ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD SÍSMICA Y REHABILITACIÓN

ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD

SÍSMICA Y REHABILITACIÓNESTRUCTURAL

EDIFICIO PALACIO NACIONAL DE JUSTICIAFANNY GONZALEZ FRANCO

Manizales (Colombia)

Presentado por Jonny Jiménez Bohórquez I.C.

OBJETIVO El objetivo principal del estudio es el de evaluar la

vulnerabilidad sísmica estructural y eventuales requerimientos de rehabilitación o reforzamiento del Edificio del Palacio Nacional de Justicia “Fanny González Franco” localizado en Manizales, con base en las exigencias de las Normas Colombianas de Diseño Sismo Resistente NSR 98 (ley 400 de 1997 y Decreto 33 de 1998) y sus decretos complementarios (Decreto 033 de 1998, Decreto 034 de 1999 y Decreto 2809 de 2000), así como las Microzonificación Sísmica de Manizales, en lo relativo a las medidas de intervención y de disminución de la vulnerabilidad. Para efectos del presente estudio, esta edificación corresponde al grupo de Uso II – Estructuras de ocupación especial por tratarse de una edificación gubernamental.

Fuente: ANÁLISIS VULNERABILIDAD SÍSMICA Y REHABILITACIÓN. CONSORCIO VULNERABILIDAD CALDAS. 2005

ALCANCE Y METODOLOGÍA DEL ESTUDIO Realizar un análisis de la vulnerabilidad estructural, con base en la información

estructural disponible y levantada como parte del presente estudio, siguiendo en un todo la metodología definida en la Ley 400 de 1997 y sus decretos complementarios.

Evaluación de los índices de sobre-esfuerzos de los elementos estructurales y el de la estructura, con el fin de obtener un diagnóstico general sobre la vulnerabilidad de la misma y de sus elementos estructurales en relación con su capacidad de resistencia (efectos tales como: flexión, cortante, torsión, y flexo-compresión entre otros).

Evaluación de los índices de flexibilidad de cada uno de los pisos de la estructura y el índice de flexibilidad de la estructura, para determinar la susceptibilidad de la estructura a presentar deflexiones o derivas excesivas, con respecto a las permitidas por la norma.

Planteamiento de alternativas de rehabilitación. Plantear las posibles alternativas de rehabilitación teniendo en cuenta aspectos técnicos, económicos y funcionales para las instalaciones que operan en la edificación, con base en los resultados obtenidos del análisis detallado y de la experiencia adquirida en evaluaciones anteriores y propuestas de rehabilitación. Las alternativas deben ser acordes con las características de las instalaciones hidráulicas, sanitarias, gas, eléctricas, telefónicas y afines de la edificación.


LOCALIZACIÓN EDIFICIO


DESCRIPCIÓN GENERAL La construcción consta básicamente de dos sótanos, una

plataforma de cuatro pisos que ocupan toda el área del lote y una torre de doce pisos, localizada en el costado nor-oriental del predio. El área en planta del piso típico es de 524 metros cuadrados. Las cubiertas de plataforma y torre son, en un 80% placas aligeradas niveladas y un 20% placas aligeradas inclinadas. En la plataforma se encuentra una plaza interna con corredores a su alrededor. El área construida total es de 22.500 metros cuadrados aproximadamente. El edificio se diseñó y construyó en la década de los setenta, antes que entrara en vigencia la primera normativa sismo resistente colombiana que corresponde al Decreto 1400 de 1984.


DESCRIPCIÓN GENERAL La estructura de la edificación está conformada

por pórticos en concreto reforzado dispuestos en ambas direcciones ortogonales principales de la misma. La geometría en planta de la estructura es irregular. Los seis primeros niveles de la edificación comprenden la zona conocida como plataforma la cual está conformada por dos sótanos (parqueaderos) y cuatro pisos a la vista desde el nivel del terreno. La plataforma ocupa toda la manzana en donde se encuentra ubicada la edificación.


PLANTAS EDIFICIO

SÓTANO 1 SÓTANO 2


PLANTAS EDIFICIO

PISO 1 PISO 2 AL 4


PLANTAS EDIFICIO

PISO 5 AL 13 PISO 14


REGISTRO FOTOGRÁFICO FACHADAS

PISO COSTADO SUR FACHADA COSTADO OCCIDENTAL


REGISTRO FOTORGRÁFICO SÓTANOS


REGISTRO FOTOGRÁFICO PLANTA INTERNA


TRABAJOS GEOTÉCNICOS Los trabajos incluyeron la realización de sondeos y ensayos

de laboratorio con el fin de caracterizar los suelos de la zona para el análisis de la capacidad portante de los mismos, el estudio detallado de la estratigrafía del subsuelo local con el fin de adelantar un análisis de respuesta dinámica de los depósitos superficiales y evaluar así la posibilidad de que se presenten amplificaciones y cambios en los contenidos frecuenciales de las señales sísmicas.

La realización de los apiques y sondeos ayudan a determinar las características y propiedades del subsuelo y del estrato de fundación, el tipo de cimentación existente y la que se proyecta ejecutar para reforzamiento del sistema.


TRABAJOS GEOTÉCNICOS


Según los apiques realizados, se pudo corroborar que en general la cimentación del edificiocorresponde a lo indicado en los planos estructurales.

PATOLOGÍA Y LEVANTAMIENTO ESTRUCTURAL Fue necesario organizar y verificar la información

existente referente al dimensionamiento de la estructura, tipos de conexiones y de apoyos, dimensionamiento de elementos estructurales, cargas actuantes, detalles del refuerzo, características y disposición de elementos no estructurales tales como muros divisorios o de fachada y demás información requerida. Esta información se obtiene en la edificación mediante mediciones directas, inspecciones, estimativos y comparación con planos estructurales existentes. Para el efecto se adelantaron varias visitas de inspección al edificio en las cuales se tomaron las diferentes dimensiones requeridas para reconstruir y verificar los planos estructurales. Toda la información se procesó y se colocó en formatos que permitieron su vinculación directa a los modelos de análisis.


PATOLOGÍA Y LEVANTAMIENTO ESTRUCTURAL Tipificación del sistema estructural: se realizó un recorrido por la edificación con el

fin de definir el sistema de resistencia a cargas horizontales y a cargas verticales.

Caracterización geométrica: la caracterización geométrica de la estructura se llevó a cabo inicialmente mediante la consulta de los planos disponibles y posteriormente mediante una medición detallada en diferentes zonas del edificio.

Caracterización del material: mediante la realización de ensayos destructivos y no destructivos de los materiales utilizados en la construcción se determinaron las propiedades físicas y mecánicas principales y se estableció el estado actual de la estructura.

Definición de elementos principales: a partir de los resultados obtenidos en las actividades previas, se estableció la importancia relativa de cada uno de los componentes. Para esto se tuvieron en cuenta las dimensiones de los elementos, la carga que soportaban y su importancia estructural relativa.


PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Para complementar la información existente sobre los materiales de la estructura se recurrió a la realización de ensayos de campo y de laboratorio con el fin de estimar sus propiedades mecánicas:

Extracción de núcleos de concreto. Ensayos de compresión simple sobre muestras de concreto

recuperadas. Ensayos de esclerómetro en campo. Ensayo de carbonatación. Regatas para identificación de refuerzo. Ensayos de detección del refuerzo mediante Ferroscan. Ensayo de tracción sobre dos probetas de acero.


ENSAYO CON ESCLERÓMETRO Anteriormente el endurecimiento y el estado del hormigón se determinaban

golpeando su superficie con un martillo. Este método era capaz de determinar de una forma muy aproximada la resistencia del hormigón basándose en el rebote del martillo al efectuar el choque. El esclerómetro es el resultado del perfeccionamiento de este viejo método. El principio de funcionamiento consiste primordialmente en apoyar ligeramente la cabeza de la barra de percusión sobre la superficie a ensayar, se libera de su fijación y la barra se desliza, por si misma, fuera del armazón. Esta barra de percusión se presiona sobre el lugar de la superficie a ensayar, aumentando lentamente la presión hasta un poco antes de que desaparezca enteramente del armazón, momento en el cual se descarga el golpe del martillo. Después de esta percusión, el martillo rebota una cierta distancia indicada sobre la escala graduada. Esta lectura de la posición sobre la escala graduada representa la medida del retroceso en porcentaje con el avance del martillo. Este valor, leído en la grafica, permite establecer la resistencia del concreto en función del ángulo de choque. Con este procedimiento se exploran en total cuarenta y ocho (48) elementos. A partir de los valores de resistencia a compresión obtenidos en el ensayo de núcleos se ajustó la curva de calibración del esclerómetro corrigiéndose así los valores de resistencia obtenidos inicialmente mediante este dispositivo. La información completa de los ensayos realizados en vigas, columnas y muros, y los valores de resistencia a compresión corregidos obtenidos con el esclerómetro se encuentra en el anexo de este capitulo.


ENSAYOS CON ESCLERÓMETRO


ENSAYOS CON ESCLERÓMETRO

Rango de resistencias del concreto en el ensayo de esclerometría. Curva de tendencia de la resistencia del concreto encontrada con el esclerómetro


ENSAYOS DE COMPRESIÓN DE NÚCLEOS Se realizaron un total de dieciséis

(16) ensayos de compresión axial de núcleos. Cada uno de los núcleos fue extraído cuidadosamente del elemento estructural en las zonas donde no existiera refuerzo de acuerdo con la información suministrada por las regatas. Posteriormente fueron llevados al laboratorio para su adecuación y ensayo. Para el ensayo se utilizó una máquina Universal de control mecánico. Los ensayos de compresión se adelantaron siguiendo la norma NTC 3658.


ENSAYOS DE COMPRESIÓN DE NÚCLEOS


ENSAYOS DE COMPRESIÓN DE NÚCLEOS


Resultado de los ensayos de compresión de núcleos

ENSAYOS DE COMPRESIÓN DE NÚCLEOS La NSR-98 en el parágrafo C.5.6.4.4 establece que “el

concreto de la zona representada por los núcleos es estructuralmente adecuado, si el promedio de los tres (3) ó más núcleos, resulta por lo menos igual al 85% de f’c, y si ningún núcleo presenta una resistencia menor del 75% de f’c”. De acuerdo a los resultados obtenidos el valor promedio de la resistencia del concreto es de 382 Kg/cm2 y la mínima resistencia obtenida es de 257 Kg/cm2. Considerando que en el modelo estructural se utilizó un valor de resistencia del concreto de 280 Kg/cm2, el promedio de la resistencia obtenida en los ensayos es superior al valor especificado, y la resistencia mínima obtenida corresponde al 92% del mismo. De esta manera el valor adoptado cumple con los requisitos establecidos en la NSR-98.


ENSAYOS DE COMPRESIÓN DE NÚCLEOS Por último, se realizó un análisis

estadístico con los datos de resistencia a compresión del concreto obtenidos en los ensayos con esclerómetro ya calibrados con respecto a los valores obtenidos en el ensayo de núcleos, definiéndose así el valor a utilizar en la modelación estructural.


ENSAYOS DE CARBONATACIÓN Con el fin de investigar el estado actual del concreto se adelantaron ensayos de

carbonatación. La carbonatación es la reducción de la alcalinidad normal del hormigón por efecto del CO2 que se difunde desde el ambiente que lo rodea. En presencia de humedad el CO2 reacciona con los álcalis neutralizándolos para formar carbonatos disminuyendo el Ph por debajo de 10. La prueba de carbonatación consiste en extraer núcleos de concreto y sumergirlos en una solución indicadora ácido – base y posteriormente medir las profundidades de carbonatación. Cuando las profundidades de carbonatación alcanzan las zonas donde se encuentra el acero de refuerzo del elemento estructural, se presenta riesgo de corrosión en dicho elemento lo cual significa que la capacidad estructural puede verse afectada y se irá deteriorando de manera considerable con el paso del tiempo.

La profundidad de carbonatación relacionada con la edad del concreto permite predecir el tiempo en que se presentará la corrosión inicial, es decir el periodo de tiempo necesario para que el frente de carbonatación o el frente de cloruros ataque la armadura. Este periodo de tiempo se le puede asociar con la vida útil del proyecto.


ENSAYOS DE CARBONATACIÓN


Muestras carbonatadas

UBICACIÓN DE LAS MUESTRAS

INSPECCIÓN DEL REFUERZO

Exploración de los elementos estructurales por medio de regatas


CONCLUSIONES La resistencia medida del concreto en todos los casos resultó

ser superior o igual a la resistencia especificada por el diseñador, que es de 210 Kgf/cm2 para las placas y de 280 Kgf/cm2 para las columnas.

El concreto de la estructura presenta en general una buena calidad

Las inspecciones con Ferroscan indican concordancia entre el refuerzo existente y el indicado en los planos estructurales para los puntos medidos.

Ensayos de carbonatación, se observa que resultaron ser inferiores a 5 mm. De los ensayos y mediciones realizadas, se concluye que las profundidades de carbonatación son muy inferiores al recubrimiento mínimo del refuerzo y por lo tanto es poco probable que exista corrosión en las barras de acero.


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