propuesta de mejoramiento estructural en centros

PROPUESTA DE MEJORAMIENTO ESTRUCTURAL EN CENTROS EDUCATIVOS EN PERÚ

CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRESFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

Dr. Ing. Carlos ZavalaDirector General - CISMID-FIC-UNI

[email protected]

mailto:[email protected]

ANTECEDENTES

2

ANTECEDENTES

Fermin del Castillo School at Nazca after 1996 earthquake.

El Terremoto de Nazca de 1996 produjo daños en muchos colegios, que fueron afectados principalmente por el efecto de columna corta.

El tipo de colegio que más fue afectado, fueron aquellos basado en el módulo 780 (“PRE”), diseñados con la norma de 1977.

Diseño típico basados principalmente en el tipo de suelo. Módulo de dos niveles, tres aulas por nivele; longitudinalmente conformado por pórticos de C.A. y tabiquería sin una adecuada junta de separación; y transversalmente por muros de albañilería y pórticos.

3

ANTECEDENTESEste diseño fue aplicado sin una debida “supervisión”, en algunos casos “adaptado” por personas no calificadas que construyeron de manera no ingenieril.

Este diseño fue mejorado, módulo 780 “POST”, con mejor comportamiento sismorresistente. Sin embargo, existen un gran número de este tipo de colegios (módulos 780-PRE) en todo el país.

A la fecha el 44% del alumnado, en la zona sísmica cuatro (Z4), se encuentra estudiando en edificios construidos antes de 1977 y el número de edificios escolares del tipo 780-PRE es elevado, alrededor de 15 mil edificaciones.

4

ANTECEDENTES

Proyecto SATREPS

M8.6 – M8.9. PGA de 1G.

Riesgo Muy alto.

5

ANTECEDENTES

6

Laboratory DATA from Studies

ANTECEDENTES

7

Material Description Number of buildings Percentage

apafa apafa/self-construction 77267 41.18%

Gob.Reg/Local regional/local government 57885 30.85%

Gob.Nac. national government/special project 41046 21.88%

Ent.Coop. cooperating entities/ngo 7328 3.91%

Privado private companies 3820 2.04%

NR Not recognized 285 0.15%

Survey with BM-database

MÓDULO 780-PRE

8

Características del Módulo 780-PRE

Vista en plantaVista en elevación

Módulo 780 - PRE

9

PROPUESTA DE REFORZAMIENTO

10

Propuesta de Reforzamiento

Se estudiaron diferentes técnicas de reforzamiento incluyendo sistemas de control de la respuesta.

Después de un análisis de factibilidad de implementación por parte de profesionales relacionados con infraestructura educativa, se seleccionaron tres técnicas de reforzamiento.

1. Marco y arriostres concéntricos de acero, P780-ACMAC

2. Muro de albañilería reforzada con malla, P780-MARM

3. Incorporación de muros acoplados de concreto armado, P780-IMACA.

Con la versatilidad para poder adaptarse a los criterios de reforzamiento incremental.

11

Reforzamiento Incremental

Ref.: Incremental Seismic Rehabilitation of School Buildings - FEMA395 12

Marco y arriostres concéntricos de aceroP780-ACMAC

Inserción del marco metálico de secciones W8x18 (A-36) con arriostres concéntricos HSS2.5x2.5x3/16 (A-36), unidos a vigas y columnas con pernos de 5/8” (A-325). En el caso de la cimentación se utilizo un “Kit de reforzamiento” (viga de cimentación).

13


VISTA EN PLANTA 1° nivel

VISTA EN PLANTA 2° nivel

Fase 1

Inserción cuatro marcos metálicos en el

segundo nivel.

Fase 2

Inserción dos marcos metálicos en el segundo nivel.

14


Fase 1

Inserción cuatro marcos metálicos en el

segundo nivel.

Fase 2

Inserción dos marcos metálicos en el segundo nivel.

ELEVACIÓN EJE B

ELEVACIÓN EJE B

15

Muro de albañilería reforzada con mallaP780-MARM

Inserción de muros de albañilería alrededor de las columnas de C.A., cubiertas por malla electrosoldada y mortero cemento-arena.

16


Fase 1

Fase 2

Fase 1

Fase 1 Fase 1

Fase 2

17


Fase 1

Intervención de cuatro columnas de C.A. en los

dos niveles.

Fase 2

Intervención de dos columnas de C.A. en los

dos niveles.

18

Incorporación de muros acoplados de concreto armado

P780-IMACA.

Incorporación de muros y vigas de concreto armado en la dirección longitudinal.

19


P780-IMACA.

Fase 1

Fase 2

20


P780-IMACA.

Fase 1

Incorporación de muros acoplados en el

frente.

Fase 2

Incorporación de muros acoplados en el

fondo.

21

ENSAYOS CÍCLICOS A ESCALA REALEN PÓRTICO REPRESENTATIVO

22

ENSAYO CÍCLICO ESTÁTICO

𝑚 ∙ ሷ𝑥 + 𝑐 ∙ ሶ𝑥 + 𝑘 ∙ 𝑥 = −𝑚 ∙ ሷ𝑥𝑔

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

0 10 20 30 40 50 60 70

Acce

lera

tio

n

Time (s)

Lima, 1966

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Dis

pla

cem

ent

(m

m)

Step

Estructura Sismo (vibración no estacionaria)

Cargas de reversas debido al sismo

Ensayo estático cíclico: Cargas estacionarias incrementales con una amplitud objetivo en cada ciclo: Carga o desplazamiento.

Normalizado para cada tipo ensayos y encontrar los puntos críticos.

Estructura

23

ENSAYO CÍCLICO DE CARGA LATERAL

x

Q

x

Q

Q=kx

Elástico Inelástico

K instantánea

𝑐 ∙ ሶ𝑥 + 𝑸 𝒙 = − 𝑚 ∙ ሷ𝑥𝑔 +𝑚 ∙ ሷ𝑥

d

Q

Curva de Capacidad

Curva de capacidad

Al alcanzar la amplitud, ሶ𝑥=0. Se obtiene la curva de capacidad con las amplitudes.

24

Lazos histeréticos

ℎ =1

4𝜋∙𝜔

𝑝∙∆𝑊

𝑊

𝑠𝑡ℎ𝑒𝑞 =1

4𝜋∙∆𝑊

𝑊

𝜔 = 𝑝

𝑠𝑡ℎ𝑒𝑞 = Τ1 𝜋 ∙ 1 − Τ1 𝜇

𝑠𝑡ℎ𝑒𝑞 ∝ 1 − Τ1 𝜇25

Lazos histeréticos

Ciclos obtenidos durante el ensayo:

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

-4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 3.00

Load

Displacement

Hysteresis curveLoop-6

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

-6.00 -4.00 -2.00 0.00 2.00 4.00 6.00

Load

Displacement


-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

-60.00 -40.00 -20.00 0.00 20.00 40.00 60.00

Load

Displacement


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

-60.00 -40.00 -20.00 0.00 20.00 40.00 60.00

Load

Displacement


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

-60.00 -40.00 -20.00 0.00 20.00 40.00 60.00

Load

Displacement


-30

-20

-10

0

10

20

30

-30.00 -20.00 -10.00 0.00 10.00 20.00 30.00Load

Displacement


-30

-20

-10

0

10

20

30

-40.00 -30.00 -20.00 -10.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00Load

Displacement


-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

-10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00Load

Displacement


26

Pórtico representativo P780

27

IDEALIZACIÓN DEL ENSAYO

Representación de cargas mediante

Actuadores hidráulicosFuerza

cortante

PP

Carga axialCarga axial

Aplicación de cargas

Configuración regular para ensayos cíclicos

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Dis

plac

emen

t (

mm

)

Step

28

Espécimen P780

29

Ensayo a Escala Real

30

Espécimen P780

Formación de la columna corta

31

Espécimen P780

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030

Rig

idez e

quiv

ale

nte

(kN

/mm

)

Distorsión (mm/mm)

P780-PRE (1)

P780-PRE (2)

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030

Fa

cto

r d

e a

mo

rtig

ua

mie

nto

Distorsión (mm/mm)

P780-PRE (1)

P780-PRE (2)

Curva histerética

Curva de Capacidad

Degradación de la rigidez

Disipación de la energía

32

33

Reforzamiento - ACMAC

Espécimen P780-ACMAC 1&2

W8

x18

DETALLE A

DETALLE B

DETALLE C

1 1 22

3

3

Corte de e=4 cm

VISTA EN ELEVACIÓN

Corte de e=1.5 cm

DETALLE A

Corte de e=3.5 cm

DETALLE Base

Columna

34

Espécimen P780-ACMAC 1

Curva histerética

Curva de Capacidad


35

Espécimen P780-ACMAC 2

Curva histerética

Curva de Capacidad


36

Espécimen P780-MARM

Tapajunta de 8mm

Junta de separación 3cm

(libre)

Tapajunta de 8mm Tapajunta de 8mm


(libre)

Tapajunta de 8mm

37

Espécimen P780-MARM

Curva histerética

Curva de Capacidad


38

Espécimen P780-IMACA

X

X

Y

Y

Tapajunta de 8mm


(libre)

Tapajunta de 8mm Tapajunta de 8mm


(libre)

Co

lum

na

exis

ten

te C

2 s

in r

ecu

brim

ien

to

Co

lum

na

exis

ten

te C

1 s

in r

ecu

brim

ien

to

39

Espécimen P780-IMACA

Curva histerética

Curva de Capacidad


40

COMPARACIÓN DE RESULTADOS EXPERIMENTALES

41

Curvas de capacidad

42

Ensayo a Escala ½ ACMAC

43

Ensayo de simulación sísmica del módulo reforzado, 4 fases - registro sísmico MAYO70 (1970)

Lazos histeréticos

Degradación de la rigidez

44

Lazos histeréticos

Factor de amortiguamiento

Amotiguamiento histerético al límite de iniciación de daño: 4.5%En el estado final: 13.5% 45

CALIBRACIÓN DE MODELOS MATEMÁTICOS

46

Modelos histeréticos

= ∙

𝑸

𝑸

= + +

∙

𝑸

= + +

∙

𝑠 =

− ∙

−

= 1 ∙ ∙

=

𝑸

=1

∙ − −

∙

𝑸

Bilineal Takeda

Takeda-slip D-tri

Orientado al origen

o : Unloading stiffness

degradation (0.4)

o & :

Softening (1.2)

& Hardening

(1.1) of

stiffness

(Takeda-slip ) 47

Modelos matemáticos

Modelos debidamente calibrados: curvas decapacidad e histéresis (disipación de energía) 48

EDIFICIO EN EL ESTADO ACTUAL

EDIFICIO SIN REFUERZO (BASE)

NTE-

030

REFORZAMIENTO ETAPA 1

SOLO DOS VANOS CON ARRIOSTRES - MEJORA

NTE-

030M

REFORZAMIENTO ETAPA 2

CUATRO VANOS CON ARRIOSTRES

MEJORA CON REFUERZO

NTE-

030M

Ejemplo de Reforzamiento Iniciativa Privada

Reforzamiento Colegio La Unión – C.Zavala

52

IMPLEMENTACIÓN EN COLEGIOS EXISTENTES

53

AGRADECIMIENTOS

Banco Mundial

Ministerio de Educación

Universidad Nacional de Ingeniería (Laboratorio de Estructuras de CISMID)

Pontificia Universidad Católica del Perú

Universidad de Los Andes

56

CONCLUSIONESo La Pontificia Universidad Católica del Perú y la

Universidad Nacional de Ingeniería (Laboratorio deEstructuras de CISMID) bajo la lupa de la Universidad deLos Andes unieron esfuerzos para la mejora estructural delos colegios en Perú.

o Se desarrollaron tres alternativas de refuerzo paraeliminar la columna corta de los colegios 780PRE.

o A iniciativa del Ministerio de Educación y el BancoMundial se desarrollo una guía para el reforzamiento conaplicabilidad condicionada.

o La aplicabilidad demuestra que es posible realizar elrefuerzo en tres meses época de vacaciones en Perú.

57

JAPAN - PERU CENTER FOR EARTHQUAKE ENGINEERING RESEARCH AND DISASTER MITIGATION

www.cismid.uni.edu.pe

Laboratorio de Estructuras de

CISMID –FIC-UNI

Muchas gracias

propuesta de mejoramiento estructural en centros

Documents