles no tienen muros porque se destinan a estacionamiento o comercios, la colaboración de los muros de relleno pueden ser causa de daños muy graves o aún de colapso total de la estructura, al propiciar efectos torsionantes importantes en el primer caso o una condición de "piso débil" en el segundo.
El cambio de cargas con respecto al proyecto suele ser también causa de daños importantes en las estructuras. Usualmente un edificio diseñado para resistir el efecto combinado de cargas verticales y cargas de sismo puede soportar sin problemas cargas verticales importantes mientras no tiemble; pero, si existe sobrecarga al momento de un sismo, los efectos de éste se verán considerablemente amplificados, por lo que puede ocurrir daños importantes o colapsos parciales totales.
45
1.5 MODIFICACIONES AL REGLAMENTO DE LAS CONSTRUCCIONES
1.5 MODIFICACIONES AL REGLAMENTO DE LAS CONSTRUCCIONES PARA EL DISTRITO FEDERAL A RAÍZ DE LOS SISMOS DE 1985.
El Reglamento de las Construcciones para el Distrito Federal de 1976 fue reconocido como de vanguardia en la época de su publicación, con avances notables a nivel mundial; sin embargo, los cambios en la tecnología y los resultados de investigaciones llevadas a cabo en la ciudad de México y en el extranjero hicieron necesaria su revisión, la cual se había iniciado hacia fines de 1984, con objeto de recuperar el nivel tecnológico adecuado, reconociendo que un reglamento debe ser un documento dinámico y adaptable a la realidad. Los sismos de septiembre de 1985 aceleraron ese proceso, obligando a emitir unas modificaciones de emergencia que debían emplearse en los proyectos de reparación de todas aquellas construcciones dañadas por estos sismos, así como en construcciones nuevas ubicadas en la zona de terreno blando y de transición, mientras no se contara con un nuevo reglamento.
1.5.1 NORMAS DE EMERGENCIA DE 1985.
Entre las modificaciones más importantes se encontraban:
• El incremento de los coeficientes sísmico-elásticos, a 0.40 g. en la zona blanda y a 0.27 g. en la zona de transición, conservándose los valores en la zona firme sin cambio. Asimismo, las aceleraciones del terreno se cambiaron a 0.10 g. y 0.054 g. respectivamente. Vista en rigor, esta modificación no cubre el espectro de respuesta elástica obtenida con el acelerograma registrado en terrenos de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes, que corresponde a terreno blando.
• En el diseño de columnas se modificó el factor de reducción de resistencia de 0.75 a 0.50, cuando se empleen factores de reducción por ductilidad mayores que 2, con objeto de tratar de evitar en el futuro la gran cantidad de fallas de columnas observadas en esta ocasión. Además, la dimensión mínima de columnas se fijó en 30 cm y se aumentaron los requisitos para refuerzo transversal.
46
I 5 MODIFICACIONES AL RECLAMEN TO DE LAS CONSTRUCCIONES
• Por otro lado y tomando en cuenta que varias de las fallas se debieron aparentemente a
sobrecarga de las estructuras, se aumentó al doble de la carga viva que debe considerarse en la
valuación de fuerzas sísmicas, de 90 kg/m2 a 180 kg/m2 para edificios de oficinas.
• La altura máxima para edificios en que es valido el método estático simplificado se redujo de 13
tn a 8.5 m, cambiándose los valores de los coeficientes sísmicos reducidos para este caso.
• Se eliminó el factor de reducción por ductilidad de 6 y para el valor de 4 se aumentaron los requisitos, exigiéndose ahora que los marcos sean capaces de absorber cuando menos el 50% de la fuerza cortante que les tocaría si estuvieran solos cuando el sistema estructural incluye muros o contravientos; además, se incluyeron restricciones adicionales para estructuras de acero y de concreto
• Se agregó un nuevo valor de reducción por ductilidad de 3, aplicables a estructuras de marcos con sistemas de piso y de losa plana o con vigas de acero de alma abierta (armaduras), siempre y cuando se cumplan varios requisitos, como por ejemplo la consideración de una viga equivalente con ancho menor al especificado anteriormente para el caso de las losas planas
• Se incluyó la limitación de que el máximo valor de excentricidad calculada en cualquier nivel no
debe exceder del 20% de la mayor dimensión de la planta medida perpendicularmente a la
dirección de análisis. El reglamento anterior no tenía esta limitación.
• Se incluyeron asimismo algunas normas sobre diseño de pilotes, sobre daños por hundimientos diferenciales, sobre separación en colindancias, detallado de las conexiones entre miembros estructurales, inspección, supervisión y otros conceptos
1.5.2 REGLAMENTO DE 1987.
El 3 de julio de 1987 se publicó en el Diario Oficial de la Federación una nueva versión del Reglamento de las Construcciones para el Distrito Federal. En el título relativo a seguridad estructural (ahora VI en vez de IV), se incorporaron algunas de las medidas tomadas a raíz del sismo en las normas de emergencia, otras se cambiaron y otras son nuevas Entre los aspectos más sobresalientes de esta versión están las siguientes:
47
1.5 MODIFICACIONES AL REGLAMENTO DE LAS CONSTRUCCIONES
• La clasificación de estructuras por su destino se redujo a 2 tipos eliminando el C anterior, aunque el grupo B se subdividió en dos, Bl y B2, según altura y superficie cubierta y zona donde se construirá. La zonificación del Distrito Federal con respecto a tipo de suelo se revisó y redefinió. En algunas partes las zonas II y III, de terreno de transición y blando se introdujeron requisitos más severos
• Con respecto a los proyectos arquitectónicos se estableció la necesidad de contar, de preferencia, con una estructuración regular para reducir los efectos sísmicos. Se dan también normas sobre acabados y elementos no estructurales que pueden afectar el comportamiento sísmico de la construcción
• Se mantiene la modificación en cargas vivas para oficinas estipulada en las normas de
emergencia, diferenciándolas de las cargas vivas para habitación. En ambos casos ya no se hace
variar la carga viva en función del área cargada del elemento estructural en estudio, aunque se
permiten reducciones si dicha área es mayor que 36 m2.
• La mayor parte de los requisitos de diseño sísmico se pasaron a unas normas técnicas complementarias para diseño por sismo, pero permanecen en el reglamento algunos lineamientos generales sobre métodos de análisis, combinación de acciones y coeficientes sísmicos.
• Se dan reglas claras para el tratamiento de muros divisorios incorporándolos a la estructura
desde el proyecto o desligándolos de ella para que no obstruyan sus deformaciones cuando no
contribuyan a la resistencia y rigidez, sujetándolos adecuadamente y de preferencia haciéndolos
a base de materiales débiles o muy flexibles en este caso.
• Los coeficientes sísmicos de las normas de emergencia para la zona de transición se aumentaron, subiendo a 0.32 g. en vez de 0.27 g. Los de zona firme y blanda quedaron en 0.16 g. y 0 40 g. respectivamente. Para estructuras del grupo A el factor de incremento en los coeficientes es de 1.5 en vez de 1.3 del reglamento de 1976; esto se había cambiado desde las normas de emergencia de 1985.
• Los desplazamientos laterales permisibles se redujeron a 0.006 h en vez de 0 008 h, siendo h la altura de entrepiso o la altura total. Se permiten valores hasta de 0.012 h si no hay posibilidad
4S
15 MODIFICACIOVI-S VI REGLAMFNTU Dh LAS CONSTRUCCIÓNtS
de dañar elementos no estructurados cuando se mueva la estructura (en vez de 0.016h del /eglamento anterior)
• La separación entre cuerpos de un mismo edificio o entre edificios adyacentes debe ser igual a
la suma de sus desplazamientos horizontales calculados (sin reducir las ftierzas sísmicas) incrementados en 0.001, 0.003 ó 0.006 de la altura del nivel de que se trate, sobre el terreno, en las zonas I, II o III respectivamente. Esto implica que la separación entre dos edificios de seis pisos de alto (H=20m.) que cumplan los requisitos de desplazamientos laterales permisibles, debe ser del orden de 48 a 72 cm., en la zona III, según el límite que cumplan y entre dos edificios de unos 10 niveles (H=30m.), dicha separación será del orden de 72 a 108 cm. en la misma zona III; para la zona I los valores anteriores se reducirían a intervalos de 28 a 52 cm. en el primer caso y 42 a 78 cm. en el segundo caso. Desde luego, si los desplazamientos calculados no llegan a los límites de 0.006 H o 0.012 H, estos valores podrán bajar, pero eso requerirá estructuras bastante rígidas.
• Los factores de reducción por ductilidad cambiaron su nombre a factores de comportamiento sísmico; se mantuvieron las restricciones de las normas de emergencia en este aspecto Asimismo, se mantuvo la obligación de denunciar los daños que tenga una estructura por efecto de sismo, viento, explosión, sobrecargas, hundimientos diferenciales u otro concepto, debiéndose elaborar un dictamen técnico en función del cual la estructura podrá dejarse como esté o deberá ser reparada, en cuyo caso debe cumplir con este reglamento.
• Un aspecto muy importante en el proyecto y construcción de los edificios del grupo A y del subgrupo B-l es la necesidad de contar, además del Director de la Obra, con un corresponsable de la seguridad estructural, quien deberá revisar que se hayan hecho los estudios necesarios para el proyecto de estructura y cimentación, y revisará dichos proyectos, los materiales que se emplearán; asimismo, vigilará que la construcción se haga de acuerdo con esos proyectos, y que la construcción de las instalaciones no afecte a los elementos estructurales. Todas las construcciones existentes del Grupo A deberán ser revisadas por un corresponsable en seguridad estructural y en su caso adecuarse para que se cumplan con las disposiciones del nuevo reglamento, asimismo, estas construcciones deberán revisarse cada cinco años o después de un sismo intenso para hacer constar que se encuentran en condiciones de seguridad adecuadas, de acuerdo al mismo reglamento.
49
15 MODII ICACKA'ES \l RLGI AMCMO DELASCONSTRUCCIONLS
• En las nuevas normas técnicas complementarias para diseño por sismo se establecen los métodos de análisis, estáticos o dinámicos, los espectros para diseño sísmico, los factores reductivos aplicables en función de la ductilidad que pueda desarrollar la estructura o por la adición de dispositivos capaces de disipar energía (una nueva técnica muy promisoria, para reducir los efectos sísmicos). El método estático simplificado de análisis es válido para estructuras hasta 13 m de altura si se cumplen los demás requisitos para aplicarlo
• Con respecto a las normas de emergencia se modificó, como ya se indicó, el coeficiente sísmico
de la zona de transición, también se modificó la forma de los espectros de diseño, variando los periodos que definen la zona de ordenadas constantes, que son ahora de 0 2, 0 3 y 0 6 seg el primero y de 0 6, 1 5 y 3 9 seg el segundo, respectivamente para las zonas I, II y III La aceleración para periodos nulos se considera igual a la cuarta parte de la ordenada máxima
• Los requisitos para considerar los distintos valores del factor de comportamiento sísmico, Q (antes factor de reducción por ductilidad) se revisaron y adecuaron, quedando los valores de 4, 3, 2, 1 5 y 1 de las normas de emergencia, pero aclarándose que para una dirección de análisis dada, se usará, para toda la estructura, el mínimo valor de Q que corresponda a los diversos entrepisos de la estructura Esto es especialmente importante en aquellos casos en que hay cambios en el sistema estructural en los distintos entrepisos
• También se establecen una serie de condiciones de regularidad deseable en las estructuras En
caso de que no se tengan esas condiciones se usará el 80% del valor del factor de
comportamiento para calcular las reducciones admisibles
• En los cálculos de torsión en planta, se pide la determinación del centro de resistencias, que no
necesariamente coincide con el de rigideces, lo cual dificultará notablemente este aspecto, pero no es fácil determinar la resistencia de un entrepiso y por lo tanto por dónde pasa su resultante (este requisito se derogará próximamente)
• Se tienen también, en un apéndice, recomendaciones para tomar en cuenta la interacción suelo-estructura, en aquellos casos en que sea importante, pudiendo modificarse en este caso la forma del espectro de diseño, con base en los periodos dominantes del suelo en el sitio en que se construirá la estructura, proporcionándose en este apéndice un plano del Distrito Federal con esos valores
50
I 5 MODIFICACIONES AL REGLAMENTO DE LAS CONSTRUCCIONES
• Por lo que respecta a las normas técnicas complementarias para diseño de estructuras de mampostería, concreto reforzado, madera o acero y para el diseño de cimentaciones y por
viento hubo también algunos cambios importantes en ellas, varios de ellos contemplados en las
normas de emergencia y otros nuevos.
• En el caso de estructuras de concreto reforzado, un cambio importante consistió en establecer dos calidades de concreto, debiendo emplearse la mejor, que requiere control importante en la selección de materiales y en la fabricación, en estructuras de los Grupos A y Bl. Se hicieron también ajustes en los factores de reducción de resistencia y en los requisitos de detalle para lograr ductilidad en marcos rígidos.
• En el caso de estructuras de acero el diseño se hará ahora con base en cargas y resistencias últimas en vez de emplear esfuerzos permisibles como antes.
• En el diseño de cimentaciones se dan también nuevas recomendaciones tomando en cuenta las
experiencias obtenidas en los sismos de septiembre de 1985.
51
CAPITULO II. ANTECEDENTES A LA RIGIDIZACION DEL PCCl
CAPITULO 11
ANTECEDENTES A LA RIGIDIZACION DEL PUESTO CENTRAL DE CONTROL 1.
ILl DESTINO E IMPORTANCIA DEL PUESTO CENTRAL DE CONTROL 1.
El Puesto Central de control es el cerebro del sistema de operación del Sistema de
Transporte Colectivo Metro.
El Sistema de Transporte Colectivo es un organismo de servicio público cuya función
principal consiste en transportar con seguridad a millones de ciudadanos en el Distrito Federal.
Para tal fin, y respondiendo a esa necesidad, cuenta con modernas instalaciones y dispositivos de
control que permiten el cumplimiento de dicha operación.
Los equipos e instalaciones mencionados permiten la energización de las vías, y por lo
tanto, la circulación y control de los trenes con la mas amplia garantía de seguridad Dicho control
se lleva a cobo por medio de tableros de control óptico y computadoras, desde donde se ordena al
cerebro la marcha o paro de los trenes.
El edificio, objeto de éste estudio, está destinado para albergar al cerebro electrónico que
controla la operación de las lineas 1 a la 6 del Metro Sus entrepisos son utilizados para alojar
equipos e instalaciones especiales como son: tableros de control óptico, equipos de transferencia
automática, baterías, transformadores de alta tensión, instalaciones de aire, un centro de cómputo,
un centro de mando centralizado, un centro de telefonía, así como algunas oficinas, que hacen
posible el buen funcionamiento del sistema.
52
CAPITUIOII ANTFCEDEMES A LARKrIDI/ ACIÓN DELPCC1
II.2 CARACTERÍSTICAS E S T R U C T U R A L E S D E L P U E S T O C E N T R A L
DE CONTROL 1.
El edificio que alberga al Puesto Central de Control 1 tiene forma aproximadamente simétrica, tanto en planta como en elevación y esta compuesto por ocho niveles y doble sótano
Su estructura es de tipo esquelético, a base de marcos rígidos formados por columnas y trabes de concreto reforzado, con losas macizas y trabes secundarias coladas en sitio también de concreto reforzado
Ademas de los marcos rígidos cuenta con muros de rigidez de concreto reforzado los cuales rematan en el primer entrepiso
La cimentación es de tipo semicompensada a base de un cajón rígido de concreto reforzado, construido mediante el sistema de muro tipo milán o tablaestaca con losa de cimentación y contratrabes, apoyándose sobre 82 pilotes de fricción con una longitud de 23 5 m cada uno (fig 2-1)
CIMENTACIÓN ORIGINAL
Figura 2-1 Cimentación del edificio antes de su ngidización
El inmueble fue constiuido en e! año de 1967, diseñado bajo las normas del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal de 1966, el cual se encontraba vigente en aquella época
CAITl'UI.O 11 AN'IT.CEDENTES A I A RIGIDIZACION DEL PCCI
II.3 COMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA ANTE LOS SISMOS DE 1985.
Durante los sismos de 1985 la estructura del PCC1 se comportó de manera no muy satisfactoria, sufriendo pequeños daños estructurales no muy significativos pero de ninguna manera despreciables, en contraposición a lo establecido por el Reglamento de las Construcciones para el Distrito Federal
Aunque en ningún elemento estructural se presentaron casos de aplastamiento del concreto, si se presentaron casos de algunas fallas incipientes (debidas a fuerza cortante) por una posible carencia en el área de acero en los estribos. Estas fallas se presentaron básicamente en la zona de los nodos que forman las trabes con las columnas, no alcanzando gran profundidad, y por esto, no consideradas como criticas, como lo corroboraron los "testigos" de yeso que se les colocaron posteriormente; asimismo, entre los niveles lo. y 2o. se presentaron en dos columnas fallas por concentración de esfuerzos (principalmente de cortante) Posiblemente si el sismo hubiera tenido inayor duración, los elementos con este tipo de grietas hubiesen empezado a fallar o a colapsarse en algunos casos.
Algunos muros no estructurales o de relleno quedaron dañados y otros inclusive
colapsados. Si sus rigideces no fueron consideradas en el cálculo estructural original, resulta
interesante suponer aquí que dichos muros pudieron haber influido en el amortiguamiento de la
estructura y con esto en el modo de vibración de la misma, evitando posiblemente una
sincronización entre los periodos de vibración del suelo y el de la estructura, debido a la gran
duración del sismo.
También a consecuencia del sismo la estructura sufrió un asentamiento diferencial que dio lugar a un desplome máximo de 7.26 cm. en la esquina nor-oriente del edificio, medido desde su parte superior a nivel banqueta.
En conclusión podemos decir que la estructura presentó 1) desplazamientos horizontales mayores que los permitidos por el reglamento, 2) asentamientos diferenciales, 3) algunos agrietamientos y 4) pequeñas fallas incipientes por cortante de no despreciable significación estructural, por otro lado, se comportó adecuadamente con respecto al estado límite de falla.
54
CAPITULO II. ANTECEDENTES A LA RIGIDIZACION DEL PCC1 II 4 REVISION Y EYALl ACIÓN DE LA ESTRI CTL RA
II.4 REVISION Y EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA.
En este subcapítulo haremos una revisión, evaluación y posteriormente un dictamen de la
seguridad estructural que guardaba el edificio del PCC1 conforme a las normas del Reglamento
de las Construcciones para el Distrito Federal RCDF y a sus Normas Técnicas Complementarias
NTC vigentes a partir del 3 de julio de 1987. Lo anterior es debido a que como se trata de una
estructura clasificada por su uso dentro del grupo A a que se refiere el Reglamento en su articulo
174 fracción I. se tiene la necesidad de verificar que la estructura cumpla con los requisitos de
seguridad estructural, en cuyo defecto se deberá proceder a su reforzamiento o modificación para
satisfacerlos.
II.4.1 ACTIVIDADES PRELIMINARES EN LA EVALUACIÓN.
Con el fin de obtener información de las condiciones estructurales que guardaba el edificio
después de los sismos de 1988 y para corroborar la información del proyecto estructural original,
se llevaron a cabo las siguientes actividades:
a. Inspección visual al inmueble.
Se realizaron visitas al inmueble con el fin de verificar las propiedades y ubicación
de los elementos estructurales marcados en el proyecto original, señalando las diferencias
observadas. Además, se revisaron las cargas verticales actuantes por entrepiso debidas al
peso del equipo, carga viva e instalaciones diversas, para ser consideradas en el análisis de
cargas de la revisión estructural.
b. Información de planos.
Se obtuvo la información necesaria del proyecto estructural, de cimentación,
arquitectónico y de instalaciones para confrontarla con la estructural actual.
c. Revisión de verticalidad de la estructura.
55
CAPITULO II .ANTECEDENTES A LA RIOIDIZACION DEL PCC1 114 REVISION'l I- \ ALL ACIÓN DEI ^bSTRlCRiRA
De acuerdo a lo dispuesto en las NTC para diseño por sismo en su sección 11
"Estructuras existentes", debe considerarse en el análisis de estructuras ya existentes el
desplome que puedan tener Si éste es considerable, las fuerzas sísmicas de diseño deberán
incrementarse. Por ello fue necesario obtener los desplomes reales de la estructura, los
cuales se confrontaron con el máximo permisible indicado en las citadas normas. En el
subcapítulo II.4 3 3 "cargas accidentales" se hará referencia al respecto
II.4.2 CONSIDERACIONES GENERALES.
Para realizar el análisis y revisión estructural del edificio existente, fue necesario obtener del RCDF 1987 y de sus NTC correspondientes las disposiciones generales a considerar para verificar la seguridad estructural de la misma, las cuales se presentan a continuación:
11.4.2.1 Clasificación de la estructura.
De conformidad con lo dispuesto en el articulo 174 Fracción I del Reglamento y atendiendo a las características que presenta el inmueble, se clasificó a éste como una estructura perteneciente al grupo "A" debido a que una falla estructural podría causar daños al equipo que alberga, el cual es sumamente especializado y costoso; por otro lado, ésto ocasionaría trastornos en el funcionamiento del Sistema, que pueden ser desde suspensión de servicio hasta posibles colisiones En cualquier caso, se pondría en peligro un alto número de vidas humanas y también los aparatos y equipo de control, así como la pérdida económica indirecta provocada por la falta de transporte.
11.4.2.2 Ubicación geotécnica de la estructura
De conformidad con lo dispuesto en el articulo 219 del Reglamento y con las figuras 1 y 3.1 de las NTC para Diseño y Construcción de Cimentaciones y Diseño por Sismo respectivamente, la estructura se encuentra ubicada en la zona lacustre o zona III. la cual se caracteriza por tener depósitos de arcilla altamente compresibles, separados por capas arenosas con contenido diverso de limo o arcilla Estos depósitos lacustres suelen estar cubiertos superficialmente por suelos aluviales y rellenos artificiales, pudiendo ser el espesor de este conjunto superior a 50 m Para el caso particular del edificio del PCC1, el relleno superficial
56
CAPITULO II ANTLCEDENTES A 1 A RIGIDIZAC'IOV DEL PCC1 II 4 RL\ ISKW "l EVALl ACION DF I A I.SIRICTL RA
existente en la zona es de 45.5 m de espesor, por lo que se satisfacen los requerimientos señalados
por el RCDF para considerar la ubicación de la estructura en la zona del lago
II.4.2.3 Factor de comportamiento sismico de la estructura.
Este factor está intimamente relacionado con la ductilidad que presenta la estructura en su
conjunto. La ductilidad es generalmente deseable debido a la ocurrencia de la falla en forma mas
suave y menos explosiva que la que presentan las estructuras frágiles; ésta ductilidad es
particularmente útil en zonas sísmicas.
En el apartado 5 de las NTC para Diseño por Sismo vigentes, se recomienda la adopción
de un factor de comportamiento sísmico, el cual es función directa de la estructuración del
edificio, la resistencia y rigidez por entrepiso y de la ductilidad de los miembros estructurales que
conforman el inmueble. Para el caso particular del edificio del PCC1 y de acuerdo a la
información obtenida de los planos estructurales y arquitectónicos y siguiendo los lincamientos
marcados por las correspondientes normas se decidió utilizar un factor de comportamiento
sísmico 0=2.
II.4.3 EVALUACIÓN DE LAS CARGAS.
Conforme a lo dispuesto en el articulo 186 del reglamento, correspondiente a las
categorías de acciones de acuerdo con la duración que obran sobre las estructuras en su
intensidad máxima se manejarán tres tipos: como acciones permanentes las causadas por la carga
muerta, las acciones variables por la carga viva y las acciones accidentales por efecto sísmico
II.4 31 cargas muertas.
Para la evaluación de las cargas muertas actuantes en la estructura se realizó la cubicación
de todos y cada uno de los elementos constructivos, de los acabados y de todos los elementos que
ocupan una posición permanente de acuerdo a la información recopilada de las inspecciones
visuales realizadas al edificio y de los planos del mismo.
Se tomaron en cuenta los pesos volumétricos para los diferentes materiales de
construcción utilizados y se consideró lo dispuesto en los artículos 196 y 197 del RCDF 1987
57
CAPITULO II. ANTECEDENTES A LA RIGIDI7, \CIO\ DEL I'CCl II.4 REVISION V EVALUACIÓN DI. LA ESTRUCTURA
II.4.3.2 cargas vivas.
Para la evaluación de las cargas vivas nominales unitarias se siguieron los lineamientos
marcados en los artículos 198 y 199 del RCDF 1987 el cual indica el empleo de los siguientes
valores tabulados
Tabla de cargas vivas unitarias en kg/m2.
destino de piso o cubierta W Wa Wm
oficinas
azoteas con pendiente
no mavor al 5%.
100
15
180
70
250
100
W carga viva media a emplearse en el cálculo de asentamientos en materiales poco permeables.
Wa carga viva instantánea a emplearse para análisis sísmico o efectos de viento.
Wm carga viva máxima a emplearse para el cálculo de fuerzas gravilacionales. para el cálculo de
asentamientos inmediatos, así como para el diseño estructural de la cimentación ante cargas
gra\ itacionales.
Adicionales a la carga viva recomendada por el Reglamento, se consideró una sobrecarga
por equipo e instalaciones diversas, la cual fue variada dependiendo del entrepiso y la zona en
cuestión. El valor promedio de la carga viva por equipo fite de 220 kg/m2. Tabla 2.
Tabla 2
CARGAS VERTICALES CONSIDERADAS
ANÁLISIS SÍSMICO
entrepiso
azotea (*)
planta tipo (*)
carga \ iva
(Wm) T/m2
0.07
0.18
ANÁLISIS
GRAVITACIONAL
entrepiso
azotea (*)
planta tipo (*)
carga viva
(Wm) T/m2
0 10
0.25
58
CAPITULO II. .ANTECEDENTES A LA RIGIDIZACION DEL PCC1 11.4 REVISION V EVALl'ACIÓN DE LA ESTRUCTURA
(*) Adicional a la carga viva especificada en el RCDF-87 se consideró la sobrecarga debida
al equipo existente en el edificio, siendo particular y variable para cada entrepiso.
W = 0.220 T/m^ (sobrecarga promedio adicional por equipo)
II.4.3.3 cargas accidentales
Para la determinación de las fuerzas accidentales producidas por efectos sísmicos, se
estableció el coeficiente respectivo y las cargas a emplearse en el análisis como lo especifican los
artículos 202 al 206 del RCDF vigente, y las cuales se describen a continuación.
• coeficiente sísmico
Este valor se estableció tomando en cuenta la localization, grupo y factor de comportamiento
sísmico de la estructura, los cuales se definieron en los párrafos anteriores. Tabla 3.
| GRUPO "A"
RCDF - 66
C
Q
Cs=C/Q
0.06 \ 1.30 = 0.078
1.0
0.078
RCDF - 87
0.4 x 1.5 = 0.60
2.0
0.3
Tabla 3. Coeficiente sísmico "C" y de Comportamiento Sísmico "Q".
considerando estmetura en zona tipo del lago (III).
• cargas para el análisis sísmico
Para la determinación de las cargas a utilizar en el análisis sísmico, se emplearon los
valores de carga viva instantánea para efectos accidentales y la carga muerta obtenida del análisis,
los cuales se sumaron y se multiplicaron por el área tributaria geométrica correspondiente para
cada elemento estructural y cada marco ortogonal que conforman el edificio, con este resultado
obtenido se realizó el análisis por fuerzas horizontales con el método estático y dinámico. De
59
CAPITULO O. ANTECEDENTES A LA RIÜIDIZACION DEL PCC1 II.4 REVISION Y EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA
acuerdo a lo comentado en e! subcapítulo II.4.1.C "Revisión de la verticalidad de la estructura",
no fue necesario incrementar tales fuerzas sísmicas por efectos del desplome de la estructura, ya
que el desplome máximo tuvo una relación de 0.0019 (*) con respecto a la altura total de la
construcción, menor que 0.01 establecida por el Reglamento. (Tabla 1) (figs. 2-2 y 2-3).
Tahla 1
TABLA DE DESPLOMES
MAXIMO
ADMISIBLE
1 (cm)
0.01 x 3357.50
= 33.575
MAXIMO EN
DIRECCIÓN
NTE-SUR (cm)
3.60
MAXIMO EN
DIRECCIÓN
OTE-PTE (cm)
6.30
(*) relación máxima de desplome = 6.3/3357.5 = 0.0019, por lo tanto, no es necesario incrementar las fuerzas
sísmicas por efecto de desplomes.
d )00©©® — ^ norte
_
33!
J
3.
¡7.5 m
60 ci n
MA RCO "D"
3.G Ocm
0®©®©© —3»- oriente
6.3 Sen i
MAI RCO "ff
6.3
^1
Figuras 2-2 y 2-3. Desplomes
60
CAPITULO II ANTECEDENTES AI \ RICIDIZ ACIÓN DEL PCX 1 114 R I \ IS ION\ t-\ AI l ACIÓN DE LA ESTRLCTLRA
II.4.4 ANÁLISIS SÍSMICO Y ESTRUCTUAL.
Para la obtención de las fuerzas sísmicas horizontales actuantes en la estructura, se
aplicaron tanto el análisis estático como el dinámico, llevándose a cabo la revision estructural final
con los resultados obtenidos del análisis dinámico modal espectral (figs 2-4 y 2-5)
Fueron calculados los primeros ocho modos de vibración (tabla 4), de los cuales fue
posible determinar las fuerzas cortantes por nivel, las que fueron distribuidas en los marcos que
conforman el edificio, ésto se realizó en ambas direcciones Es importante señalar que se tomaron
en cuenta los efectos de torsión y bidireccionales señaladas en el apartado 9 de las NTC para
Diseño por sismo correspondientes al análisis dinámico
El análisis estructural se realizó con base a la información contenida en los planos
estructurales, en donde se señalan las propiedades de todos y cada uno de los elementos
estructurales que componen los marcos de edificio y las correspondientes cargas gravitacionales y
sísmicas que obran sobre la estructura, que a su vez fueron obtenidas obtenidas de los
correspondientes análisis de cargas
Así mismo, se determinaron los desplazamientos de los distintos marcos para las diferentes
condiciones de carga que obran en ellos y los periodos naturales de vibración, ambos resultados se
obtuvieron en las dos direcciones de análisis del edificio
0©00©© —
[«wr>w<'
^VíT-^v^*
r^vfí-^e-
r"wf«>)v¿"
W=1370T/mZ
^r^^fi
«••^•Hfirrrf
^WC-ÍVÍT^
^ í - ^ V ^ v ,
•?*<«•»*<•=•
'?=^^^?
*:*>v:"5vr\
r í ^ ^ W ?
f í^v^vcT
^ ^ ^ f
í^v^?VÍ*
MARCO "D"
nivel
azotea 7o. 6o. 5o. 4o. 3o. 2o. lo.
fuerza
{+) 118.40 (+) 72.47 (+) 143.97 [•) 137.46 (+) 118.00 (+) 336.23 (-) 28.84 H 173.53
Figura 2-4. Fuerzas hori¿onta!es (Ton) Dirección Noitc-Sur
61
CAPITULO II ANTECEDENTES A LA RIGIDI7 \CION DEL PCCI II 4 REVISION Y EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA
®(D(£)(fi)(D© W=1370T/m2
"^
ts**?™
£ÜSi< SzZX
>M<!>M<!
nivel
azitea
Ja. 6o.
5o. 4o. 3o. 2o. lo.
fuerza
(+¡ 109.53 [+) 137.16 H 32.94 (+J 219.33 (+) 76.47 (+) 7.95 H 107.65 (-) 109.66
MARCO ••5"
Figura 2-5. Fuerzas horizontales (Ton). Dirección Oriente-Poniente.
Tabla 4
PERIODOS DE OSCILACIÓN
MODO DE
VIBRACIÓN
lo.
2o.
3o.
4o.
5o
6o.
7o.
8o.
PERIODO DE OS(
PERIODO
DIRECCIÓN
NTE-SUR (seg)
2.019
Ü.773
0.44
0.32
0.274
0.226
0.174
0.006
ELACIÓN DEL SI
PERIODO
DIRECCIÓN
OTE-PTE (scg)
1.697
0.709
0.394
0.319
0.263
0.213
0.182
0.065
ELO Ts = 2.25 scg
62
CAPITULO II ANTECEDENTES A LA RIOIDIZACION DEL PCC1 II 4 REVISION Y EY ALL-ACIÓN DE LA ESTRl CTURA
II.4.4.1 Interacción suelo-estructura
Según lo dispuesto en los apéndices A6 y A7 de las NTC para Diseño por sismo vigentes,
se tomó en cuenta la interacción suelo-estructura incrementando el periodo fundamental de
vibración el edificio en ambas direcciones de análisis.
Para realizar lo anterior, se utilizó por un lado, 1) la información derivada del estudio del
subsuelo correspondiente al periodo dominante más largo del suelo (Ts = 2 25 seg) y, 2) la
profundidad de los depósitos firmes profundos (H = 45.5 m) Aunado a esto se utilizaron 1) los
periodos de oscilación de la estructura en sentidos ortogonales obtenidos del análisis dinámico
modal espectral, 2) el peso y 3) las propiedades geométricas de la estructura Con esta
información se calculó el periodo fundamental de vibración del edificio (TI) como resultado de la
interacción de éste con el suelo; (tabla 5), (fig. 2-6).
apíg)
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20 0.15 0.10
0.05
0.078
periodo fundamental
periodo modificado
RCOF-87
To(0-P|
TlfO-P)
RCDF-87 (espectro de diseño)
TolN-S)
TI(N-S)
RCDF-66
— i 1 1 1 —
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 periodo T (seg)
Figura 2-6. Espectro de aceleraciones para diseño sísmico de cstnicluras del grupo "A" (zona III).
63
CAPITULO II ANTECTDCN I ES A LA RIGIDIZACION DEL I'CCl II 4 REVISIÓN' V L\ ALLACION DE LA ESTRUCTURA
INTERACCIÓN SUELO -ESTRUCTURA (seg)
DIRECCIÓN
NTE-SUR
OTE-PTE
To
2.019
1.697
Ts
2.25
2.25
TI
2.176
1.89
Tabla 5. Periodo modificado (seg) considerando interacción Suelo-Estructura.
II.4.5 REVISION DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES REPRESENTATIVOS DE ESTADOS LIMITE DE SERVICIOS.
La revisión de los elementos estructurales que conforman el edificio se realizó mediante lo dispuesto por las NTC para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto 1987. utilizando para ello los resultados del análisis para las diferentes condiciones de carga y sus combinaciones y el refuerzo mostrado en los planos
Se revisaron todos los miembros estructurales, tanto trabes como columnas de dos marcos ortogonales del edificio, los cuales se eligieron por ser los más críticos. Los marcos revisados fueron los correspondientes a los ejes "D" en la dirección norte-sur y "5" en la dirección oriente-poniente. Su ubicación se puede ver en la figura 2-7.
Tanto las trabes como las columnas se revisaron para la combinación de cargas verticales y accidentales considerando la reversibilidad del efecto sísmico, es decir, el efecto del sismo fue aplicado en los dos sentidos, ya que los elementos mecánicos obtenidos solamente por las cargas verticales no fueron significativos para su revisión estructural.
A continuación se presenta la explicación de la revisión realizada a trabes y columnas de
los dos marcos críticos considerados y la revisión de los estado límite de servicio de éstos.
64
CAPIRLOH .ANT ECEDENTES A 1 \ RIOIDIZ \C'I()\ DPI I'C'Cl 11 -I RF\ IS1()\ ^ fc\ ALL \CIO\ DE LA ESTRLCTLRA
(D
®
(D 650
650
(?) ® © ® © 0 4130 cm
865 i BOO i 800 i 000 i 865
f 650
700
3350 700 i
+• f—+ +" t
-É
+—+ É — - - * - - - *
N
marco "D"
marco "5"
muro de concreto hasta nivel +7.425 columnas de concreto
Figura 2-7. Planta general del Puesto Central de Control 1
II.4.5.1 Revisión de trabes.
Teniendo en cuenta las propiedades geométricas y el refuerzo existente de todas y
cada una de las trabes de ambos marcos, se calculó la resistencia a momento
flexionante positivo y negativo como vigas simplemente armadas y a fuerza cortante,
aplicando lo especificado por las NTC para Diseño y Construcción de Estructuras de
Concreto 1987.
Los factores de resistencia fueron 0 9 para flexión y 0 8 para cortante
Del análisis estructural para cada marco se tomaron los elementos mecánicos
correspondientes para cada trabe y se obtuvo el factor de cari;a correspondiente tanto
para flexión como para cortante, siendo éste el cociente del momento resistente de la
65
CAPITILO II ANTECEDENTES A I A RIC\DW \CION 1)11 I'CCl II -I Kl VISION 1 l.\ U.U VCION DE L \ F.STRl'CTURA
trabe y el momento actuante de análisis, para flexión, y el resultado del cociente del
cortante resistente y el cortante actuante del análisis, para cortante
Para que la resistencia de la trabe a flexión y cortante sea la adecuada, el factor de
carga obtenido debe ser mayor o igual a 1.1 según lo marcan las Normas Técnicas
correspondientes.
Para el caso del PCC1, el factor de carga obtenido no cumple con el valor especificado, ya que como se observa en la tabla 6 los valores son menores que 1.1, esto es, que los elementos no tienen la resistencia minima requerida. Ver figuras 2-8 y 2-9.
Tabla 6
FACTOR PE CARGA EN TRABES (1er NIVEL) |
dirección
N - S
N - S
N - S
N - S
N - S
N - S
N - S
N - S
N - S
N - S
O - P
O - P
O - P
O - P
O - P
O - P
O - P
O - P
locatización
(ejes)
6 a S
5 a 6
5 a 4
4a 5
4 a 3
3 a 4
3a 2
2 a 3
2 a l
l a 2
A a B
Ba A
B a C
C a B
D a E
E a D
E a F
F a E
flexión
F.C. ( "A" )
0 34
0.35
0.34
0.33
0.35
0.34
0.35
0 35
0 35
0.34
0.45
0.35
0.33
0.31
0.32
0.33
0.36
0.47
cortante
F.C. ( "A" )
0.60
0.77
0.61
0.58
0.64
0.63
0.63
0.64
0.59
0.61
1 90
1.21
0.71
0 70
0.71
0.72
1.27
2.03
66
CAPITULO!! .ANTECEDENTES \ LA RIC.ID1Z ACIÓN DEL PCCl 11-1 REVISIONS 1 \ U t ACIÓN DE LA ESTRUCTURA
nota.
* F.C = factor de carga
* El mínimo F.C. aceptado por el RCDF-87 es de 1.1
* El F.C. se calculó como el cociente de la resistencia de la sección entre el elemento mecánico
que resulta del análisis de la estructura.
II.4.5.2 Revisión de columnas.
En el proceso de revisión de columnas por flexocompresión biaxial se calcularon los
factores de amplificación de momentos en ambas direcciones conforme lo disponen las
NTC tanto para los momentos producidos por cargas que no producen
desplazamientos apreciables, como para las cargas que si los producen
Se consideró la excentricidad accidental mínima de 0.05 h, siendo "h" la dimensión
máxima de la columna en el sentido analizado. Se realizó la combinación de efectos
bidireccionales, tomando en cada dirección en que se analizó la estructura, el 100% de
los efectos del componente que obra en esa dirección y el 30% de los efectos del que
obra perpendicularmente a ella, considerando los que resultaron más desfavorables de
la combinación.
Para el cálculo de la resistencia a flexocompresión o flexotensión biaxial de las
columnas, se emplearon las gráficas de interacción correspondientes a la publicación
428 del Instituto de Ingeniería de la UNAM El factor de resistencia considerado fue
de Fr 0.70, ya que no se satisfacen todos los requisitos marcados por las NTC
vigentes, para considerarlo de mayor valor.
En la etapa de revisión por cortante, se calculó la capacidad del concreto teniendo en
cuenta la cuantía del refuerzo longitudinal y la capacidad de los estribos, dependiendo
ésta del diámetro, separación y numero de ramas existentes obtenidos de los planos
estructurales. La revisión se realizó como lo estipulan las NTC correspondientes
El factor de resistencia considerado fue de 0 J por tratarse de una estructura con
factor de comportamiento sísmico de Q=2
67
CAPITULO II. ANTECEDENTES A LA RIOIDIZACION DEL l'CC 1 II.4 REVISION Y EVAUIACIÓN DE LA ESTRUCTURA
De los resultados del análisis estructural para cada marco, se obtuvieron las fuerzas
cortantes máximas por columna con lo que se determinó el factor de carga
correspondiente, siendo el resultado del cociente entre la fuerza cortante resistente de
la columna y la fuerza cortante del análisis.
Para que la resistencia de las columnas por efectos de cortante y flexocompresión o
flexotensión sea la adecuada, se debe cumplir que el factor de carga obtenido sea
mayor o igual a 1.1. de lo contrario la capacidad de la columna no es la suficiente.
Como se observa en la tabla 7 el valor del factor de carga es menor que 1.1 y por lo
tanto no cumple con el mínimo especificado. Ver figuras 2-8 y 2-9.
Tabla 7
I FACTOR DE CARGA DE COLUMNAS 1er. ENTREPISO
columna
(ejes)
dirección flexocompresión
biaxial F.C.C'A")
cortante
F.C.("A")
6D
5 0
4D
3D
2D
ID
A5
B5
C5
E5
F5
N - S
N - S
N - S
N - S
N - S
N - S
0 - P
0 - P
0 - P
O - P
0 - P
0.15
0.17
0.18
0.17
0.16
0.13
0.17
0.04
0.07
0.07
0.02
0.66
0.68
0.46
0.47
0.64
0.83
2.81
1.42
1.80
1.43
2.75
nota:
* F.C = factor de carga
68
CAPITULO II. .ANTECEDENTES A LA RIGIDIZACION DEL PCC1 II.4 RE\TSION Y E\'.\LUACIÓN DE LA ESTRUCTURA
* El mínimo F.C. aceptado por el RCDF-87 es de 1.1
* El F.C. se calculó como el cociente de la resistencia de la sección entre el elemento mecánico
que resulta del análisis de la estructura.
® . (D © ® © © •o__2!»0__Q»_»0__Q»_«o<2S»c>
MARCO "5" (Ote. - Re.)
TIPOS DE FALLAS
• cortante en columna o trabes
o flexocompresión en columnas o flexión en trabes
Figura 2-8. Elementos estructurales que no cumplieron con los requisitos de seguridad
estructural que establece el Reglamento de las Construcciones para el D. F. 1987.
69
CAPITULO II. ANTECEDENTES \ I.A RIGIDKACION DEL PC Cl II -i REVISION V EY U.I'ACIÓN DE LA ESTRUCTt'RA
© @ © Q ^ O • • O» o« •
MARCO "D"
(norte - sur)
TIPOS DE FALLAS
• cortante en columna o trabes
O flexocompresión en columnas o flexión en trabes
Figura 2-9. Elementos estructurales que no cumplieron con los requisitos de seguridad estructural
que establece e! Reglamento de las Construcciones para el D. F. 1987.
II.4.5.3 Revisión de Estados Límite de Servicios
En los artículos 182 v 184 del RCDF se estipula que ninguna estructura deberá rebasar
algún estado límite de servicio ante combinaciones de acciones que corresponden a
condiciones normales de operación. Se considera como estado limite de servicio la
ocurrencia de deformaciones, agrietamientos, vibraciones o daños que afecten el
correcto funcionamiento de la construcción
70
CAPITULO II. ANTECEDENTES A LA R1GIDIZ ACIÓN DEL PCC1 114 REVISION Y F Y Al .1 ACIÓN DE LA ESTRUCTURA
Para el edificio del PCC1 se obtuvieron del análisis los desplazamientos por entrepiso
para ambos marcos revisados y para las diferentes condiciones de solicitaciones
impuestas.
Los desplazamientos calculados por efectos sísmicos y su combinación se multiplicaron
por el factor de comportamiento sísmico Q=2, como lo marcan las normas vigentes,
para ser comparados con los permisibles, los cuales se tomaron igual a 0.012 h por no
tener elementos no estructurales ligados a la estructura.
En las tablas 8 y 9 se muestra que en general los desplazamientos obtenidos superan los
valores permisibles
DESPLAZAMIENTOS EN DIRECCIÓN NORTE - SUR (cm)
NIVEL REAL
grupo "A"
PERMISIBLE
(0.012 h)
ACUMULADO
grupo "A" J
azotea
7o.
6o.
5o.
4o.
3o.
2o.
lo.
5.860
15.840
6.260
6.080
11.580
7.260
6.800
32.580
5 100
6.930
4.350
3.600
5.160
3.300
2.940
8.910
92 260
86.400
70.560
64.300
58.220
46.640
39.380
32.580
Tabla 8. Tabla comparativa de desplazamienlos en dirección Norte-Sur
71
CAPITULO II. ANTECEDENTES A LA RIG1DIZACION DE!. PCCI II 4 REVISION V lA AU ACIÓN DE LA ESTRUCTURA
DESPLAZAMIENTOS EN DIRECCIÓN OTEjjTE (cnp
NIVEL REAL
grupo "A"
PERMISIBLE
(0.012 h)
ACUMULADO
grupo "A"
azotea
7o.
6o.
5o.
4o.
3o
2o.
lo.
6.620
14.180
9.320
6.440
11640
8.320
7.260
18.328
5.100
6.930
4.350
3.600
5.160
3.300
2.940
8.910
82.108
75.488
61.308
51.988
45.548
33.908
25.588
18,328
Tabla 9. Tabla comparativa de desplazamientos en dirección Oriente-Poniente.
II.4.6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Una vez realizada esta revisión y evaluación estructural a los marcos representativos del
edificio, se presenta a continuación una serie de conclusiones y recomendaciones, las cuales se
dan en función de los resultados obtenidos. Para mayor claridad se expondrán por separado cada
uno de los conceptos analizados con sus respectivas observaciones.
II.4.6.1 desplazamientos.
La estructura presenta desplazamientos considerables, los cuales rebasan los permitidos por el RCDF y sus NTC para diseño por sismo, por lo cual, para contrarrestar estos efectos es necesario dar mayor rigidez a la estructura en su conjunto. Esta rigidez se puede proporcionar mediante la adición de muros de concreto o contraventeos de acero.
72
CAPITULO II ANTECFDEN I ES \ LA RIG1DI7.ACICA DLL PCCI 114 R P M S I O W n \ll \C IO\ DÉLA ESTRl C U R A
II.4 6.2 columnas
Observando las tablas de resultados obtenidos al realizar la revisión de columnas se aprecia que la mayoría de éstas no son capaces de resistir los efectos por cortante, y aún más, los debidos a flexocompresión. De lo anterior se recomienda la adición de contraventeos metálicos que tomen la mayor parte de los efectos sísmicos para contrarrestar y disminuir ambos efectos en las columnas, do manera que con las dimensiones y refuerzo que actualmente presentan tengan resistencia superior a las cargas que finalmente actúen sobre ellas.
II.4.6.3 trabes.
De la revisión realizada a las trabes de ambos marcos y presentadas las tablas y
láminas correspondientes, se observa que la mayoría de éstas no son capaces de
resistir los efectos por cortante y flexión, por lo cual es necesaria una disminución en
estos esfuerzos mediante la adición de contraventeos metálicos sin dejar de ser
considerados para la revisión de la cimentación actual.
Los comentarios anteriores condujeron a definir la necesidad de RIGIDIZAR EL
EDIFICIO Y REFORZAR LA CIMENTACIÓN de modo tal que en el diseño de estos elementos
se previera un proceso constructivo que no afectara la operación del equipo que alojaba, con el
objeto de permitir que las líneas del metro controladas por este sistema funcionaran en
condiciones normales de servicio y seguridad
73
CAPITULO 111. PROYECTO DE R1G1DIZACION
CAPITULO ni
PROYECTO DE RIGIDIZACION
NORMATIVIDAD EMPLEADA EN EL PROYECTO.
La normatividad utilizada en el análisis y diseño de la rigidización del Puesto Central de Control 1 fueron el Reglamento de las Construcciones para el Distrito Federal de 1987 y sus Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto, para Diseño por Sismo y para Diseño de Cimentaciones. Todas se utilizaron para realizar el análisis sísmico y gravitacional de la estructura, así como para diseñar los elementos de la misma.
ANTECEDENTES.
De acuerdo a lo establecido por el Artículo 182 del Reglamento de las Construcciones para el Distrito Federal de 1987, toda estructura deberá cumplir con los requisitos de seguridad y estados limite de falla y de servicio en todos sus elementos que la componen. Aún siendo aceptable el resultado de la inspección, el RCDF establece en su transitorio décimo segundo que toda construcción ya existente perteneciente al grupo "A" a que se refiere el artículo 174 fracción I del mismo, deberá revisarse estructuralmente por un Corresponsable de Seguridad Estructural, quien deberá dictaminar ante el Departamento del Distrito Federal si la estructura cumple con los requisitos de seguridad que señala el Reglamento y sus NTC, en cuyo caso el Corresponsable deberá suscribir la constancia de seguridad estructural a que se refiere el Artículo 69 del RCDF.
Como ya vimos en capítulo anterior, dicha revisión estructural se llevó a cabo en el
edificio del PCC1, concluyéndose que estaba escaso de capacidad ante la acción de sismos
extraordinarios y que presentaba desplazamientos considerables, los cuales rebasaban los
permitidos por el RCDF 87 y sus NTC para Diseño por Sismo, por lo que se recomendó reforzar
el edificio y la cimentación del mismo. En base a las conclusiones obtenidas de la revisión
estructural, se planteó la alternativa de rigidización que cumpliera con las condiciones de
seguridad que fija el actual reglamento.
CAPITULO HI PROYECTO DE RIOIDIZACIÓN
ALTERNATIVA ADOPTADA PARA LA RIGIDIZACION.
La alternativa adoptada se basa en un reforzamiento global del edificio mediante la construcción de cuatro torres metálicas contraventeadas y ligadas al edifico actual en todos y cada uno de los niveles y sus columnas. Esta alternativa fue pensada de manera tal que la interferencia con el funcionamiento cotidiano del edificio fuera mínima ya que todos los trabajos se efectuarían por el exterior, lo que permitiría la operación normal del edificio existente
Para la recimentación de la estructura se consideró la construcción de 158 pilotes de
fricción de sección cuadrada de 0.50 x 0.50 m de concreto reforzado con longitud de 29.40 m.
cada uno. Además se adicionó un dado de transmisión del mismos tipo de material, ligado al cajón
de cimentación ya existente mediante barras de presfuerzo.
Las torres metálicas están constituidas por columnas de 0.70 x 0.70 m y trabes de 0.30 x 0.55 m de sección cajón formando marcos ortogonales en ambas direcciones. Además, cuentan con contraventeados verticales de 0.30 x 0.30 m en cruz, abarcando dos entrepisos en los niveles superiores y uno solo al nivel de planta baja. No cuentan con sistemas de piso y solamente se adicionan trabes metálicas en diagonal para rigidizar a las mismas.
CONSIDERACIONES GENERALES.
De la misma manera que ya tratamos en el subcapitulo II.4.2, para realizar el análisis y
diseño estructural del reforzamiento del edificio, fue necesario obtener del RCDF 1987 y de sus
NTC correspondientes las disposiciones generales a considerar para verificar la seguridad
estructural de la misma, las cuales se presentan a continuación:
Clasificación de la estructura.
De conformidad con lo dispuesto en el articulo 174 Fracción I del
Reglamento y atendiendo a las características que presenta el inmueble, se clasificó a
éste como una estructura perteneciente al grupo "A"
75
CAPÍ R!LO III PROYECTO DE RIGIDIZACION
Ubicación geotécnica de la estructura
Como ya se trató en el subcapítulo II.4.2.2, el relleno superficial existente en la
zona es de 45.5 m de espesor, por lo que se satisfacen los requerimientos señalados
por el Artículo 219 del RCDF para considerar la ubicación de la estructura en la zona
del lago o zona III.
Factor de comportamiento sísmico de la estructura.
De acuerdo al tipo de rigidización adoptada y siguiendo los lineamientos
marcados en el apartado 5 de las Normas Técnicas Complementarias para Diseño por
Sismo se decidió utilizar un factor de comportamiento sísmico Q=3
Dichas normas especifican que para fines de diseño, las fuerzas sísmicas para el análisis estático y dinámico modal se podrán reducir dividiéndolas entre el factor reductive Q'. En el diseño sísmico de las estructuras que no satisfagan las condiciones de regularidad que fija la sección 6 de estas normas, se multiplicará por 0.80 el valor de O' o factor de comportamiento sísmico. Por lo anterior el factor de comportamiento sísmico para fines de diseño es de O' = 2.40.
EVALUACIÓN DE LAS CARGAS.
Para la evaluación de las cargas que actúan sobre la estructura consideraremos lo dispuesto en el Articulo 186 del RCDF. de la misma manera que lo hicimos en el subcapítulo II.4.3.
careas muertas.
Se tomaron en cuenta los pesos volumétricos para los diferentes materiales de
construcción utilizados tanto en el edificio original como en las cuatro torres metálicas de la
rigidización y se consideró lo dispuesto en los artículos 196 y 197 del RCDF 1987
76
CAPITULO III PROYECTO DE RIGIDI7 ACTON
cargas vivas.
Se siguieron aquí las mismas consideraciones que hicimos en el subcapítulo II 4 3.2, es decir, los
lineamientos marcados en los artículos 198 y 199 del RCDF 1987
Tabla de cargas vivas unitarias en kg/ni2.
destino de piso o cubierta W Wa Wm
oficinas
azoteas con pendiente
no mayor al 5%.
100
15
180
70
250
100
En donde:
W carga viva media a emplearse en el cálculo de asentamientos en materiales poco
permeables.
Wa carga viva instantánea a emplearse para análisis sísmico o efeclos de viemo.
Wm carga viva máxima a emplearse para el cálculo de fuerzas gravilacionalcs. para el
cálculo de asentamientos inmediatos, así como para el diseño estructural de la
cimentación ante cargas gravitacionales.
Adicionales a la carga viva recomendada por el Reglamento se consideró una sobrecarga
por equipo e instalaciones diversas, la cual fue variada dependiendo del entrepiso y la zona en
cuestión. El valor promedio de la carga viva por equipo fue de 220 kg/m2.
Es importante señalar que este tipo de acción solamente se consideró en la estructura
existente ya que las áreas de las torres metálicas no serán ocupadas por oficinas y servirán
solamente para absorber efectos sísmicos cumpliendo sólo con la función de dar rigidez al edificio
en ambas direcciones.
77
CAPIll LOIII PRO\LCrODl RIGIDIZACION
cargas accidentales
Al igual que en el subcapítulo II 4 3 3, para la determinación de las fuerzas accidentales producidas por efectos sísmicos, se estableció el coeficiente respectivo y las cargas a emplearse en el análisis como lo especifican los articulos 202 al 206 del RCDF vigente, y las cuales se describen a continuación.
• coeficiente sísmico
Este valor se estableció tomando en cuenta la localización, grupo y factor de comportamiento sísmico de la estructura en conjunto, incluyendo las cuatro torres metálicas que constituyen la rigidización
Se adoptó el valor de la ordenada espectral de 0.515 en la base de la estructura en función de los resultados obtenidos con el programa PLUSH (Un programa de computadora para el análisis sísmico probabilístico con elementos finitos que considera la interacción suelo-estructura) en el que se tomó un 5% de amoniguamiento del valor critico de la estructura. Este último fue función de los materiales de la estructura, la forma, la naturaleza del subsuelo y la naturaleza de la vibración. Se utilizó el espectro de respuesta del sismo del 19 de septiembre de 1985 ocurrido en la Ciudad de México.
Este porcentaje de amortiguamiento es apropiado para espectros normales de
respuesta o análisis modales como el aquí utilizado, en los cuales se supone el mismo
amortiguamiento viscoso en todos los modos
El valor del coeficiente sísmico obtenido para el edificio rigidizado se presenta a continuación
localización
zona I I I lacustre
urupo
A
c 0 515
Q
1\().8=2.40
Cs = C/Q
0.215
78
CAPITl LO III. PROVECTO DE RIOIDIZACION
• cargas para el análisis sísmico
Para la determinación de las cargas a utilizar en el análisis sísmico, se emplearon
los valores de carga viva instantánea para efectos accidentales y la carga muerta
obtenida del análisis, las cuales se sumaron y se multiplicaron por el área tributaria
geométrica correspondiente para cada elemento estructural y cada marco ortogonal
que conforman el edificio rigidizado, con el resultado obtenido se realizó el análisis
por fuerzas horizontales con el método estático y dinámico con la ayuda del programa
ETABS (Three Dimensional Analysis of Building System).
ANÁLISIS SÍSMICO Y ESTRUCTURAL.
Se aplicaron tanto el análisis estático como el dinámico modal espectral para la obtención
de fuerzas sísmicas horizontales actuantes en el edificio, realizándose la revisión estructural del
edificio existente y el diseño de los elementos que conforman las cuatro torres de la estructura
metálica con los resultados obtenidos del análisis dinámico modal espectral según se especifica en
las Normas Técnicas Complementarias correspondientes.
De la misma manera que en el subcapítulo II.4.4, fueron calculados los primeros nueve
modos de vibración, de los cuales fue posible determinar las fuerzas cortantes por nivel tomando
en cuenta los efectos de torsión, las que fueron distribuidas en los marcos o cuerpos que
conforman el edificio rigidizado, ésto se realizó en ambas direcciones del edificio. Es importante
señalar que se tomaron en cuenta los efectos de torsión y bidireccionales señaladas en el apartado
9 de las NTC para Diseño por sismo correspondientes al análisis dinámico.
El análisis estructural se realizó con base a la información contenida en los planos
estructurales del edificio existente, en donde se señalan las propiedades de todos y cada uno de
los elementos estructurales de concreto reforzado que constituyen los marcos de edificio y con las
secciones propuestas en los miembros que componen las cuatro torres metálicas aplicando las
correspondientes cargas gravitacionales y sísmicas que obran sobre la estructura obtenidas de los
correspondientes análisis de cargas.
El análisis de la estructura se realizó formando marcos ortogonales sujetos a cargas
gravitacionales y cargas sísmicas, realizándose las siguientes combinaciones
79
CAPITULO III PROYECTO DE RIGIDIZACION
• Cargas gravitacionales
• Cargas gravitacionales + sismo en dirección "X" + 30% del sismo en dirección "Y".
• Cargas gravitacionales + sismo en dirección "Y" + 30% del sismo en dirección "X".
Así mismo, se determinaron los desplazamientos de los distintos marcos para las diferentes
condiciones de carga que obran en ellos y los periodos naturales de vibración; ambos resultados se
obtuvieron en las dos direcciones de análisis del edificio rigidizado
REVISION DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EXISTENTES Y DE ESTADOS LIMITE DE SERVICIOS DEL CONJUNTO.
De la misma manera en que se trató en el subcapítulo II.4.5.3, ninguna estructura deberá rebasar algún estado límite de senicio 3 ante combinaciones de acciones que corresponden a condiciones normales de operación, según lo establecen los Artículos 182 v 184 del Reglamento.
La revisión de los elementos estructurales que conforman el edificio existente se realizó
mediante lo dispuesto por las NTC para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto 1987,
utilizando para ello los resultados del análisis para las diferentes condiciones de carga y sus
combinaciones y el refuerzo mostrado en los planos del mismo.
Se revisaron los miembros estructurales -trabes y columnas- más críticos para la
combinación de cargas verticales y accidentales. El efecto del sismo fue aplicado en los dos
sentidos, ya que los elementos mecánicos obtenidos solamente por las cargas verticales no fueron
significativos para su revisión estructural.
Para la revisión de las trabes, los factores de resistencia aplicados fueron 0.9 para flexión y
0.8 para cortante.
3 Se considera como estado límite de sen icio la ocurrencia de deformnciones. agrietamientos, vibraciones o daños que afecten el correcto luncionamicnto de la construcción
80
CAITI n . O HI PRO1!"tCTO Df RIG1DIZACION
En el proceso de revisión de columnas por flexocompresión biaxial se calcularon los
factores de amplificación de momentos en ambas direcciones conforme lo disponen las NTC tanto
para los momentos producidos por cargas que no producen desplazamientos apreciables, como
para las cargas que si los producen.
Se consideró la excentricidad accidental minima de 0.05 h, siendo "h" la dimensión
máxima de la columna en el sentido analizado. Se realizó la combinación de efectos
bidireccionales, tomando en cada dirección en que se analizó la estructura, el 100% de los efectos
del componente que obra en esa dirección y el 30% de los efectos del que obra
perpendicularmente a ella, considerando los que resultaron más desfavorables de la combinación
Para el cálculo de la resistencia a flexocompresión o flexotensión biaxial de las columnas,
el factor de resistencia considerado fue de Fr 0.07, ya que no se satisfacen todos los requisitos
marcados por las NTC vigentes, para considerarlo de mayor valor.
En la etapa de revisión por cortante, el factor de resistencia considerado fue de Oji por tratarse de una estructura con factor de comportamiento sísmico de Q=2
Para el edificio en su conjunto, incluyendo las torres de la rigidización, se obtuvieron del
análisis y para las diferentes condiciones de solicitaciones impuestas, los desplazamientos por
entrepiso.
Los desplazamientos calculados por efectos sísmicos y su combinación se multiplicaron por el factor de comportamiento sísmico Q=3, como lo marcan las normas vigentes, para ser comparados con los permisibles, los cuales se consideraron igual a 0 012 h por no tener elemento? no estructurales ligados a la estructura. Dicha comparación fue iterativa al ir variando las secciones de los elementos que conforman las cuatro torres metálicas, hasta lograr cumplir con este requisito y que además la estructura existente no presentara problemas de resistencia.
CRITERIOS DE DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE LA RIGIDIZACIÓN.
En este apartado se presentan por separado los criterios adoptados para realizar el diseño
de las cuatro torres metálicas contraventeadas que constituyen la rigidización del edificio del
81
C \PI II I O III !'l«)\ I CTO Di RIGIDI/ \CIO\
Puesto Central de Control I y se incluyen los pilotes y dado de transmisión de la recimentación
Para mayor claridad se expondrán por separado cada uno de estos conceptos
pilotes de cimentación adicionales v dado de transmisión
Para el análisis de la cimentación, considerando la parte existente y las cuatro torres de la
rigidización, se calcularon la cargas últimas a nivel de cimentación y los momentos de volteo
provocados por éstas para las siguientes condiciones de carga:
a) Carga muerta
b) Carga muerta + carga viva máxima
c) Carga muerta + carga viva media (para cálculo de asentamientos
d) Carga muerta + carga reducida + sismo con sus diferentes combinaciones
Con lo anterior se determinaron los esfuerzos últimos en el suelo y se prosiguió a definir el
número necesario de pilotes adicionales para cumplir con los requerimientos que estipula el
Reglamento vigente, lo cual se realizó de manera iterativa. Una vez conocida la condición de
carga más desfavorable para los pilotes de fricción, se revisó el pilote más esforzado, tanto de los
nuevos como de los anteriores, para la condición estática como para la dinámica hasta lograr
satisfacer los requerimientos de seguridad y de servicio del pilote
Los pilotes de fricción para la recimentación del edificio en su concepción global, se consideraron de sección cuadrada de 0 50 m por lado y con una longitud de 29 4 m Su diseño estructural se basó en lo estipulado por las NTC para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto, las cuales también fueron empleadas para el diseño del dado de transmisión de la recimentación y se basa en el criterio de resistencia última considerándose los siguientes factores de carga y reducción, diseñando cada elemento para la condición más desfavorable
• factores de carga
a carga gravitacional F C = 1 50 b carga gravitacional + sismo F C =1 10
82
C MM ll'I.O III PROYECTO DE RIGIDIZACION
• factores de reducción
a. flexión
b. flexocompresión
c. cortante
Torres metálicas contraventeadas.
Para el diseño de todos y cada uno de los elementos estructurales que conforman las
torres metálicas de la rigidización, se utilizó la teoría de esfuerzos permisibles (Teoría elástica) y
se diseñó cada elemento con la condición más desfavorable. A continuación se presentan los
criterios de diseño considerados asi como los esfuerzos permisibles utilizados para el caso:
a) carga gravitacional
• Flexión. Se definió de acuerdo al tipo de falla que rigió en el diseño, ya fuera por
pandeo lateral elástico, inelástico o por pandeo local de la sección
• Compresión. Se definió considerando la esbeltez de la pieza completa teniendo en
cuenta el rango donde se encontraba el esfuerzo crítico
• Cortante. Este se calculó tomando en cuenta la relación de aspecto de las placas
así como las condiciones de sujeción en sus extremos
• Tensión. Se tomo igual a 0.6 Fy, para los elementos trabajando a tensión
solamente. Fy indica el esfuerzo de fluencia de los perfiles de acero estructural A-
36 con valor nominal de 2530 kg/cm2.
b) Carga gravitacional + carga accidental
Para estos esfuerzos se consideraron los anteriormente citados incrementados en 33% ya
que la combinación de cargas incluye a las accidentales
F.R. = 0 90
F.R =0.80
F.R. =0.80
CAPITULO III PROVECTO DE RIOIDIZACION
III. 1 PROYECTO DE RIGID1ZACION.
El proyecto de rigidización del Puesto Central de Control 1 consistió en la construcción de
cuatro torres contraventeadas de acero alrededor del edificio de concreto existente. Las torres se
dispusieron una a cada esquina del edificio de manera que pudieran abrazarlo completamente (fig.
3-1), para lograr con esto: 1) darle una mayor rigidez al conjunto, 2) disminuir los
desplazamientos del mismo y 3) que las torres de acero tomen la mayor parte de los esfuerzos
sísmicos como son cortante, flexión, flexocompresión biaxial y flexotensión
Dicho proyecto buscó un funcionamiento monolitico del conjunto ante cualquier tipo de
solicitaciones, siendo para esto necesario una liga estructural concreto-acero entie trabes y
columnas de ambas estructuras en todos y cada uno de los niveles, además de la cimentación.
E m
E E
EDIFICIO ORIGINAL
TORRES DE LA REESTRUCTURACIÓN
Figura 3-1. El provecto de rigidización consistió en la conslmcción de 4 torres de acero para abrazar
al edificio original
III.1.1 RECIMENTACION.
Para el proyecto de la recimentación se tomaron en cuenta las cargas últimas -tanto
verticales como de sismo- al nivel de la cimentación y los momentos de volteo ocasionados por
tales cargas, (fig. 3-2).
84
C \I'111 LO III PRO-i EC TO DE RIGIDIZACION
Como los momentos de volteo y los esfuerzos últimos en la cimentación eran mayores que
los permitidos por el Reglamento, fue necesario tomar en cuenta estas consideraciones y realizar
algunas modificaciones a la cimentación original, que como ya se menciono, es a base de un cajón
rígido de concreto reforzado de tipo semicompensado, construido mediante el sistema de muros
tipo milán o tablaestaca estructural con contratrabes y apoyado sobre 82 pilotes de fricción con
longitud de 23 5 m (fig. 3-3)
V •v
X
w V
x
Figura 3-2. Momentos de \ olteo antes > después de la ngidi/ación
Figura 3-3. Cimentación original a base de cajón semicompensado aproado sobre pilotes de fricción
Con esto, se determinaron los esfuerzos últimos en el suelo y se definió el numero necesario de
pilotes adicionales Sobre los pilotes se diseñó una zapata de concreto armado, la cual serviría
para transmisión de cargas y para ligar el cajón de cimentación original con la recimentación (fig
3-4)
Una de las esquinas de cada torre de acero se apoyó directamente sobre un dado de concreto (fig
3-5 letra "A"), el cual a su vez se apoyó directamente sobre el cajón de cimentación y el muro
tablaestaca existentes
85
c APrr. L O r i P R O ^ E C T O D E R IGIDIZ \C ION III 4 PRO'l I CTO DL RIGIDIZ AC ION
— zapata
muros tablaestaca
pilotes antiguos
Figura 3-4. Recimentación Se adicionaron unas zapatas de concreto apo>adas sobre pilotes de fricción
detalle 1
( A ) dado (recimentación)
muro tablaestaca
(B) zapata (recimentación)
Figura 3-5. Recimenlacion en pljnla
El resto de las columnas apoyarían sobre las zapatas de concreto, (fig 3-5 letra "B"), las
cuales apoyarían sobre 158 nuevos pilotes de fricción, de sección cuadrada y 0 50 m de lado
Dichos pilotes tomarían el 35% de la carga por el puro efecto de la fricción suelo-pilote (figs 3-5
y 3-6)
.N6
CAPITU.O III PROYECTO DE RIGID!/ \CIO\ III 4 PROV FCTO DI RIGIDI/ \CION
Las zapatas de 'concreto se ligaron a la cimentación original por medio de barras de
presíuerzo, con una resistencia mínima a la luptura fr, igual a 19,000 kg/cm2 Cada barra fije
tensionada con una fuerza de 63 ton , garantizando con esto el funcionamiento monolítico de la
recimentacion con la cimentación original
barras de presfuerzo
pilotes nuevos
lafalaestaca
ca|6n de clmentaci6n
Figura 3-6 (Detalle 1). Liga estructural de la /apata de concreto con el caion semicompensado por
medio de barras de presfucr/o
Las zapatas de cimentación fueron diseñadas en su parte inferior con la forma de una cuña
debido a que las reacciones "r" de los pilotes durante un sismo provocan un momento "MR", el
cual debe ser resistido por los cables de presfuerzo a una tension "TI" y "T2" El área rectangular
sombreada es la que únicamente se necesita para resistir dicho momento Por otro lado, la cuña
triangular sin sombrear sirve para contrarrestar los efectos de cortante "v" que se inducen entre la
zapata y el cajón de cimentación (fig 3-7)
adherencia (fricción)
cajón
resistencia
TI
T2
Figura 3-7. Esfucr/os generados cmrc el suelo \ la /apata de cimentación
87
C •VPITOU) III PROYECTO DE RIOID1ZACION
Sobre las zapatas se diseñaron unos pequeños dados de concreto en los cuales se dejarían preparadas unas anclas de acero de 38 mm (1 1/2") de diámetro (fig 3-8), para posteriormente recibir las placas base sobre las que sentarían unos diafragmas de acero (fig 3-9)
Figura 3-8. Dado de concreto con preparación de anclas
Figura 3-9. Anclas de acero para recibir pl.ic.i base
ni.1.2 SUPERESTRUCTURA
El proyecto de rigidizacion de la superestructura del Puesto Central de Control 1, como ya
se ha comentado, se diseño a base de elementos de acero exclusivamente Este material presenta
la ventaja de que permite ejecutar una liga estructural casi perfecta entre el edificio anterior y la
estructura nueva, no siendo asi con una estructura de concreto Por sus características de
fabricación y montaje, nos permite un procedimiento de construcción relativamente rápido, lo que
C \PITULO III PROYECTO DE RIGIDIZACION
tampoco nos permite una estructura de concreto. Además, debido a su rigidez permite una mayor concentración de carga en sus elementos estructurales, evitando con esto restar carga a los elementos de concreto
Las torres se diseñaron a base de columnas, trabes, contraventeos verticales y horizontales
y placas de conexión en los nodos (fig 3-10)
¿ ^
¿^
columna
contraventeo vertical
columna
placa de nodo
ELEVACIÓN PLANTA
Figura 3-10. Estructura a base de columnas, trabes > contratrabes
Para el desplante de las columnas fue necesario el diseño de unos diafragmas de acero en
forma de crucetas (fig 3-11), las cuales se soldarían en todo su contorno a las placas base y éstas
a su vez a las anclas de acero abonadas en los dados de la cimentación
columna
Figura 3 -11 . Diafragma de acero par.i recibir columna
89
CAPITULO III PROIECTODI RIÜIDIZACION 1.4 l'RO\ 1 C IO DE RIGIDIZACION
El espacio entre la placa de base y el dado de cimentación se rellenaría con concreto
expansivo para garantizar que no quedara ningún hueco ni porosidad y que la transmisión de
cargas fuese totalmente uniforme (fig 3-12)
crucetas o diafragmas
placa base
Figura 3-12. Concreto expanse o entre dado > placa base para uniformizar cargas
Los diafragmas sobre los que se colocarían las columnas tendrían la función de unir las columnas con las placas base y de servir de guía para el montaje de las columnas Entre otras cuestiones, sirve también para que la placa base sea la más delgada posible, ya que si la medida "d" del diafragma es menor, la medida "Ll" de la placa tiende a ser mayor y se inducen mayores momentos "MI" en la placa provocando un mayor peralte en la misma (fig 3-13)
diafragma
placa base — E ^ ¡ 2
H-
i
2i_¿
t t í í í t í t í t —í ¿V-
Figura 3-13. La altura del diafragma depende de los esfuerzos a los que va a estar sometida la soldadura
90
CAPITULO III PROYECTO DE RIGIDIZACION
ni.1.3 LIGA ESTRUCTURAL CONCRETO-ACERO.
Una vez diseñados los proyectos de la recimentación y de la superestructura del Puesto
Central de Control 1, se necesitaba realizar un diseño que permitiera ejecutar una unión
estructural casi perfecta entre el edificio de concreto ya existente y la estructura de acero,
garantizando un funcionamiento monolítico entre ambas estructuras y asegurando una transmisión
de cargas sin tener problemas por discontinuidades a causa de cambios bruscos de rigideces en los
materiales o bien de posibles juntas frías o falsas uniones en las zonas críticas del proyecto.
Al nivel de la cimentación, como ya se trató en la sección III 4 1, la unión estructural se
realizaría a base de barras de presfberzo ligando el cajón de cimentación existente con las zapatas
de recimentación (figs. 3-14 y 3-15)
Mi '""""ilr"
barras de presfuerzo
muro tablaestaca
ca|6n de cimentación
zapata de cimentación
CIMENTACIÓN (PLANTA)
Figura 3-14. Liga estnictural de la cimentación por medio de barras presforzadas
zapata
Figura 3-15. Liga estrucliiral eniic /apatas \ cajón c\islcnte
91
CAPITULO III PROVECTO DE RIGIDIZ ACIÓN III4 PROYECTO DE RIOIDIZACION
Por otro lado, la liga estructural de la superestructura se realizaría al nivel de las trabes y las columnas de ambos edificios, ya que eran la únicas partes por donde se podían amarrar una con otra estructura (figs 3-16 y 3-17)
LIGA ESTRUCTURAL
estructura de concreto
ELEVACIÓN
Figura 3-16. Liga estructural entre el edificio de concreto y las torres de acero
edificio de concreto
B
torre de acero
liga estructural
al nivel de
trabes y columnas
PLANTA
Figura 3-17. La liga estructural se realizará entre las trabes \ las columnas
92
CAPITULO III PROYECTO DE RIOIDIZACION III 4 PRO'* ECTO DF RIGIDI7 ACIÓN
Para poder llevar a cabo el amarre entre trabes y columnas de ambas estructuras, se
tendría que encamisar con placas de acero todas las trabes del edificio de concreto asi como
zunchar todas las columnas del mismo en los dos extremos de la columna (figs 3-18 y 3-19)
LIGA ESTRUCTURAL DE COLUMNAS
columna de acero columna de concreto
zuncho de acero para ligar ambas columnas
CORTE A-A"
Figura 3-18. Zunchado de columna de concreto para rcali/ar liga estructural
LIGA ESTRUCTURAL EN TRABES
trabe de acero
atiesador trabe de concreto
placa de acero
perno
CORTE B-B"
Figura 3-19. Encamisado de trabe de concreto para ligar con trabe de acero
Para el encamisado de las trabes de concreto sena necesario efectuar una sene de
barrenos, para que en dichos barrenos se colocaian unos peí nos de acero que servirían de
91
CAPITILOIII PRO\ECT()Dt RK¡IDI/ACI()\ III 4 I'RO'i I C IO DI RIGID1/ACION
elementos de sujeción de las placas que forrarían las trabes. Los barrenos atravesarían la trabe de
lado a lado y se sujetarían por medio de rondanas de acero y tuercas de alta resistencia. Las
tuercas se apretarían con un determinado torque de manera que no sobreesforzara ni el perno ni la
trabe, (fig. 3-19).
Con los mencionados barrenos, las trabes perderían gran parte de su capacidad de carga original; sin embargo, esto fue tomado en cuenta en el cálculo de las placas que forrarían las trabes y tendrían la capacidad para absorber los esfuerzos que inicialmente tendrían que tomar las trabes de concreto.
Finalmente, una vez encamisadas tanto las columnas como las trabes del edificio de concreto, se procedería a la liga estructural de ambos edificios. La liga estructural se realizaría por medio de placas de acero que unirían las trabes y columnas del edificio de concreto con las trabes y columnas de la estructura de acero, (figs. 3-18 y 3-19)
Las placas de liga de las trabes llevan unos pequeños ángulos de acero -atiesadores- en la parte interior de las mismas, que sirven para darle rigidez a la placa tanto en un plano vertical como en un plano horizontal, ayudando con esto a que la placa no fallara por algún estado de pandeo local, (fig. 3-19).
94
CAPITULO IV CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO.
CAPITULO IV
CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO
IV.l PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO.
Como ya lo hemos citado en anteriores ocasiones, el procedimiento de construcción que
se emplearía para la rigidización del Puesto Central de Control 1, debería ser tal que no interfiriera
con el funcionamiento cotidiano del edificio debido a que éste no podía interrumpir sus labores
por ningún motivo. A razón de esto, la alternativa escogida en el proyecto contemplaba una
rigidización por la parte exterior del edificio, permitiendo con esto que se llevaran a cabo al
mismo tiempo tanto la operación normal del edificio existente como las trabajos necesarios para la
rigidización
IV.1.1 CIMENTACIÓN.
Lo primeros trabajos que se realizaron fueron los relativos a la recimentación, la cual
consistió en el hincado de 158 pilotes de fricción de sección cuadrada de 0.50 m por lado, y 29.40
m de longitud. Para el hincado se empleó una máquina piloteadora con martinete de vapor de
acción sencilla, que utiliza la energía del vapor para levantar una masa golpeante y después dejarla
caer por acción exclusivamente gravitacional.
95
C U'll L LO I\ CONSTROCCION DLL PROI ECTO
La fabricación de los pilotes se realizo en el sitio de la obra empleándose para tal efecto
concreto con una resistencia a la compresión de 300 kg/cm2 En el diseño se considero el hincado
del pilote en dos partes de 15 6 m cada una, revisándose los elementos mecánicos provocados por
el manejo e izaje de los mismos
Una vez hincados los pilotes, se procedió a excavar la zona en donde irían desplantadas las zapatas de cimentación, que apoyarían y se amarrarían directamente sobre los pilotes, siendo necesario para esto descubrir muy bien la parte superior de los pilotes para luego proceder a su demolición o descabezado (fig 4-1)
Al mismo tiempo del descabezado de los pilotes se procedió a la demolición de la parte
superior del muro de tablaestaca -que había servido para la construcción del cajón de
cimentación- para que sirviera también de apoyo a la zapata de cimentación En la figura 3-4 se
aprecia como una parte de la zapata apoya sobre el muro tablaestaca
El concreto del muro tablaestaca presento una resistencia a la compresión de aproximadamente 350 kg/cm2 La demolición tanto de los pilotes como del muro tablaestaca se hizo por medio de rompedoras de concreto accionadas por compresores de tipo neumático
Hecho todo lo anterior se procedería al habilitado de acero 3 armado de zapatas y dados
de cimentación, dejándose toda clase de preparaciones como son duelos para barras de
presftierzo y anclas de acero para recibir las placas base (fig 4-2)
El colado de las zapatas se hizo a base de concreto premezclado con una resistencia a la compresión de 300 kg/cm2 Una vez coladas las zapatas se realizo el tensado de las barras de presfuerzo para ligar el cajón de cimentación con dichas zapatas A cada barra se le aplico una tension de 63 ton , lográndose esto por medio de gatos hidráulicos (fig 4-3) Luego de tensadas las barras se les coloco una tuerca en cada extremo a manera de cufla para evitar que la barra perdiera su tension regresando a su forma original Con esto se garantizaba un funcionamiento monolítico de la cimentación una transmisión uniforme de cargas al suelo > una mayor estabilidad por efectos de volteo
Terminada la etapa de construcción de la cimentación vendría después la etapa de la superestructura y por ultimo la de la liga estructural
96
C TITULO IV CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO
Figura 4-2. Armado de una parte de la zapata de cimentación Al centro se aprecia la cimbra para el dado de cimentación y las anclas que se dejaron como preparación para recibir la placa base
Figura 4-3. Tensado de barras de presñierzo por medio de gatos hidráulicos
97
CAPITULO IV. CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO.
IV. 1.2 SUPERESTRUCTURA.
Junto con el colado del dado de cimentación se dejaron preparadas las anclas de acero a
las que se les soldarían las placas base que servirían para la transmisión uniforme de cargas de la
superestructura hacia la cimentación (fig. 4-4). Sobre las placas base se soldaron los diafragmas
de acero que servirían para recibir el montaje de las columnas y como elemento de sujeción de las
mismas ya que estas se soldarían a tanto al diafragma como a la placa base (figs. 4-5 y 4-6). El
hueco que queda entre el dado de cimentación y la placa base se rellenó con un mortero de tipo
expansivo que además de servir para la transmisión uniforme de cargas serviría para evitar la
corrosión de las anclas.
Figura 4-4. Placa base para distribución uniforme de cargas al dado de cimentación.
Luego del montaje de las columnas se procedería al montaje de trabes y posteriormente de
contraventeos verticales. En último término quedarían el montaje de contraventeos horizontales
por cuestión de procedimiento constructivo, ya que de lo contrario, si se montaban primero estos
contraventeos interferirían en el montaje de los contraventeos verticales (fig. 4-7).
98
CAPITULO IV. CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO.
Figura 4-5. Diafragma o cruceta. Sirve de apoyo para el montaje de la columna así como para la sujeción de la misma.
Figura 4-6. Montaje de columna. Las columnas se sujetan tanto de la placa base como del diafragma de acero. La unión se logra por medio de soldadura.
99
featttoto Tteaolégico de la CanífcpocM* CAPITULO IV. CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO.
Figura 4-7. Montaje de trabe de acero.
Para el montaje de los contraventeos horizontales fue necesario primeramente la
colocación de unas placas de nodo inferiores sobre las que apoyarían los contraventeos,
posteriormente se colocarían otras placas de nodo por la parte superior de los mismos. Las placas
de nodo servirían para transmitir los esfuerzos de los contraventeos horizontales hacia las trabes
para que estas a su vez las transmitieran a las columnas, (fig. 4-8 y 4-9).
columna placa superior
contraventeo
Figura 4-8. Placas de nodo para transmisión de esfuerzos hacia las columnas.
100
CAPITULO IV. CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO.
Figura 4-9. Placas de nodo. Además de servir para la transmisión de esfuerzos sirvieron como
apoyo para el montaje de contraventeos horizontales.
Después del montaje de estos primeros elementos se procedería a uno de los aspectos más
importantes del proceso de montaje como lo es el plomeo y alineamiento de columnas para revisar
la verticalidad de la estructura, ya que de lo contrario, como se comentó en el subcapítulo IIAl.c,
si la verticalidad de las columnas no queda dentro de los límites establecidos por el Reglamento,
se tendrán esfuerzos adicionales por cuestión de excentricidades no tomadas en cuenta en el
diseño estructural. Para la revisión de la verticalidad de las columnas se empleó simplemente una
plomada en dos ejes ortogonales de la mismas y unos malacates -tirfor- que van colocados del
extremo de una columna al extremo de otra adyacente; dependiendo del desplome que se tenga,
sólo se tensa o se afloja más el cable del tirfor para corregir dicho desplome.
101
CAPITULO IV. CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO.
Al mismo tiempo que se iban montando las torres de acero, se iban encamisando las trabes
del edificio de concreto por medio de placas de acero. Para tal efecto fije necesario barrenar las
trabes de concreto de lado a lado para que por medio de pernos, rondanas y tuercas de alta
resistencia se sujetaran perfectamente las placas de acero para posteriormente ser soldadas y unidas
a las trabes de las torres de acero (figs. 4-10 y 4-11). Junto con el encamisado de las trabes se inició
también el zunchado de las columnas en los extremos de las mismas, (fig.4-12).
102
CAPITULO IV. CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO.
Figura 4-14. Montaje de armadura de acero
IV.1.3 LIGA ESTRUCTURAL.
Como parte final de la obra se procedería a efectuar una de sus etapas más importantes
como lo fue la liga estructural del edificio de concreto con las cuatro torres de acero. Como ya
anteriormente se comentó, la liga estructural entre dos columnas o dos trabes se realizó por medio
de placas de acero para permitir la unión estructural a base de conexiones soldadas, (figs. 4-15,
4-16, 4-17, y 4-18).
104
CAPITULO IV. CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO
Figura 4-15. En primer plano aparece una trabe encamisada y ligada a la estructura de acero. Al
fondo se aprecia la liga estructural entre dos columnas por medio de un zuncho de acero que abraza a
la columna de concreto.
La liga estructural se llevó a cabo por etapas, comenzando desde el nivel inferior y
concluyendo en el superior; se realizó de este modo debido a que la mayor fuerza cortante
producida por sismo se presenta en los niveles inferiores y va disminuyendo conforme se va
aumentando el nivel. Hay que recordar que aunque es posible tener los mayores desplazamientos
en los niveles superiores y por lo tanto las mayores fuerzas sísmicas, dependiendo esto del modo
de vibración de la estructura, las fuerzas cortantes por nivel se van acumulando de acuerdo a la
masa que gravita sobre los diferentes niveles, por ello el cortante siempre es superior al nivel de la
base y por lo tanto es la parte más delicada de las estructuras.
105
CAPITULO IV. CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO.
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Figura 4-17. Liga estructural por la partí inferior de las trabes. Sobre la placa de liga se aprecian los "atiesadores". que sirven para dar mayor rigidez y evitar el pandeo local de la placa.
*
106
C U>1 U LO 1\ CONSTRl CC ION DFI PRO'l EC IO
D a eg
• • -S» .+ \cg - —
® "T| P
— ^
©
cg = cr
eg = centro de gravedad cr = centro de rigidez o de
¡ !
- * —
® : torsión
cg = cr
Figura 4-19. Esquematización de fuerzas para las diferentes alternativas en el procedimiento de liga estructural
Por las razones citadas, el procedimiento que se adoptó para efectuar la liga estructural
fue unir primeramente dos torres no consecutivas en el primer nivel y posteriormente ligar las dos
torres restantes Terminado el primer nivel se continuaría con el segundo de la misma manera que
con el anterior, primero dos torres alternadas y posteriormente las otras dos De esta manera se
continuó con los niveles superiores hasta terminar con la liga del último nivel
La liga estructural de ultimo nivel marcó el final de esta obra en el aspecto de seguridad
estructural Posteriormente vendría la etapa de los acabados de obra y obras complementarias al
proyecto como son jardinería, una plaza cívica, accesos, etc
Durante el periodo de ejecución de la ngidizacion no se presentó ningún contratiempo
extraordinario, como algún otro sismo por ejemplo, que hubiese complicado en alguna manera los
trabajos por ejecutar
De esta manera se llevaron a cabo los trabajos de la Rigidizacion del Puesto Central de
Control 1 del Sistema de Transporte Colectivo Metropolitano
108
IV.2 CONTROL DE CALIDAD
IV.2 CONTROL DE CALIDAD.
Durante el transcurso de la obra, el control de calidad de los materiales se llevó a cabo por
medio de un laboratorio de pruebas especializado, realizando pruebas de mecánica de suelos para
la cimentación, terracerias para las obras complementarias, de concretos para las zapatas en la
cimentación y de acero en la superestructura.
Para la ejecución y control de calidad de la soldadura se tomó en cuenta lo estipulado por la Sociedad Americana de la Soldadura A W. S. (American Welding Society) en su apartado 5.1. Fue necesario contar con personal altamente calificado en el proceso de soldadura, ya que de ello dependía el éxito de la obra. Por esta razón se realizaron una serie de pruebas, diagnosticándose por medio de radiografías para verificar el nivel de calificación de cada soldador.
Todas las uniones se revisaron por medio de la técnica de líquidos penetrantes, que
consiste en que una sustancia de muy baja tensión superficial se extiende sobre la superficie de la
soldadura penetrando en cualquier defecto o grieta que encuentre sobre la superficie y sea poco
visible. Luego de que la sustancia ha penetrado en la grieta, se limpia el exceso de la superficie y
se aplica un polvo absorbente, o bien un líquido que al secar deje una película absorbente, el cual
extraerá la sustancia a la superficie y revelará la existencia de la grieta delineándola en forma
visible.
Para verificar si algunas placas de acero tenían algunas fisuras se empleó la prueba de
ultrasonido, que consiste en que ondas sónicas se envían a través del material que se desea probar;
los defectos de la soldaddura o del material de prueba modifican el tiempo de transmisión de la
onda y el operador podrá localizar las fallas y saber qué tan importantes son.
En todas las soldaduras manuales se empleron electrodos de la serie E 70-XX y la
limpieza de las zonas por soldar se efectuó a mano con cepillo de alambre.
Todos los elementos de acero se fabricaron de planchas comerciales de acero. Por último
resta comentar que todo el acero empleado fue de tipo estructural ASTM A-36..
109
I\ 2 CONTROL Dt C 41 ID \D
A continuación se presenta una lista de los materiales mas importantes empleados en la
obra con sus respectivas resistencias
1 Resistencia a la compresión en el concreto de las zapatas de cimentación, dados
de transmisión y pilotes de fricción fe = 300 kg/cm2
2 Esfuerzo de fluencia en el acero de refuerzo para varillas del No 2 5 o mayores fy = 4200 kg/cm2
3 Esfuerzo de fluencia en varillas del No 2 o varillas lisas fy = 2530 kg/cm2
4 Esfuerzo de fluencia en el acero de las placas que conforman los perfiles
estructurales, placas base, etc A-36 fy = 2530 kg/cm2
5 Resistencia minima a la ruptura en los cables de presfiierzo del tipo 270 k de 1/2" de diámetro fr = 19000 kg/cm2
6 Electrodos para soldadura manual de acero que se ajustaron a la especificación AWS del apartado 5 1 del tipo E-70 Resistencia minima a la ruptura por tension del material depositado por el electrodo " fr = 4900 kg/cm2
110
RIOIDIZACION DEL PUESTO CENTRAL DE CONTROL 1 CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
Los sismos ocurridos en la Ciudad de México los pasados 19 y 20 de septiembre de 1985, tuvieron una magnitud máxima de 8.1 grados en la escala de Richter, con una duración aproximada de 60 seg.
Las ondas de transmisión sísmica presentaron un efecto armónico con un periodo dominante de 2 seg., principalmente en la zona de terreno blando o zona lacustre.
La zona en donde está ubicado el edificio del Puesto Central de Control 1, pertenece a la zona tipo HI o zona del lago que establece el Reglamento de las Construcciones para el Distrito Federal, y presentó un periodo de vibración de 2.25 seg. El primer modo de vibración de la estructura se calculó con un periodo de 2.019 seg. y, considerando la interacción suelo-estructura, se tuvo un periodo fundamental de vibración de 2.176 seg. Considerando lo anterior podemos estar seguros de que faltó muy poco, relativamente, para que la estructura llegara a sincronizar sus movimientos con los del suelo alcanzando un estado de resonancia, lo cual hubiera traído consecuencias desastrosas.
Tomando en cuenta la forma y configuración del edificio antes de la rigidización, podemos citar algunas de las características de su estructuración que pudieron haber colaborado para que su comportamiento sísmico no fuera deficiente; a saber: 1) era un edificio casi simétrico tanto en planta como en elevación; 2) tenía una forma regular en planta, sin remetimiento alguno; 3) sus columnas presentaban una muy buena distribución; 4) su altura no era muy considerable y tenía una proporción bastante buena, tanto en planta como en elevación; 5) contaba con muros no estructurales que pudieron haber contribuido en el amortiguamiento de la estructura.
Por otro lado, mencionaremos las características que pudieron haber afectado en el comportamiento sísmico de la estructura: 1) la rigidez lateral era proporcionada a base de marcos regulares de concreto sin contraventeos; 2) no presentaba suficiente regularidad en cuanto a las alturas de sus entrepisos, variando considerablemente de uno a otro nivel, propiciando seguramente cambios de rigidez de entrepiso de un nivel a otro; 3) era una estructura demasiado
n i
RIOIDIZACION DEL PUESTO CENTRAL DE CONTROl 1 CONCLUSIONES
pesada con cargas estructurales también considerables, presentando sobrecarga en algunas zonas,
4) las trabes del primer nivel eran discontinuas en la zona de la grúa viajera, presentando también
un efecto de discontinuidad de rigideces
Los aspectos de la configuración de la estructura mencionados anteriormente, junto con
las condiciones del suelo, la geología regional y local, y las características propias del sismo como
son aceleración y distancia focal, se combinaron para dar lugar al comportamiento que presentó la
estructura del PCC1 ante los mencionados sismos.
De la revisión y evaluación estructural que se realizó posteriormente a dicho edificio, se dictaminó que la estructura había rebasado algunos estados límite de servicio, sus desplazamientos se salían de las tolerancias especificadas por el nuevo Reglamento de 1987 y, tanto trabes como columnas tampoco cumplían con los factores de seguridad estipulados en la nueva reglamentación
Los resultados anteriores vislumbraron la necesidad de rigidizar el edificio del PCC1, para
que sus características estructurales estuviesen de acuerdo con los nuevos lincamientos.
La opción adoptada para la rigidización contempló la construcción de cuatro torres metálicas ubicadas alrededor del edificio original para unirlas posteriormente a este y que funcionaran de manera monolítica. Lo más interesante del proyecto lo constituyó la liga estructural que se realizó entre las torres de acero y el edificio de concreto, debido a la posible falta de continuidad en las rigideces, precisamente en las zonas críticas de la unión estructural.
Para la unión estructural, se ideó un procedimiento constructivo que no provocara efectos de torsión, previendo un posible sismo, debido a la no coincidencia de los centros de masa y de rigidez de las estructuras una vez ligadas Por ello se procedió a efectuar la liga estructural con dos torres no consecutivas al mismo tiempo, para posteriormente ligar las dos torres restantes. El procedimiento de unión se realizó en forma ascendente, comenzando desde el primer nivel y terminando en el sexto, debido a que la fuerza cortante de un sismo siempre es mayor en la base y se tenía el temor de su ocurrencia
La obra se terminó al parecer con muy buenos resultados, pero no se puede garantizar su seguridad estructural hasta la aparición de otro evento sísmico de similares características a los de 1985 Desafortunadamente, estas situaciones sólo se pueden comprobar con la experiencia.
112
RIGIDIZACION DEL PUESTO CENTRAL DE CONTROL 1 CONCLUSIONES
debido a que la falta aún de conocimientos en la materia, por parte de la Ingeniería Estructural, no
son lo suficientemente bastos como para asegurar el perfecto funcionamiento de una estructura,
aunado además a que las condiciones teóricas tomadas en cuenta por los especialistas, no son en
ocasiones las que en realidad se tienen en las obras.
Es por ello que los reglamentos de construcción y los códigos de diseño estén
modificándose constantemente, para cubrir las deficiencias que tenían los anteriores. Estos
procesos de revisión por lo regular se han realizado a raiz de la ocurrencia de algún evento
sísmico.
A la fecha de la elaboración de éste trabajo, se está llevando a cabo una nueva revisión de
los aspectos estructurales para diseño por sismo, la cual aún no se ha concluido y por lo tanto no
se ha publicado. En estas nuevas modificaciones seguramente se estará buscando la mayor
compatibilidad entre seguridad estructural y economía de las construcciones, para poder diseñar
estructuras sismoresistentes lo más económicamente posible.
113
OBSERVACIONES.
Para poder hacer posible la realización de este trabajo, lo más importante fue haber participado directamente en la ejecución de las obras de rigídización del PCC1, ya que de esta manera, se pudieron verificar algunos detalles constructivos y de diseño, para luego describirlos sin temor a equivocación alguna, contando para ello con el apoyo y supervisión de algunas gentes que fueron responsables de la ejecución de dichos trabajos, tanto del diseño del proyecto como de su construcción y supervisión.
Se analizaron los planos del proyecto, memorias de cálculo, descriptivas y algunos
dictámenes de la seguridad estructural del edificio; se hicieron levantamientos de campo para la
detección y localización física de fallas estructurales y se tomaron algunas fotografías acerca del
procedimiento constructivo.
Por otro lado, también fue necesario algo de trabajo de investigación para poder entender algunos concepto básicos de la Ingeniería Sísmica, así mismo, entender cabalmente la concepción total del proyecto.
En este trabajo se emplearon básicamente algunos recursos técnicos aprendidos en el plan
de estudios del Instituto Tecnológico de la Construcción, en las materias de Mecánica de Suelos,
Laboratorio de Materiales de Construcción, Estructuras y un poco de Ciencias Básicas, no
pretendiendo aportar algo diferente a lo hasta ahora concebido por la Ingeniería Sísmica de
nuestro país, sino simplemente, respondiendo a una inquietud por entender un poco más acerca de
los fenómenos sísmicos, de sus causas y de todos aquellos factores que influyen en la respuesta y
comportamiento de las estructuras ante fenómenos de esta naturaleza.
En la realización de la obra, participaron gente de reconocidísimo prestigio en el ámbito de la Ingeniería Estructural, desde el diseño del proyecto hasta la construcción del mismo, sin pasar por alto a la gente encargada de la supervisión
B f n h T n T B c ' ^ RIOIDIZACION DEL PUESTO CENTRAL DECONTROL I ' ^ > Ó n OBSERVACIONES
Por último, resta mencionarse que uno de los objetivos de este trabajo fue precisamente el
de difundir de alguna manera esta experiencia que fue por demás interesante Al respecto, cabe
mencionarse que se llevaron a cabo en el Centro Nacional de Prevención de Desastres, una serie
de conferencias de carácter internacional acerca de la "Rigidización del Puesto Central de
Control 1", por parte de los diseñadores del proyecto
115
j^wuoito iecnológico de Xa Coiistni;cSSDIZACION DEL PUESTO CENTRAL DE CONTROL I
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17 México Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal 1988 Ed Libros económicos México, D F 1987
18 México Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo Ed Libros económicos México, DF 1987
AGRADECIMIENTOS
Quiero manifestar mi más sincero agradecimiento a todas aquellas personas que de alguna manera contribuyeron en la realización de este trabajo. A los Ingenieros: Vicente Vülaseñor Bianchi, constructor del proyecto, por haberme permitido desarrollar mis prácticas intersemestrales en su empresa y de esta manera el haber laborado en este proyecto; Rodolfo Hernández Sánchez y Osear Vülaseñor Ruiz, residentes de la obra, por facilitarme algunos planos de construcción y fotografías de la misma.
Al Ing. Guillermo Hernández Zepeda, diseñador del proyecto, por haberme explicado detalladamente la manera en que se planeó el funcionamiento estructural del PCC1 y por facilitarme algunas de las memorias de cálculo y planos de proyecto de la obra; Al Ing. Daniel Castrejón Toledo, Supervisor del proyecto por parte del Sistema de Transporte Colectivo, por haberme instruido acerca del estado físico del Puesto Central de Control 1 antes y después de los sismos de 198S, facilitándome algunos informes de la seguridad estructural del mismo y por haberme mostrado físicamente varías de las fallas estructurales sufridas por éste a raíz de los citados sismos.
Al Ing. Miguel Ángel Vázquez Contreras, mi asesorar de tesis, quien se encargó de la revisión y coordinación del trabajo.
Por último, a las Srítas. Emma Sánchez Arzate y Teresa García Galeana, quienes contribuyeron en la captura y revisión de la redacción del trabajo.
