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PORTADA

UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA

FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE

INGENIERÍA CIVIL

Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de

Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad

Centroamericana, Managua, Nicaragua

Trabajo monográfico para obtener el título de:

Ingeniero Civil

Autores:

Rivas Centeno, Eva María

Useda Bermúdez, Adriana Marcela

Tutor:

MSc. Ing. Jimi Vanegas Salmerón

Managua, Nicaragua

Diciembre 2016

Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua

i

DEDICATORIA

Eva María Rivas Centeno

Dios y mi familia han sido el pilar que me han sostenido en toda este trayecto, ellos que

con su amor y su ayuda han hecho hoy posible este logro.

A mi madre Adelayda Centeno Pérez, por esta ahí en los momentos difíciles en donde

simplemente sentía que la carga era pesada, por siempre tener una palabra de aliento,

por ser mi consejera y mi amiga.

A mi padre Edgard Rivas Bejarano, que siempre ha tratado de inculcar valores en la

familia, el por ser un padre responsable que con su trabajo y esfuerzo ha sabido ser el

sostén de la familia.

A mis hermanos por su paciencia en esas noches de trabajo donde les incomodaba la

luz, espero que yo como hermana mayor sirva de ejemplo para que se esfuercen y

alcancen cada una de sus metas.



ii

Adriana Marcela Useda Bermúdez

Dedico este trabajo, primeramente a Dios quien me ha dado la fortaleza para luchar cada

día por mis sueños y no desfallecer, el que me ha sabido guiar por el camino de la vida.

A mi madre quien siempre me alentó a seguir adelante a lo largo de esta travesía. La

persona que ha estado ahí siempre para apoyarme.

A mis hermanos, quienes me inspiraron a darles un buen ejemplo y esforzarme por y para

ellos. Porque aún en los momentos más difíciles estuvieron ahí para apoyarme y ser

además de mi familia, mis amigos y cómplices. Aún en la distancia, les dedico

especialmente este logro.

A mis abuelos, por todos los consejos que con mucho amor me han brindado, por su

apoyo moral y económico, por darme los mejores ejemplos de lucha y perseverancia.



iii

AGRADECIMIENTOS


Agradezco a Dios por brindarme durante todo este tiempo de mi formación, las

oportunidades necesarias para alcanzar mi sueño de profesionalización, por la vida que

me regala cada día como don maravilloso de su amor, por la salud y por el bienestar

físico, material y espiritual.

Doy gracias también, a mi familia que ha caminado paso a paso conmigo, brindándome

su apoyo incondicional, su amor y sus mejores deseos. Por la motivación que me han

dado para alcanzar mis metas y por haber creído siempre en mí.

Igualmente gracias a mi novio, a mis amigos, amigas y compañeros que han formado

parte importante de cada uno de mis procesos de crecimiento y superación personal. Por

el enriquecimiento del compartir y por cada una de la experiencias vividas a lo largo de

todo este tiempo.

Finalmente doy gracias a mis maestros quienes me han brindado su guía y sabiduría en

el desarrollo de mi formación humana y académica, especialmente agradezco a nuestro

tutor Ing. Jimi Vanegas por haber compartido tantas enseñanzas durante estos años de

carrera, por orientarnos en la realización de este trabajo.

Infinitamente gracias a cada una de las personas que han hecho de este tiempo un

espacio lleno de hermosos recuerdos.



iv


“Todo lo puedo en Cristo que me fortalece” –Filipenses 4:13

Quiero agradecer primeramente a Dios por brindarme el regalo de la vida, por nunca

soltar mi mano en este camino, por permitirme culminar mi carrera y hacerme una

persona de bien. Todo lo que soy es gracias a él.

Agradezco a mi familia, mi madre, abuelos(as), hermanos(as), tíos(as), primos(as) por el

apoyo incondicional, por la motivación que cada día me daban, por preocuparse siempre

por mi bienestar y creer en que podía lograrlo.

Gracias a mi novio por ser mi complemento, mi protector, estar siempre dispuesto a

ayudarme e impulsarme a seguir luchando por mis sueños.

A mis amigos por su aprecio y comprensión, por los años compartidos y las experiencias

vividas, nunca los olvidaré.

Agradezco a mi alma mater Universidad Centroamericana por darme la oportunidad de

formar parte de esta familia Jesuita y a los docentes que han sido lumbrera a seguir en

el proceso de aprendizaje.

¡Mil gracias a todos!



v

TABLA DE CONTENIDO

Dedicatoria ........................................................................................................................ i

Agradecimientos .............................................................................................................. iii

Tabla de contenido ........................................................................................................... v

Lista de Figuras ................................................................................................................ x

Lista de Tablas ............................................................................................................... xii

Resumen ....................................................................................................................... xiv

1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 1

1.1. Planteamiento del problema ............................................................................... 2

1.2. Justificación ........................................................................................................ 3

2. OBJETIVOS ............................................................................................................. 4

2.1 Objetivo General................................................................................................. 4

2.2 Objetivos Específicos ......................................................................................... 4

3. DESCRIPCIÓN DEL SITIO DE ESTUDIO ............................................................... 5

3.1 Localización del Sitio de Estudio ........................................................................ 5

3.2 Características Sísmicas de la Ciudad de Managua .......................................... 5

3.3 Marco Geológico de la Ciudad de Managua ...................................................... 6

4. REVISIÓN DE LA LITERATURA .............................................................................. 7

4.1 Concepto de patología ....................................................................................... 7

4.2 Vida útil en las estructuras ................................................................................. 8

4.3 Incidencia del medio ambiente ........................................................................... 8


vi

4.3.1 Ambiente ligero o débil ................................................................................ 9

4.3.2 Ambiente moderado ..................................................................................... 9

4.3.3 Ambiente severo .......................................................................................... 9

4.3.4 Ambiente muy severo .................................................................................. 9

4.4 Generalidades del concreto ................................................................................ 9

4.5 Fallas en estructuras de concreto .................................................................... 10

4.5.1 Fallas en el diseño del proyecto................................................................. 10

4.5.2 Fallas por materiales .................................................................................. 11

4.5.3 Fallas por construcción .............................................................................. 12

4.5.4 Fallas por operación de las estructuras ..................................................... 13

4.6 Clasificación de las lesiones según su origen .................................................. 13

4.6.1 Lesiones químicas ..................................................................................... 14

4.6.2 Lesiones físicas ......................................................................................... 14

4.7 Intervención en las estructuras ......................................................................... 19

4.7.1 Prevención ................................................................................................. 19

4.7.2 Reparación................................................................................................. 19

4.7.3 Restauración .............................................................................................. 20

4.7.4 Rehabilitación ............................................................................................ 20

5. GENERALIDADES DE LA ESTRUCTURA EN ESTUDIO ..................................... 21

5.1 Configuración estructural .................................................................................. 21


vii

5.2 Desarrolladores del proyecto ............................................................................ 22

6. REVISIÓN DEL PROYECTO ORIGINAL ............................................................... 22

6.1 Planos arquitectónicos y estructurales ............................................................. 22

6.1.1 Planos arquitectónicos ............................................................................... 22

6.1.2 Planos estructurales .................................................................................. 23

6.2 Especificaciones de los materiales ................................................................... 23

6.2.1 Concreto .................................................................................................... 24

6.2.2 Acero de refuerzo y acero estructural ........................................................ 24

6.2.3 Soldadura .................................................................................................. 24

6.3 Bitácoras de obra ............................................................................................. 24

6.4 Memoria de cálculo estructural ......................................................................... 25

6.5 Información del proceso constructivo ............................................................... 25

7. INSPECCIÓN VISUAL Y LEVANTAMIENTO DE DAÑOS ..................................... 25

7.1 Lesiones orgánicas........................................................................................... 26

7.2 Lesiones físicas ................................................................................................ 26

7.2.1 Daños por humedad .................................................................................. 26

7.2.2 Fisuras en losa de piso .............................................................................. 28

7.2.3 Grietas extendidas desde el piso hasta los muros ..................................... 29

7.2.4 Grietas en boquetes de ventanas .............................................................. 31

7.2.5 Fisuras en vigas ......................................................................................... 32


viii

7.2.6 Fisuras en muros y columnas .................................................................... 34

7.2.7 Desprendimiento de repello en losas de equipo ........................................ 36

7.2.8 Daños en elementos no estructurales ........................................................ 38

8. AUSCULTACIÓN DE LA ESTRUCTURA ............................................................... 39

8.1 Determinación de la resistencia del concreto utilizando el esclerómetro .......... 39

8.2 Medición de profundidad de grietas mediante ensayo de pulso ultrasónico ..... 39

9. ANÁLISIS ESTRUCTURAL .................................................................................... 40

9.1 Coeficiente de diseño sismo resistente ............................................................ 40

9.1.1 Clasificación de Grupo de la estructura (Art. 20, RNC-07) ........................ 40

9.1.2 Factor por reducción por ductilidad (Art. 21, RNC-07) ............................... 40

9.1.3 Factor de reducción por sobre resistencia (Art. 22, RNC-07) .................... 41

9.1.4 Condiciones de regularidad (Art. 23, RNC-07)........................................... 41

9.1.5 Coeficientes de diseño sismo resistente (Art. 24) ...................................... 41

9.2 Estimación de carga ......................................................................................... 42

9.2.1 Cargas vivas .............................................................................................. 42

9.2.2 Cargas muertas ......................................................................................... 42

9.3 Espectro para análisis dinámico ....................................................................... 42

9.4 Modelación computacional utilizando SAP2000 v18.2.0 .................................. 43

10. RESULTADOS .................................................................................................... 44

10.1 Revisión de documentación del proyecto ...................................................... 44

10.1.1 Bitácoras de obra ................................................................................... 44


ix

10.1.2 Proceso constructivo .............................................................................. 52

10.2 Pruebas no destructivas ................................................................................ 55

10.2.1 Resultados ensayo con esclerómetro ..................................................... 55

10.2.2 Resultados de la profundidad de grietas mediante el pulso ultrasónico. 56

10.3 Resultados del análisis estructural asistido por SAP 2000............................ 57

10.3.1 Periodo de vibración de la estructura ..................................................... 58

10.3.2 Esfuerzos Von Mises .............................................................................. 59

11. PROPUESTA DE INTERVENCIÓN EN VIGAS DE ENTREPISO UTILIZANDO FRP 60

11.1 Datos preliminares ........................................................................................ 60

11.2 Diseño para la resistencia a flexión ............................................................... 61

11.3 Diseño para la resistencia a cortante ............................................................ 62

12. RESULTADOS DEL REFORZAMIENTO UTILIZANDO FRP .............................. 64

12.1 Datos preliminares ........................................................................................ 64

12.2 Diseño para la resistencia a flexión ............................................................... 66

12.2.1 Condición de servicio del acero de refuerzo ........................................... 68

12.2.2 Falla por fatiga y ruptura por flujo en las láminas de fibra de carbono ... 68

12.3 Diseño para la resistencia a cortante ............................................................ 69

13. CONCLUSIONES ................................................................................................ 71

14. RECOMENDACIONES ........................................................................................ 73

15. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................... 76

16. ANEXOS .................................................................................................................. 78


x

Anexo A: Planos Arquitectónicos y Estructurales ...................................................... 78

Anexo B: Dimensiones de los Elementos Estructurales ............................................ 79

Anexo C: Auscultación de la Estructura ..................................................................... 90

Anexo D: Coeficiente Sísmico .................................................................................... 94

Anexo E: Cargas del Edificio ...................................................................................... 99

Anexo F: Resultados de las Pruebas No Destructivas ............................................. 109

Anexo G: Diseño para el Reforzamiento de Vigas utilizando Láminas poliméricas de

Fibra de Carbono ..................................................................................................... 118

Anexo H: Fichas Técnicas de los productos de SIKA .............................................. 125

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Macro y micro localización del Laboratorio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. Fuente: Plano de portada del proyecto. ................................................................... 5

Figura 2 Fallamiento del área de Managua. (CIGEO) .................................................... 6

Figura 3 Relación entre el comportamiento del concreto y el concepto de vida útil de la estructura. Fuente: Durabilidad y Patología del concreto (2011) ..................................... 8

Figura 4 Esquema de los diferentes tipos de fisuras .................................................... 16

Figura 5 Agrietamiento por asentamiento plástico ........................................................ 16

Figura 6 Formación de grietas por contracción plástica ............................................... 17

Figura 7 Concreto fisurado por contracción plástica. .................................................... 18

Figura 8 Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. ................... 21

Figura 9 Lesiones orgánicas en el laboratorio de suelos .............................................. 26

Figura 10 Presencia de humedad en paredes y cielo falso .......................................... 27

Figura 11 Detalle típico losa de piso ............................................................................. 28


xi

Figura 12 Daños en la losa de piso .............................................................................. 28

Figura 13 Fisuras cercanas a las juntas de la losa de piso .......................................... 29

Figura 14 Detalle típico de junta entre losa y pared. ..................................................... 30

Figura 15 Grietas de piso extendidas en los elementos verticales ............................... 30

Figura 16 Grietas presentes en boquetes de ventana .................................................. 31

Figura 17 Grietas en sillar de ventanas ........................................................................ 32

Figura 18 Fisuras presentes en las vigas de forma transversal .................................... 33

Figura 19 Daños presentes en la escalera principal ..................................................... 33

Figura 20 Fisuras horizontales en muros y columnas ................................................... 34

Figura 21 Mal adherencia entre el repello y el concreto en los muros .......................... 34

Figura 22 Daños en las mesas de trabajo del laboratorio de tiempos y medidas ......... 35

Figura 23 Fractura en losa de piso y transmitido en la pared ....................................... 36

Figura 24 Losa de fundación para péndulo de resiliencia Hoyton. ............................... 36

Figura 25 Desprendimiento de repello en la losa del péndulo de resiliencia Hoyton .... 37

Figura 26 Fundación para Maquina Universal de Ensayos Hoyton. ............................. 37

Figura 27 Desprendimiento del repello en la losa de la Máquina Universal ................. 38

Figura 28 Daños en enchapes cerámicos y jambas de baños. ..................................... 38

Figura 29 Eje de simetría en planta de edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S. J. 41

Figura 30 Cargas muertas adicionales en el edificio .................................................... 42

Figura 31 Espectro de diseño utilizado en el análisis sísmico del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S. J. ................................................................................................ 43

Figura 32 Modelo del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J., en el software de análisis SAP2000 .......................................................................................................... 44

Figura 33 Segregación del agregado en los muros ...................................................... 53

Figura 34 Exposición del refuerzo longitudinal ............................................................. 54

Figura 35 Evidencias de las prácticas constructivas ..................................................... 55


xii

Figura 36 Chequeo de resistencia de los elementos frontales ..................................... 57

Figura 37 Chequeo de resistencia de los elementos en la parte trasera ...................... 58

Figura 38 Periodo fundamental de vibración de la estructura ....................................... 58

Figura 39 Esfuerzos de Von Mises ............................................................................... 59

Figura 40. Esfuerzos de Von Mises en muros .............................................................. 60

Figura 41 Momento y cortante actuante máximo .......................................................... 64

Figura 42 Detalle del reforzamiento de la viga a momentos flexionantes utilizando láminas poliméricas reforzadas con fibra de carbono. ................................................... 68

Figura 43 Detalle del reforzamiento de la viga a fuerzas cortantes .............................. 69

Figura 44 Secciones de las columnas .......................................................................... 84

Figura 45 Secciones de los muros ................................................................................ 84

Figura 46 Instrumentos utilizados para las pruebas no destructivas ............................ 91

Figura 47 Registro de fotografías de las mediciones de resistencia a compresión ...... 91

Figura 48 Curva de calibración del martillo suizo ......................................................... 92

Figura 49 Registro de fotografías de las mediciones de profundidad de grietas .......... 92

Figura 50 Ubicación de los elementos ensayados en planta mediante el pulso ultrasónico ...................................................................................................................................... 93

Figura 51 Mapa de Isoaceleraciones ............................................................................ 96

Figura 52 Zonas sísmicas de Nicaragua....................................................................... 96

Figura 53 Zonificación propuesta en base al parámetro Vs30. ...................................... 97

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Resistencias de diseño de los elementos de concreto ..................................... 24

Tabla 2 Evidencias de las anomalías presentes en las bitácoras ................................. 45

Tabla 3 Resistencias promedios de los elementos estructurales .................................. 56

Tabla 4 Datos preliminares para el diseño de reforzamiento ........................................ 65


xiii

Tabla 5 Modos de fallas de los materiales y esfuerzos del reforzamiento .................... 66

Tabla 6 Momento resistente de la viga reforzada con FRP .......................................... 67

Tabla 7 Resultados obtenidos en el diseño de reforzamiento para la resistencia a fuerzas cortantes ........................................................................................................................ 69

Tabla 8 Tabla de columnas ........................................................................................... 80

Tabla 9 Tabla de vigas .................................................................................................. 81

Tabla 10 Tabla de muros .............................................................................................. 81

Tabla 11 Clasificación de los suelos de Managua con fines de diseño sísmico, (Hernández, 2009). ........................................................................................................ 97

Tabla 12 Cargas vivas unitarias mínimas (kg/m2). Fuente: Reglamento Nacional de la Construcción ................................................................................................................ 100

Tabla 13 Cargas tributarias para las vigas externas de entrepiso ............................... 101

Tabla 14 Cargas tributarias para las vigas internas de entrepiso ................................ 102

Tabla 15 Cargas tributarias para las vigas de la azotea ............................................. 104

Tabla 16 Resistencias a la compresión de columnas del 1er nivel ............................. 110

Tabla 17 Resistencias a la compresión de vigas de entrepiso .................................... 110

Tabla 18 Resistencias a la compresión de vigas de techo .......................................... 110

Tabla 19 Resistencias a la compresión de columnas del 2do nivel ............................ 111

Tabla 20 Resistencias a la compresión de losa de piso .............................................. 111

Tabla 21 Resistencias a la compresión de losa de entrepiso ..................................... 111

Tabla 22 Resistencias a la compresión de losa de techo ........................................... 112

Tabla 23 Resistencias a la compresión de muros del 1er nivel................................... 112

Tabla 24 Resistencias a la compresión de muros del 2do nivel .................................. 113

Tabla 25 Resultados del ensayo de pulso ultrasónico ................................................ 114


xiv

RESUMEN

Los Laboratorios de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente fueron inaugurados en

Octubre de 2013. Un edificio que dadas sus características constructivas supone un alto

nivel de seguridad para aquellos que aguardan dentro de sus instalaciones. No obstante,

a partir de las actividades sísmicas de abril de 2014 en la Ciudad de Managua, la

estructura presentó muchas anomalías, las cuales no están de acorde a su edad de

servicio ni a su diseño estructural. En el presente documento se plasman los alcances

obtenidos a partir de las pruebas no destructivas ejecutadas a los elementos principales

del edificio. De acuerdo a los datos obtenidos por los ensayos se analizará el

comportamiento de la estructura ante una demanda sísmica teniendo en cuenta las

condiciones de aceleración de la ciudad de Managua, dicho efecto es verificado por los

requerimientos expuestos en el Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07).

Finalmente se propone un plan de intervención para los elementos estructurales más

afectados producto de las patologías identificadas en el estudio.


1

1 INTRODUCCIÓN

El laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J de la Universidad

Centroamericana UCA, fue puesto en servicio el 10 de octubre del año 2013. Nació bajo

la necesidad de crear un espacio donde los estudiantes de las distintas carreras de

ingeniería que ofrece la Universidad Centroamericana (UCA) pudiesen desarrollar los

conocimientos teóricos obtenidos de parte de los docentes y llevarlos a la práctica. Este

proyecto fue considerado de vital importancia dado que el edificio de dos plantas

albergaría los laboratorios de Estructuras, de Materiales y Suelos, de Hidráulica y Fluidos,

de Métodos y Tiempos, y de Simulaciones de procesos productivos los cuales serían

utilizados por los estudiantes de Ingeniería Civil, Ingeniería en Calidad Ambiental,

Ingeniería en Sistemas y Tecnologías de la Información e Ingeniería Industrial.

El edificio tiene capacidad de albergar a 250 personas a la vez, distribuidas en cada uno

de los laboratorios, aulas, personal de apoyo y administrativo del lugar. En el edificio

normalmente, en temporada intercuatrimestral y vacaciones, se encuentran

aproximadamente de 3 a 5 personas de forma permanente. El resto se programa según

horario de asignaturas.

El sistema estructural del edificio en estudio se basa en muros de concreto reforzado

confinado de columnas y vigas de concreto. Es un módulo rectangular, de geometría

regular en planta y elevación, cuenta con núcleos centrales de ascensor y escalera

además de una escalera de servicio dirigida a la azotea, ubicada en el costado norte de

la edificación. El sistema de entrepiso está soportado por cerchas metálicas

tridimensionales que soportan el peso de la losa de concreto reforzado.

En 2014 se presentaron diversos eventos sísmicos, entre ellos un terremoto de 6.2 en la

escala de Richter desarrollando réplicas las cuales dejaron como resultado estragos en

algunos sectores aledaños a la capital, así como también visibles daños a la estructura

del Laboratorio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J., el cual no cumplía ni un año de

ser construido. A partir de dichos eventos y los que pueden haber ocurrido en el

transcurso hacia la actualidad, se han venido agudizando fallas en el edificio las cuales

urgen ser estudiadas.


2

El presente trabajo pretende determinar las causas que generaron los diferentes daños

que presenta la estructura, teniendo en cuenta que esta tiene apenas 3 años de servicio.

Para poder conocer el estado de servicio actual de la estructura y poder cuantificar y

calificar los daños, se hará uso de las técnicas y procedimientos que dicta el ACI 364S-

11 y los procedimientos de intervención estructural que describe el ACI 440.2R-08. Para

esto se tomarán en cuenta todos los requerimientos de sismo resistencia que mandata el

Reglamento Nacional de la construcción RNC-07.

1.1. Planteamiento del problema

La necesidad de justificar la inversión realizada y la de garantizar la seguridad y confort

para los usuarios del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J., es

la tarea principal de este estudio investigativo. El objetivo de este estudio es proponer

una solución y curar los daños estructurales presentes.

Hoy en día, con el avance de la tecnología y con todos los procedimientos regulatorios

de la calidad de los materiales y procesos constructivos que dictan los códigos, normas

reglamentos nacionales e internacionales, debería de ser nula, la posibilidad de

afectaciones o daños en una estructura a temprana edad.

Luego de la puesta en servicio la edificación comenzó a mostrar una serie de anomalías

o daños en sus componentes arquitectónicos y elementos estructurales, los cuales se

hicieron evidentes con el afloramiento en superficie a manera de fisuras y grietas en

algunos casos.

Esta afectación desencadenó una serie de peticiones al constructor del proyecto, ya que

se tenía vigente la garantía de vicios ocultos, por lo cual el constructor tenía que asumir

el costo de las reparaciones. Estas reparaciones se dieron, en la mayoría de los casos,

de forma superficial (maquillaje), no se dieron para detener y evitar mayores daños.

Entre las fallas que se presentan se pueden mencionar tanto fracturas en la losa de piso

las cuales pueden llegar hasta más de medio centímetro de espesor aproximadamente

como fisuras en las paredes, presencia de humedad o infiltración en las losas de techo


3

la cual es visible en el cielo falso, infiltración en las ventanas del edificio en períodos

lluviosos y otros daños no estructurales tales como cerámica, etc.

1.2. Justificación

La Universidad Centroamericana con el fin de consolidar el conocimiento y la práctica de

las ingenierías en Nicaragua, ha puesto a disposición de los estudiantes y público en

general las instalaciones del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente

S.J. dotándolos del equipo y herramientas necesarias para tal fin.

La inversión realizada por esta universidad tiene que afianzarse con la puesta en servicio

de este edificio, el cual no debería de estar presentando daños estructurales a temprana

edad.

Aunque la estructura se encuentre expuesta a los diferentes fenómenos atmosféricos, los

daños tienen que ser mínimos y el plan de mantenimiento tiene que estar orientado a la

prevención de daños, no al mantenimiento correctivo o plan de reparaciones parciales y

globales de las áreas afectadas.

Considerando la importancia de la edificación y lo que representa para la Universidad

Centroamericana, se ha considerado la realización de este estudio con el fin de brindar

una solución técnica apegada a reglamentos y estándares de seguridad, que garanticen

en un futuro la inversión realizada y la seguridad misma de los usuarios. La propuesta de

intervención que se pretende dar permitirá conservar la estructura y que a su vez brinde

las condiciones de servicio para las cuales fue diseñada.


4

2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo General

Realizar un análisis patológico y propuesta de intervención para el edificio Laboratorio de

Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la UCA, en función de los resultados

obtenidos mediante la realización de pruebas no destructivas y de la evaluación

estructural.

2.2 Objetivos Específicos

Identificar las patologías presentadas en los componentes arquitectónicos,

instalaciones y elementos estructurales, con el fin de evaluar el grado de

afectación y daño del inmueble en general.

Determinar las propiedades mecánicas y dinámicas, y características físicas de los

elementos estructurales del edificio, por medio de la realización de pruebas no

destructivas, con el fin de conocer el estado de servicio de la edificación.

Evaluar la respuesta dinámica considerando las condiciones para la cual fue

diseñado, mediante modelamiento asistido por el software SAP2000 v.18.2.0.

Elaborar la propuesta de intervención de la estructura, según los resultados

obtenidos para garantizar la seguridad estructural de la edificación y mantener su

vida útil proyectada.


5

3. DESCRIPCIÓN DEL SITIO DE ESTUDIO

3.1 Localización del Sitio de Estudio

El Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J se encuentra ubicado

en la zona central de la ciudad de Managua. De la Rotonda Rubén Darío 150 metros al

este, 100 metros al norte.

Figura 1 Macro y micro localización del Laboratorio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. Fuente: Plano de portada del proyecto.

3.2 Características Sísmicas de la Ciudad de Managua

De acuerdo a Moore (2004) “ los sismos originados en la zona de subducción no

presentan mucho riesgo para la Ciudad de Managua, en cambio las mayores

afectaciones para la capital es producto del fallamiento local”. (INETER, 2002) asegura

que existen 28 fallas locales, 18 de ellas activas, estas se encuentran reagrupadas de

acuerdo a estimaciones de intensidad y afectaciones a la Ciudad de Managua.

En el sector este y oeste de Managua las fallas pueden causar eventos sismicos

significativos en cuanto a magnitud, en cambio la falla central puede producir terremotos

mayores a 6.5 Mw en la escala de Ritchter. (INETER, 2002)


6

Figura 2 Fallamiento del área de Managua. (CIGEO)

3.3 Marco Geológico de la Ciudad de Managua

Los tipos de suelo de determinada región pueden clasificarse dependiendo de distintas

características, ya sea por su origen, uso potencial, antigüedad, morfología, composición

química, genética, dependiendo del interés de estudio.

Según Obando, T (2009), la ciudad de Managua se encuentra asentada en una superficie

plana que posee una leve inclinación hacia el lago Xolotlán, la cual es interrumpida por

depresiones y colinas tales como los cráteres de Nejapa, Tiscapa, Asososca, Ticomo,

etc. Formada sobre una brecha de toba volcánica perteneciente a la superficie de una

configuración geológica denominada Grupo La Sierra, los suelos de la ciudad se

encuentran cubiertos por materiales piroclásticos del volcanismo Holoceno, compuesto

por lapilli, pómez, cenizas y tobas.

Obando (2009) cita a Valera (1973), quien afirma que en la ciudad de Managua “los

suelos se clasifican como limos no cohesivos, arenas y gravas, de pobre a bien

consolidados y con diferentes grados de cimentación, presentando por lo general bajas

densidades y alta porosidad”.


7

4. REVISIÓN DE LA LITERATURA

4.1 Concepto de patología

La palabra patología proviene del griego “pathos”: enfermedad y “logos”: estudio, y se

refiere, en la construcción a las enfermedades, de origen químico, físico, mecánico o

electroquímico y sus soluciones.

El concepto de patología estructural, surge de una analogía entre el ser humano y las

edificaciones, el ser humano comúnmente presenta síntomas que llevan a buscar su

origen o mejor dicho la enfermedad que los causa, en tanto las estructuras pueden

presentar fallas o comportarse de manera irregular, lo cual lleva a realizar estudio para

determinar el por qué, y así garantizar la seguridad dela misma. De esta manera se llega

a tres etapas importantes para tratar una patología:

Determinar el comportamiento o las fallas en la estructura. (Enfermedad)

Indagar acerca de las posibles causas. (Diagnóstico).

Plantear una solución inmediata o un plan de mantenimiento para devolverla a su

nivel de servicio. (Tratamiento).

Según (Florentín & Granada , 2009) las patologías que se pueden presentar en una

edificación se pueden clasificar tanto por su origen o según el área que es afectada. Las

causas de la aparición de estos daños en una estructura pueden ser muchas, entre ellas

la acción del clima, la deficiencia en el diseño, imprevisiones de tiempo, falta de

organización en la obra, mala calidad de la mano de obra, desconocimiento de las

especificaciones técnicas de los materiales a utilizar, técnicas constructivas inadecuadas,

uso de materiales de mala calidad, o por la omisión de la necesidad del mantenimiento

en un edificio para su conservación.

Cuando se habla de patología esto supone los problemas presentes en una obra ya sea

nueva o antigua, incluso a veces sin concluir, que requiere un diagnóstico certero y una

solución adecuada, la cual podría no ser definitiva sino temporal. Esta problemática, a

como proponen los autores, no solo afecta la obra sino la calidad de vida del usuario y

por ende la economía, pues será más onerosa su reparación que haber construido dicha


8

obra tomando los recaudos debidos y considerando los parámetros de calidad dentro de

un presupuesto inicial.

Se definirán una serie de conceptos que tienen que ver directamente con el estudio de

patología, con el fin de formar una base teórica para el desarrollo de la presente

investigación.

4.2 Vida útil en las estructuras

Según Sánchez (2011), Se considera como vida útil de una estructura, el período de

tiempo en el cual, ella conserva los requisitos previstos de seguridad, funcionalidad y

estética (aspecto), con costos razonables de mantenimiento.

Figura 3 Relación entre el comportamiento del concreto y el concepto de vida útil de la estructura. Fuente: Durabilidad y Patología del concreto (2011)

4.3 Incidencia del medio ambiente

Para el diseño de una estructura deben tenerse en cuenta las condiciones del medio

ambiente que la rodea, dado que estos pueden tener una incidencia directa en el proceso


9

de degeneración y daño de la misma. A continuación se presentara una clasificación

según Sánchez (2011), para la clasificación de agresividad del medio ambiente:

4.3.1 Ambiente ligero o débil

Son ambientes secos donde la humedad relativa es menor al 60%, es decir ambiente

donde el concreto no estará expuesto a ciclos de humedecimiento y secado, congelación

y deshielo, o con presencia de sustancias agresivas para el concreto.

4.3.2 Ambiente moderado

Interior de edificaciones con ambientes húmedos y cambiantes (humedad relativa entre

60% y 98%) o con riesgo temporal de vapores de agua y condensación. Estructuras

expuestas a humedecimiento y secado, estructuras en contacto con agua dulce,

ambientes rurales lluviosos, etc.

4.3.3 Ambiente severo

Contempla ambientes húmedos con hielo de agua dulce y agentes de deshielo,

ambientes de deshielo o con macro clima industrial y con humedad relativa entre el 60%

y el 98%, ambientes urbanos con alta condensación de gases agresivos y estructuras en

contacto con suelos también agresivos.

4.3.4 Ambiente muy severo

Zonas de salpicaduras o sumergidas en agua de mar con una cara expuesta al aire;

elementos en aire saturados de sal, ambientes con agua de mar y hielo, exposición

directa a líquidos con pequeñas cantidades de ácidos, ambientes salinos o aguas

fuertemente oxigenadas, gases agresivos o suelos agresivos y ambientes industriales

muy agresivos.

4.4 Generalidades del concreto

El concreto está compuesto básicamente de cemento calcáreo, agregados, agua y

aditivos. Su principal componente es el cemento Portland el cual proviene de la

calcinación de rocas calizas y arcillas, el agua es quien se encarga de hidratar al cemento


10

Portland. Los agregados son materiales de forma granular los cuales son clasificados por

su tamaño nominal de acuerdo a las necesidades del concreto a diseñar, principalmente

provienen de las rocas. El concreto también contiene un pequeño porcentaje de aire (1%-

3% del volumen de la mezcla) el cual puede aumentarse con la ayuda de aditivos o

cementos inclusores de aire (1%-7% del volumen de la mezcla).

4.5 Fallas en estructuras de concreto

La patología ha sido tema de investigación por muchos en los últimos años, pese a ello

la normativa existente es pobre y (Sánchez, 2011) nos clasifica las fallas existentes en el

concreto de la siguiente manera:

4.5.1 Fallas en el diseño del proyecto

La planeación y el diseño de una estructura no sólo deben basarse en su función, sino

también en las condiciones ambientales y en la vida estimada de servicio. Para ello es

indispensable que como profesionales de diseño se aplique no sólo métodos de cálculo

desarrollados sino también considerar los aspectos de la tecnología en la Ingeniería de

Materiales.

Las fallas por concepción y diseño de una estructura pueden darse por muchas razones,

entre ellas:

Por ausencia de cálculos u omisión de la totalidad de cargas y condiciones de

servicio.

Por falta de diseño arquitectónico apropiado, en este aspecto el diseño estructural

debe de incluir los conceptos arquitectónicos y viceversa.

Por falta de drenajes apropiados en el proyecto. El desagüe sobre el concreto se

debe evitar, de la misma forma que el estancamiento de agua. Del mismo modo,

deben reducirse las salpicaduras y los ciclos de humedecimiento y secado.

Por no proyectar juntas de contracción, de dilatación o de construcción. El diseño

y construcción de estructuras de concreto implica la presencia de fisuras y grietas,

que deben ser controladas mediante la disposición del llamado “acero de

retracción y temperatura” y/o de juntas.


11

Por no calcular de manera apropiada todos los esfuerzos y/o confiarse en los

programas de computador.

Por no dimensionar apropiadamente los elementos estructurales y/o no disponer

adecuadamente del refuerzo.

Por imprecisiones en los métodos de cálculo o en las normas.

Por no especificar la resistencia y características apropiadas de los materiales que

se emplean (concretos y acero).

Por tolerar deformaciones excesivas en el cálculo.

Por falta de detalles constructivos en los planos.

4.5.2 Fallas por materiales

De acuerdo a (Sánchez, 2011) La selección de los materiales a utilizarse en un proyecto

debe estar basada en la calidad, la experiencia y la formulación. La dosificación juega un

papel importante en la mezcla de concreto y por tanto debe hacerse por peso, con

corrección de la humedad en los agregados y con ajuste al agua de mezclado por

absorción, los agregados a utilizarse deben tener granulometría continua y baja relación

de vacíos, de lo contrario las mezclas pueden presentar segregación. Dentro de las fallas

más comunes por agregados, se pueden distinguir las siguientes:

Por selección inapropiada y/o falta de control de calidad de los ingredientes de la

mezcla.

Por no diseñar y/o dosificar inadecuadamente la mezcla.

Por no respetar las tolerancias permisibles en el asentamiento de la mezcla.

Por utilizar agregados de tamaño equivocado.

Por utilizar exceso de aire incluido.

Por adicionar agua a pie de obra, sin control.

Por no disponer de un factor de seguridad apropiado en el diseño de la mezcla.

Por no usar la curva de relación agua/cemento de los materiales disponibles.

Por utilizar poco cemento (mezclas pobres y porosas), o por emplear exceso de

cemento (mezclas ricas con alta contracción y fisuración).


12

Por usar mezclas pastosas (con exceso de mortero) o con exceso de agregado

grueso. Este tipo de mezclas tienen alta tendencia a la segregación y a la

exudación.

Por retardos excesivos en el fraguado. El retraso de fraguado de un concreto,

puede dar como consecuencia la formación de fisuras por asentamiento y/o

contracción plástica; pero además puede afectar la adherencia mecánica entre el

acero de refuerzo y el mismo concreto.

Por la presencia del fenómeno de falso fraguado, que tiende a inducir un

incremento en el agua de mezclado con la consecuente alteración de la relación

agua/cemento.

Por fraguados acelerados que generan bajas resistencias mecánicas.

Por bajas resistencias en el concreto, lo cual conduce a fatigas prematuras o

detrimento de la durabilidad.

Por no hacer control de calidad al concreto, con lo cual se desconoce su capacidad

resistente y su comportamiento.

Por acero de refuerzo de calidad inapropiada o por insuficiencia en los anclajes

y/o longitudes de desarrollo. El acero principal longitudinal debe ser acero

corrugado y el acero liso solo es permitido en estribos, flejes y espirales.

4.5.3 Fallas por construcción

Los procesos constructivos deben reflejar lo más fielmente posible (dentro de las

tolerancias permisibles), los planos y las especificaciones dadas en las fases de

planeación y diseño del proyecto. Las fallas más comunes por aspectos constructivos se

dan por las siguientes causas:

Por no calcular y diseñar la formaleta.

Por defectos o deformación en la formaleta.

Por no respetar las tolerancias dimensionales permisibles en los elementos. Por

ejemplo, cambiar las dimensiones de los elementos, lo cual altera su geometría,

su inercia y de paso su comportamiento, porque se alteran su centro geométrico y

su centro de masa.


13

Por no inspeccionar la formaleta antes del vaciado, para verificar su integridad y

estabilidad.

Por no colocar apropiadamente ni asegurar el acero de refuerzo, permitiendo el

desplazamiento durante el vaciado.

Por no respetar la separación de barras y el recubrimiento de norma, mediante el

uso de separadores adecuados.

Por no inspeccionar el acero de refuerzo antes del vaciado, para verificar el

cumplimiento de los planos y especificaciones.

Por utilizar malos procedimientos de izaje y montaje de elementos prefabricados,

con lo cual se inducen deformaciones no previstas, impactos, u otras condiciones

que alteran sus propiedades.

Por inadecuada interpretación de los planos.

Por malas prácticas de manejo, colocación y compactación del concreto.

Por labores de descimbrado prematura o inapropiado.

Por indisposición de juntas apropiadas de contracción, expansión y/o construcción.

Por no adelantar procedimientos adecuados de protección y curado del concreto.

Por precargar la estructura antes de que el concreto tenga suficiente capacidad

resistente.

Por picar o abrir huecos en la estructura para soportar o conectar instalaciones

anexas a la estructura.

4.5.4 Fallas por operación de las estructuras

El comportamiento real de una estructura y su seguridad bajo las cargas y condiciones

previstas de servicio, se fundamentan en un buen diseño

4.6 Clasificación de las lesiones según su origen

Las lesiones según su origen se clasifican en químicas, físicas y biológicas. Según

(Sánchez, 2011) No obstante se centrará en las lesiones físicas, las cuales fueron las

identificadas en la investigación.


14

4.6.1 Lesiones químicas

Es el resultado de la exposición de los materiales a sustancias corrosivas que provienen

del exterior o del interior y que deterioran un determinado material. De manera más

general, puede entenderse como la tendencia que tienen los materiales a buscar su forma

más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una

reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en

alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de

las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren

corrosión mediante otros mecanismos.

4.6.1.1 Corrosión de la armadura en el concreto

Según Cerna & Galicia (2010), el concreto armado es un material que se deteriora

lentamente a través del tiempo, sin embargo cuando éste no se prepara correctamente

presenta ataques físicos o químicos, y daños como agrietamientos, desprendimientos u

otros tipos de daños que además de deteriorar al concreto pueden producir daños en el

acero de refuerzo existente. Una de las características más importantes que se debe

perseguir en el concreto es la resistencia a la acción del clima, a los ataques químicos, a

la abrasión o a cualquier otro proceso de deterioro.

La corrosión de la armadura en el concreto consiste en la oxidación destructiva del acero

por el medio que lo rodea. Así, la corrosión ocurre como resultado de la formación de una

celda electroquímica.

4.6.2 Lesiones físicas

Se consideran como lesiones físicas todas aquellas en las que la patología está basada

en hechos físicos tales como partículas contaminantes, heladas, condensaciones, etc.

Normalmente la causa origen del proceso será también física, y su evolución dependerá

de procesos físicos, sin que exista una variación química de los materiales afectados

(Sánchez, 2011).

https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_interna

https://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3n


15

4.6.2.1 Humedad

Es el resultado del aumento en la cantidad de agua que normalmente puede estar

presente en un material, por lo cual esto puede originar variaciones en las características

físicas de dicho material. (Sánchez, 2011), explica que se pueden distinguir cinco tipos

de humedad en dependencia de las causas que originan.

Humedad de Obra: Tiene su origen en el proceso constructivo, cuando se propicia una

incorrecta evaporación del agua.

Humedad Capilar: Se produce cuando el agua de suelo asciende a través de los

elementos verticales.

Humedad de Filtración: Es aquella que procede del exterior y que penetra en el interior

de una edificación, a través de boquetes, fachadas, cubiertas, etc.

Humedad de Condensación: Surge de la condensación del vapor de agua desde los

ambientes donde hay mayor presión del vapor, mejor dicho los interiores, hasta los

ambientes exteriores, en donde la presión es más baja.

Humedad Accidental: Nace del rompimiento de cañerías o ductos y su identificación es

muy fácil, ya que suele provocar focos puntuales de humedad.

4.6.2.2 Fisuras plásticas

Las fisuras plásticas y micro fisuras se caracterizan por fenómenos como el asentamiento

plástico y la contracción plástica. Se producen por cambios volumétricos en estado

plástico. Estos dos fenómenos a su vez, están íntimamente ligados a la cantidad de agua

de mezclado y a la exudación del concreto. Una vez que el concreto es colocado y

compactado los sólidos de la mezcla tienden a asentarse por efectos de gravedad,

desplazando los elementos menos densos como el agua y el aire atrapado, el

asentamiento continúa hasta que el concreto se endurece y cuando partículas se

interponen en el acomodamiento de la mezcla tales como agregados o el mismo refuerzo,

se crean las grietas como se puede observar en la figura 4.6.2.2-1, las fisuras D, E y F.


16

Figura 4 Esquema de los diferentes tipos de fisuras

4.6.2.3 Asentamiento plástico

Las grietas por asentamiento plástico o disminución de volumen del concreto se

desarrollan por la tendencia del concreto a seguir consolidándose y las restricciones que

ofrecen el acero de refuerzo y/o las formaletas, o por asentamientos desiguales debidos

a profundidades diferentes del concreto, el cual es colado monolíticamente.

Figura 5 Agrietamiento por asentamiento plástico


17

Después de la colocación, vibrado y acabado, el concreto tiene la tendencia a seguir

consolidándose. Durante este periodo, el concreto en estado plástico puede restringirse

localmente por el acero de refuerzo, un concreto colado anteriormente, o los encofrados.

Estas restricciones locales pueden resultar en vacíos bajo las barras de acero de refuerzo

y/o en grietas adjuntas a los elementos que restringen el movimiento.

Cuando se asocia con el acero de refuerzo, las grietas por asentamiento aumentan con

el incremento del tamaño de las barras, incremento del revenimiento, y disminución del

recubrimiento. Al realizar cambios a estos factores es posible reducir o evitar las grietas

por asentamiento plástico, las cuales generalmente aparecen ubicadas sobre el acero de

refuerzo o contiguo a los elementos que restringen el movimiento.

4.6.2.4 Contracción plástica

Las grietas por contracción plástica son grietas que aparecen en ocasiones, en la

superficie del concreto fresco, poco después de haber sido colocado y cercano al tiempo

en que se realiza el acabado. Estas grietas se desarrollan por la pérdida de agua por

evaporación de la superficie del concreto y generalmente se asocian con los colados en

climas cálidos; sin embargo, pueden ocurrir en cualquier ocasión en que las condiciones

ambientales produzcan una evaporación rápida del agua en la superficie del concreto.

Figura 6 Formación de grietas por contracción plástica


18

Las grietas por contracción plástica ocurren cuando el agua se evapora de la superficie

con mayor rapidez que con la que puede aparecer en la superficie durante el proceso de

sangrado. Lo anterior origina una rápida contracción por secado y el desarrollo de

esfuerzos de tensión en la capa superficial, que está restringida por el concreto interior

no contraído.

Figura 7 Concreto fisurado por contracción plástica.

4.6.2.5 Fisuras por heladas tempranas

Ocurre cuando el concreto se encuentra en proceso de fraguado y se presenta una

refrigeración significativa del ambiente, se puede detener el proceso de fraguado y a la

vez ocurrir el congelamiento del agua que se encuentra dentro del concreto y fracturarse.

4.6.2.6 Fisuras por cambios de humedad

Este tipo de fisuras se presentan solo en la pasta de cemento, rodeando el agregado,

provocadas por los ciclos de humedecimiento y secado.

Grietas capilares o cuarteaduras: Se deben principalmente a procedimientos incorrectos

de consolidación, acabado y curado. Aparecen sobre la superficie del concreto en

distribución hexagonal.

Contracción por secado: También conocida como retracción hidráulica, consiste en la

disminución de volumen del concreto endurecido cuando está expuesto al aire con

humedad no saturada. Es decir, debido a reacciones químicas y a la reducción de

humedad.


19

4.7 Intervención en las estructuras

Existen diferentes parámetros que definen el tipo de intervención a realizar, según (Broto,

2005):

4.7.1 Prevención

Para establecer medidas preventivas es indispensable realizar estudios de las patologías

presentes en la estructura, se consideraran las fallas en el diseño del proyecto.

4.7.2 Reparación

La reparación se refiere al proceso de reemplazar o corregir materiales, componentes o

elementos de una estructura, los cuales se encuentran deteriorados, dañados o

defectuosos, según (Sánchez, 2011).

Para comenzar el proceso de reparación se debe tener identificado el proceso patológico

que sufre la estructura (causa y evolución).

Si el proceso se ha identificado a tiempo, únicamente se aplicarán productos con la misión

de proteger, no obstante en ocasiones la reparación la demolición o sustitución parcial

del elemento que contiene la lesión. (Broto, 2005)

El proceso de reparación se compone dos fases:

Se actuará primero sobre la causa u origen del daño.

Una vez detectadas y solucionadas las causas, se procederá a la intervención de

lesiones.

Para identificar correctamente las causas, es necesario seguir un proceso ordenado y

progresivo a la hora de intervenir cualquier daño. Por esto el procedimiento cuenta con

tres etapas:

Tomar datos para conseguir definición física del elemento para evaluar el estado

actual de la unidad dañada.


20

La segunda etapa consiste en el reconocimiento de los daños existentes, la

ubicación, la forma, cuantificación, etc.

La tercera, consiste en proporcionar un diagnóstico y una propuesta de actuación,

mediante un análisis técnico de los datos obtenidos en la etapa anterior.

4.7.3 Restauración

La restauración según (Sánchez, 2011) es el proceso de restablecer los materiales, la

forma o la apariencia que tenía una estructura en una época determinada, teniendo en

cuenta que es necesario conservar las características arquitectónicas.

Para la conservación de estos aspectos se debe realizar un proyecto de restauración que

debe ir acompañado con un estudio exhaustivo del conjunto arquitectónico, teniendo en

cuenta siempre la obra original, así como también los posibles cambios o modificaciones

que conllevaría la intervención.

4.7.4 Rehabilitación

(Sánchez, 2011) Define como el proceso de reparar o modificar una estructura hasta

llevarla a una condición deseada (intervención de modificación).

Comprende una serie de posibles fases:

Un estudio patológico con diagnósticos parciales.

Un proyecto arquitectónico par nuevos usos

Reparaciones de diferentes unidades constructivas

Restauración de distintos objetos y elementos individuales

De acuerdo a (Broto, 2005) en la reparación, restauración y en la rehabilitación se debe

de trabajar con un anteproyecto de actuación en el que se debe realizar un estudio de

cada uno de los elementos de la intervención, incluyendo una investigación técnica e

histórica, un diagnóstico de causas y daños y por ultimo un proyecto de intervención

general.


21

5. GENERALIDADES DE LA ESTRUCTURA EN ESTUDIO

5.1 Configuración estructural

El Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. cuenta con una

cimentación aislada a través de 16 tipos de zapatas que se unen mediante una viga

asísmica y una losa de concreto no reforzada, lo cual se puede verificar en los planos de

fundaciones suministrados por la Universidad Centroamericana.

El sistema estructural es a base de muros de concreto reforzado los cuales se adaptaron

a la arquitectura del edificio, vigas de entrepiso y cerchas tridimensionales colocadas en

dos direcciones, que soportan el peso de la losa de entrepiso, de la misma manera se

colocaron en el segundo nivel como soporte a la losa de azotea. El edificio cuenta con

cerramiento de mampostería. En el Anexo B se pueden apreciar las secciones de los

elementos estructurales de la edificación.

c

Figura 8 Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J.


22

5.2 Desarrolladores del proyecto

La estructura en estudio tiene un área de construcción de 1,074.60 m2, se diseñó en

marzo del año 2010 según información de planos y de igual manera se actualizó en el

mes de febrero del 2011 por la firma ÁTICO S.A.

El diseño arquitectónico fue realizado por los Arquitectos Raúl Castro Gutiérrez, Arq.

Otoniel Norori Aburto y el Ingeniero Walter Gómez, este último fue quien realizó también

el diseño estructural, el diseño hidrosanitario fue desarrollado por el Ingeniero Marlon

Soto y el diseño eléctrico fue responsabilidad del Ingeniero Adán Lau.

6. REVISIÓN DEL PROYECTO ORIGINAL

La revisión del proyecto original tiene como fin conocer y/o verificar los aspectos o

consideraciones tomadas en el diseño y proceso de construcción de la obra en

comparación con el producto final que es el edificio como tal. En el Laboratorio de

Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S. J., se realizó una revisión a la

documentación obtenida:

Planos arquitectónicos y estructurales

Especificaciones de los materiales

Bitácora de obra.

Memoria de cálculo de la estructura

Proceso constructivo

6.1 Planos arquitectónicos y estructurales

Se obtuvo el juego de planos arquitectónicos y estructurales del proyecto Laboratorios de

Ingeniería, desarrollado por la firma ÁTICO S.A., dichos planos fueron proporcionados

por el dueño y a continuación se presenta el listado de aquellos que fueron revisados:

6.1.1 Planos arquitectónicos

A-1 Portada

A-2 Planta de conjunto niveles

A-3,4 Planta perfil calle 1,2,3,4


23

A-5,6 Plan maestro y señalización

A-7,9 Planta de conjunto y nivelación

A-10 Planta arquitectónica nivel I

A-11 Planta arquitectónica nivel II

A-12 Secciones A y B

A-13 Secciones C, D y E

A-14 Sección F

A-15 Elevación oeste y norte

A-16 Elevación este y sur

A-17 Planta arquitectónica de techos

A-18 Plantas ampliadas y elevaciones internas

A-19 Elevaciones internas y detalles

A-20 Detalles de escalera #1

A-21 Detalles de escaleras

Planta perfil calle 5

Planta topográfica

6.1.2 Planos estructurales

AsBuild Lam S-1 Planta estructural de fundaciones, cuadro de zapatas, columnas

y vigas, detalles

AsBuild Lam S-3 Planta estructural entrepiso

AsBuild Lam S-7 Elevación estructural

AsBuild Lam S-8 Elevación estructural

S-2 Detalles de muros estructurales

S-4 Planta estructural de techo, detalles

S-5 Detalles estructurales de unión cercha-muro

S-6 Detalles estructurales de escalera principal y escalera de servicio

6.2 Especificaciones de los materiales

A partir de los planos del proyecto y la memoria de cálculo se obtuvo la resistencia de

diseño de los elementos estructurales que componen el edificio.


24

6.2.1 Concreto

La resistencia a la compresión (f´c) de diseño de los elementos de concreto se detalla en

la Tabla 6.2.

Tabla 1 Resistencias de diseño de los elementos de concreto

Resistencia a la compresión del concreto (f’c)

Zapatas, columnas, muros, vigas 3400 Psi

Losa de entrepiso 3000 Psi

Losa de azotea 5000 Psi

6.2.2 Acero de refuerzo y acero estructural

El acero de refuerzo según especificación de diseño es Grado 40, según la norma ASTM

A-615 con un esfuerzo último de fluencia, fy= 40,000 Psi.

El acero estructural es del tipo A-36 de acuerdo a la norma ASTM A6, ASTM A36.

6.2.3 Soldadura

Los electrodos para la colocación de soldaduras son del tipo E-60 y E-70, según la norma

AWS.

6.3 Bitácoras de obra

Como parte de la revisión de la documentación del proyecto, se tuvo acceso a cinco

bitácoras de obra, cada una consta de 50 hojas en las cuales se llevó registro de la

comunicación entre la supervisión y el contratista. Mediante la revisión de bitácoras se

pudo obtener importante información acerca del proceso constructivo, la cronología de

actividades que fueron llevadas a cabo en el tiempo de ejecución de la obra civil. De igual


25

manera es un soporte legal para cada una de las partes en caso de cualquier

inconveniente

6.4 Memoria de cálculo estructural

Se tuvo acceso a la memoria cálculos estructurales, de la cual se revisaron las

consideraciones de diseño, las condiciones de carga a las que estaría expuesto la

estructura. A continuación se detallarán dichas condiciones:

Diseño de losa de entrepiso:

Carga muerta 80lb/pie2

Carga viva 50 lb/pie2

t=5 in

Diseño de losa de techo:



t=5 in

Diseño de la cercha metálica utilizado en el sistema de entrepiso:



t=5 in

6.5 Información del proceso constructivo

Se tuvo acceso a fotografías que registran la construcción de la edificación, evidenciando

así las malas prácticas ingenieriles que se dieron durante la concepción.

7. INSPECCIÓN VISUAL Y LEVANTAMIENTO DE DAÑOS

Se observó las condiciones de las instalaciones para poder identificar los daños

presentes en la estructura y de este modo clasificar las afectaciones de acuerdo al tipo

de daño. A continuación se detallará el tipo de lesión observada con la respectiva

ubicación.


26

7.1 Lesiones orgánicas

Se identificó la presencia de plaga de isópteros en distintas áreas del edificio. Estos

insectos, mejor conocidos como comején o termitas aprovechan la celulosa presente en

la madera o sus derivados. Para llegar a la madera pueden atravesar incluso el hormigón,

aprovechando las juntas o desgranando el material.

Figura 9 Lesiones orgánicas en el laboratorio de suelos

7.2 Lesiones físicas

7.2.1 Daños por humedad

Se logró observar humedad en el cielo falso de gypsum en distintas áreas del edificio,

todas cercanas a los ductos de ventilación. Como por ejemplo en el aula de hidráulica,

en donde se observó que existe una rotura en el ducto de aire acondicionado.

Daño por plaga de

termitas en laboratorio de suelos

Daño por plaga de

termitas en aula de

laboratorio de suelos

Daño por plaga de

termitas en laboratorio de suelos


27

Figura 10 Presencia de humedad en paredes y cielo falso

Humedad en cielo falso en baño de varones

Humedaden cielo falso en baño de mujeres

Presencia de humedad en cielo falso de casilleros (1er

Nivel)

Humedad en losa de techo aula

de hidráulica

Humedad en cielo falso en aula de

hidráulica

Filtración de humedad en aula de laboratorio de suelos

Daño en ductos de aire

acondicionado en área de hidráulica


28

7.2.2 Fisuras en losa de piso

El piso del primer nivel del edificio es formado por una losa de concreto de 15 cm de

espesor con refuerzo #3 @ 0.25 m sobre un cascote de 1700 PSI, de 8 cm de espesor

que a su vez descansa sobre una capa de 30 cm de material selecto. La losa de piso

posee juntas en cada cuadrante formado por los ejes estructurales, generalmente en

dimensiones de 3 m x 3 m. Se verificó que cumple con la separación máxima de 20 veces

el espesor de losa.

Figura 11 Detalle típico losa de piso

A pocos meses de inaugurado el edificio surgió la aparición de grietas en la losa de piso

en todos y cada uno de los ambientes. Al ser observada la fracturación en la losa se

puede diferenciar un patrón similar, y es la ruptura en cuadrantes más pequeños como

se puede observar en las figuras siguientes:

Figura 12 Daños en la losa de piso

Daños en losa de piso en área de

lobby


lobby


29

Las juntas en el concreto se crean como una manera de inducir una falla controlada y

diseñada ante cualquier movimiento del concreto que pueda provocar una fractura en el

mismo. Cuando no se induce dicha falla, o las separaciones son muy grandes en

comparación con la rigidez del elemento, entonces se pueden producir fracturas y es el

caso de este edificio.

Figura 13 Fisuras cercanas a las juntas de la losa de piso

La distancia de separación entre cada junta es significativo en comparación con la rigidez

del elemento, esto sumado a la unión entre la losa de piso y los muros hace que el

desplazamiento que sufren los elementos verticales sea transmitido a la losa de piso y

de esta manera se fractura.

7.2.3 Grietas extendidas desde el piso hasta los muros

Muchas de las grietas extendidas en la losa de piso fueron transmitidas a las paredes o

muros del edificio, en la Figura 14 se aprecia el detalle de la junta entre la losa y el muro

o pared existente, lo cual se hace introduciendo Bake Rod (material a base de polietileno)

Daños en losa de piso en entrada principal


lobby

Daños en losa de piso en aula de estructuras


30

en todas las juntas y sellando con epóxico Sikaflex. Esto se hace con el fin de aislar la

losa de las paredes y en caso de estar expuesto a solicitaciones de cargas dinámicas

ambos elementos se desplacen independiente el uno del otro y evitar la transferencia de

cargas, por ende el agrietamiento.

Figura 14 Detalle típico de junta entre losa y pared.

Figura 15 Grietas de piso extendidas en los elementos verticales

Grietas de piso a muro

en vestíbulo

Grietas de piso a muro en columna

M-3 en vestíbulo

Grietas de piso a muro en muro M-

8


31

En la figura 15 se observan grietas en las juntas simuladas, las cuales ascienden a las

columnas de muros o a paredes de mampostería adyacentes. Se logró apreciar que en

las uniones entre losa de piso y muros no se respetó la junta indicada en los planos

estructurales y lo verifica el agrietamiento alineado de un elemento a otro.

7.2.4 Grietas en boquetes de ventanas

En la gran mayoría de jambas de ventanas y esquinas se encontraron grietas. Las grietas

más comunes que se observaron fueron las de las esquinas a 45 grados, en algunos

casos prolongándose hasta los muros adyacentes.

El control de este agrietamiento se realiza con la colocación de acero diagonal en las

esquinas de boquetes de puertas y ventanas, el cual absorbe las tensiones que se

generan en esos puntos, de no colocarse las tensiones son sufridas por el concreto el

cual no posee resistencia a grandes esfuerzos por tensión.

Figura 16 Grietas presentes en boquetes de ventana

En los planos estructurales no se observa la indicación de colocar este refuerzo

(diagonal), por tanto se puede inferir que no fue tomado en cuenta y es esta la causa del

agrietamiento en esa zona del 95% de los boquetes del edificio.

Grietas reparadas en boquetes de ventanas 2do

Nivel

Grietasreparadas en boquetes de ventana 1er

Nivel


32

Figura 17 Grietas en sillar de ventanas

Las grietas en la banquina de las ventanas se dan con mucha frecuencia y en su mayoría

son provocadas por contracción térmica del hormigón o por la exposición a cambios de

temperatura que tiene esta parte de la obra. Esta zona se encuentra expuesta a los

constantes rayos solares, en Managua las temperaturas de verano rondan los 35 grados

Centígrados en el día y usualmente 10 grados por debajo de esta temperatura en las

noches, las altas temperaturas pueden provocar gran pérdida de humedad en el

hormigón y como consecuencia la aparición de grietas por contracción o retracción

plástica del concreto.

7.2.5 Fisuras en vigas

Las vigas en el edificio presentan fisuras que a simple vista no aparentan ser un daño

estructural (fisuras superficiales), el patrón de formación de estas fisuras coinciden en la

planta inferior de la vigas analizadas, no obstantes, algunas de estas se prolongan en

las caras posteriores del elemento.

Grietas en sillar de

ventanas 2do Nivel

Grietas en sillar de

ventanas 2do Nivel


33

Figura 18 Fisuras presentes en las vigas de forma transversal

Figura 19 Daños presentes en la escalera principal

Fisura en viga en

laboratorio de hidráulica

Fisura en vigas de

vestíbulo de suelos

Fisura en viga aérea de lobby

Fisura en vigas de

vestíbulo de suelos

Fisura en viga V-8

de escalera principal

Ampliada en fisura

de viga V-8 escalera principal

Grieta en contrahuell

a de escalera principal

Grieta en contrahuell

a de escalera principal


34

7.2.6 Fisuras en muros y columnas

Se logró apreciar fisuras transversales en las secciones de muros y columnas, estas

grietas se producen aproximadamente a la altura de 1.20 m en adelante.

Figura 20 Fisuras horizontales en muros y columnas

En gran cantidad de los elementos verticales revisados se logró apreciar la presencia de

este patrón de grieta, la cual se produce de columna a columna, en el borde de los

elementos afectados, es decir a lo largo de su sección transversal.

Figura 21 Mal adherencia entre el repello y el concreto en los muros

Fisuras transversales en

muros

Fisura horizontal en columna C-2

Separación entre el repello y

concreto en muro M-3

Fisura vertical en columna

C-2


35

Se logró apreciar la mala adherencia entre el repello y columnas o muros, así como el

caso de la figura 7.2.6-2 la cual presenta una grieta de separación del repello en todo el

elemento, se puede decir que es de repello porque la distancia del borde del elemento es

de 3 cm la cual según planos es el recubrimiento de los muros.

Figura 22 Daños en las mesas de trabajo del laboratorio de tiempos y medidas

En cada laboratorio específico del edificio se cuenta con mesas de trabajo de concreto

para facilitar las actividades y mantener la ergonomía del estudiantado, estas mesas

presentan fracturas de más de 1 mm de ancho en las esquinas y otros puntos ya que

fueron coladas en unión con los muros (lo apropiado es crear una junta), y al ocurrir

cualquier movimiento en muros y columnas son transferidos a este elemento cuyo fin no

es ser parte del sistema resistente de la estructura, y por tanto se causa la fractura de

estas mesas.

Una de las grietas con mayor longitud encontradas fue en el área de casilleros del

laboratorio de Suelos y Materiales, dicha grieta posee una longitud de aproximadamente

dos metros y a la vista coincide con una grieta en la losa de piso. Por la unión en estos

elementos se supone que se transfirió a la pared de mampostería.

Mesa de concreto

fracturada por

movimiento de

columnas

Mesa de concreto

fracturada por

movimiento de

columnas


36

Figura 23 Fractura en losa de piso y transmitido en la pared

7.2.7 Desprendimiento de repello en losas de equipo

El Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente cuenta con variedad de

equipos que permiten el desarrollo de ensayos en las ramas de ingeniería civil. El peso

de algunos equipos podría causar daños en la losa de piso por tanto se previó el diseño

de losas de fundación especiales según la solicitación de carga de los equipos en

cuestión. En la figura 24 se puede apreciar el detalle de las losas para el Péndulo de

Resiliencia con un espesor de 30 cm y para la Máquina Universal de ensayos con 75 cm

de espesor de losa.

Figura 24 Losa de fundación para péndulo de resiliencia Hoyton.

Fractura en losa de piso transmitida a

pared

Fisura en pared de casilleros


37

Figura 25 Desprendimiento de repello en la losa del péndulo de resiliencia Hoyton

En el área de estructuras se observó el daño en la losa del Péndulo de Resiliencia, el

daño a como se aprecia en las figuras anteriores ocurre en la zona del repello, esto deja

a entrever la poca calidad del repello usado y la falta de organización para su aplicación,

dado que es un equipo que se utiliza con muy poca frecuencia no se puede decir que ha

sido dañado por los usuarios del edificio.

Figura 26 Fundación para Maquina Universal de Ensayos Hoyton.

Daños en losa de péndulo de

resiliencia Hoyton

Desprendimiento de repello en péndulo de

resiliencia Hoyton

Desprendimiento de repello péndulo de resiliencia Hoyton


38

Figura 27 Desprendimiento del repello en la losa de la Máquina Universal

La losa de la Máquina Universal de ensayos, presenta también desprendimiento del

repello. Por estar tratando con un edificio relativamente nuevo son defectos que de ser

previstos y haber seguido un procedimiento correcto y considerar la calidad del material

utilizado, se pudieron evitar.

7.2.8 Daños en elementos no estructurales

En el baño de varones se observó el desprendimiento de varias piezas de azulejo, el cual

pese a ser un elemento decorativo no debería soplarse ni desprenderse. También se

presentan desprendimientos de mortero en las jambas de puertas de ambos baños.

Figura 28 Daños en enchapes cerámicos y jambas de baños.

Daños en losa de Máquina Universal de

ensayos Hoyton

Desprendimiento de piezas

cerámicas en baño de varones

Desprendimiento de repello en

jambas de puerta baño de varones


39

8. AUSCULTACIÓN DE LA ESTRUCTURA

Para poder emitir un diagnóstico confiable en el estudio fue necesario respaldar la

información obtenida de las investigaciones preliminares y del levantamiento de daños

mediante mediciones de las propiedades físicas de los materiales y de las condiciones

en las que se encuentran los elementos estructurales.

Las mediciones realizadas se hicieron a través de pruebas no destructivas (PND)

utilizando dos instrumentos:

Martillo suizo o esclerómetro (Anexo C, Figura 47).

Pulso ultrasónico (Pundit Lab) (Anexo C, Figura 47).

8.1 Determinación de la resistencia del concreto utilizando el esclerómetro

El ensayo se realizó de acuerdo a las consideraciones estipuladas en la norma ASTM C-

805, este permitió conocer la uniformidad entre los diferentes puntos de un mismo

elemento, además se pudo estimar la resistencia a compresión del concreto basado en

las curvas de calibración del equipo (Ver Anexo C, Figura 49).

La prueba fue realizada en 12 puntos en cada elemento estructural vertical en los dos

niveles del edificio, además se realizó la medición en los elementos de entrepiso (vigas

y losa de concreto), de modo que se pretende tener un dato con un margen de precisión

bajo para buscar como compensar la limitada precisión que tiene el ensayo. En el (Anexo

C, Figura 48) se evidencia mediante fotografías el ensayo.

8.2 Medición de profundidad de grietas mediante ensayo de pulso ultrasónico

En el marco del estudio patológico en el Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López

de la Fuente, S. J., se realizó el ensayo de velocidad de pulso ultrasónico con el equipo

Pundit Lab a fin de determinar la profundidad de las grietas previamente observadas en

la fase de auscultación. Se escogió una muestra por la gran cantidad de fallas que posee

el edificio, en la cual se midieron las grietas críticas. En el (Anexo C, Figura 504) se

evidencia algunas de las grietas a las cuales se le realizó el ensayo.


40

En el Anexo (Anexo C, Figura 51) se muestra la ubicación en planta del edificio de los

puntos donde se realizó cada una de las mediciones de profundidad de grieta. Se observó

que las grietas en su mayoría siguen un patrón por elemento, a como se detallará más

adelante en la presentación del catálogo de grietas.

9. ANÁLISIS ESTRUCTURAL

Para el análisis del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J., se aplicaron las normas

mínimas de diseño sismo resistente que dicta el Reglamento Nacional de la Construcción

(RNC-07), de esta manera poder clasificar la estructura y de acuerdo a las características

de su ubicación obtener un modelo de envolvente representativo para el modelamiento

en el programa SAP2000.

9.1 Coeficiente de diseño sismo resistente

9.1.1 Clasificación de Grupo de la estructura (Art. 20, RNC-07)

El Laboratorio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. puede considerarse, según el Art.

20 del Reglamento Nacional de la Construcción como una estructura del Grupo B que

son aquellas en las que el grado de seguridad requerido es intermedio y cuya falla parcial

o total causaría pérdidas de magnitud intermedia.

9.1.2 Factor por reducción por ductilidad (Art. 21, RNC-07)

Se considera un Q=3 según el inciso b) del artículo 21, que propone este valor cuando la

resistencia en todos los entrepisos es suministrada por columnas de acero o de concreto

reforzado con losas planas, o por marcos rígidos de acero, o por marcos de concreto

reforzado o por muros de concreto o de placa de acero o compuestos de los dos

materiales.

En este caso la resistencia del edificio es suministrada por la presencia de columnas y

muros de concreto reforzado, se considera que estos elementos son capaces de resistir

más del 80% de las fuerzas laterales totales sin la contribución de los muros de

mampostería.


41

9.1.3 Factor de reducción por sobre resistencia (Art. 22, RNC-07)

La reducción por sobre resistencia está dada por el factor Ω=2.

9.1.4 Condiciones de regularidad (Art. 23, RNC-07)

De acuerdo al Arto. 23 se debe hacer una revisión del cumplimento de las condiciones

de regularidad y luego determinar la corrección por irregularidad Q´ por medio del inciso

d) de dicho artículo. En el Anexo D se detallan las condiciones de regularidad del edificio

El edificio cumple con las condiciones de regularidad según el Reglamento Nacional de

la Construcción por tanto el factor de reducción por ductilidad, Q = 3, no debe corregirse

por irregularidades.

Figura 29 Eje de simetría en planta de edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S. J.

9.1.5 Coeficientes de diseño sismo resistente (Art. 24)

El coeficiente sísmico c, según el RNC-07 es la relación entre la fuerza cortante horizontal

que actúa en la base de la edificación por efecto del sismo V0, entre el peso de la

edificación sobre dicho nivel W0.


42

Para la realización del análisis estructural del edificio se obtuvo el c=0.209, sin embargo

el coeficiente sísmico c para el diseño debe de ser menor que S* a0, por tanto es este

último el que se utilizará, el coeficiente c=S*a0= 0.45. En el Anexo D se describe el

cálculo realizado para el coeficiente de diseño sismo resistente.

9.2 Estimación de carga

9.2.1 Cargas vivas

Las cargas vivas que pueden actuar en el edificio se estimaron de acuerdo al Reglamento

Nacional en su Artículo 11 mediante la “Tabla 12. Cargas vivas unitarias mínimas (kg/m2)”

(Ver Anexo E), la cual propone las cargas vivas mínimas para las estructuras según el

destino de la misma. En el caso de laboratorios, la carga viva (CV) mínima es de 250

kg/m2, con una carga viva reducida o incidental (CVR) de 125 kg/m2.

9.2.2 Cargas muertas

Se calculó las cargas muertas extras del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S. J.,

ya que el peso propio de la estructura es considerado por el programa con las

dimensiones de las secciones y las características de los materiales introducidas en él.

Las cargas muertas extras que se tomaron en cuenta para el análisis computacional del

edificio son las siguientes:

Figura 30 Cargas muertas adicionales en el edificio

9.3 Espectro para análisis dinámico

Las construcciones no pueden diseñarse para resistir un terremoto en particular en una

zona dada, puesto que el próximo terremoto probablemente presentará características

diferentes. Por lo tanto, los espectros de respuesta elástica o inelástica, no pueden


43

utilizarse para el diseño sismo resistente. Por esta razón, el diseño o verificación de las

construcciones sismo resistentes se realiza a partir de espectros que son suavizados (no

tienen variaciones bruscas) y que consideran el efecto de varios terremotos, es decir que

representan una envolvente de los espectros de respuesta de los terremotos típicos de

una zona.

Los espectros de diseño se obtienen generalmente mediante procedimientos

estadísticos, cuya descripción detallada escapa al alcance de este trabajo. Se utilizó el

siguiente espectro reducido para la modelación del edificio en el programa SAP2000.

Figura 31 Espectro de diseño utilizado en el análisis sísmico del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S. J.

9.4 Modelación computacional utilizando SAP2000 v18.2.0

Dentro de los objetivos del presente trabajo investigativo está el conocer el estado de

resistencia actual de la estructura del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S. J., para

ello se utilizó el software SAP2000 al cual se introdujo el modelo del edificio, con las

características de los materiales. Primeramente se realizó un análisis a los elementos

con la resistencia de diseño de los elementos estructurales y posteriormente se

introdujeron los valores de resistencia del concreto actual, los cuales se obtuvieron

mediante el ensayo de martillo suizo y el ensayo de pulso ultrasónico.


44

Figura 32 Modelo del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J., en el software de análisis SAP2000

Para lograr un modelo representativo del edificio se introdujeron materiales y

dimensiones de cada uno de los elementos estructurales de acuerdo a los planos. Se

calculó e introdujo las cargas a las que se encuentra sometido, de la misma manera se

tomó en cuenta un espectro de diseño sísmico reducido y todas las combinaciones de

carga por método de resistencia última y por método elástico, según dicta el Reglamento

Nacional de la Construcción (RNC-07).

Definidas todas las condiciones de carga del edificio, se procedió a correr el programa y

a continuación realizar el análisis de los resultados

10. RESULTADOS

10.1 Revisión de documentación del proyecto

10.1.1 Bitácoras de obra

Se revisaron cinco bitácoras del proyecto denominado por los desarrolladores como

“Laboratorios Ingeniería UCA”, en ellas se identifican algunas de las situaciones que

repercutieron en los daños presentes en la estructura a tan temprana de edad.

A continuación se presenta una recopilación de algunas hojas de bitácoras donde se

detallan aspectos de interés en la construcción.


45

Tabla 2 Evidencias de las anomalías presentes en las bitácoras

Descripción Hoja de bitácora

En la hoja 15 de la primera bitácora

la supervisión comunica algunas

recomendaciones al contratista

como el cuidado de las terrazas, la

protección del personal y la

utilización de material adecuado

para el desarrollo de labores de

excavación.

En la hoja 17 de la primera bitácora

la supervisión ordena al contratista

retirar toda la capa de arena debajo

del nivel del mejoramiento para los

cimientos.


46

Tabla 2 Evidencias de las anomalías presentes en las bitácoras (continuación)

En la hoja 26 la supervisión pide al

contratista hacer un mayor

esfuerzo para mantener la

escuadra, líneas y plomadas en el

armado del refuerzo de los

cimientos. De igual forma recuerda

el cuidado sobre la higiene y

protección de los trabajadores, el

uso de los equipos necesario y el

respeto de las distancias de

recubrimiento mínimo de 3” en

estos elementos.

En la bitácora 38 la supervisión

recuerda y solicita al contratista

cumplir con las especificaciones

técnicas respecto a la mezcla y

procedimiento de colocación del

concreto


47


En la hoja 21 de la bitácora 2, la

supervisión solicita al contratista

eliminar impurezas y

contaminantes presentes en la

arena y grava a utilizar en la

fabricación del concreto.

En la hoja 23 de la bitácora 2 la

supervisión solicita la demolición

de dos muros por el uso de arena

contaminada en el concreto

utilizado. De la misma manera

anticipa el rechazo de cualquier

elemento construido con mezclas

de concreto utilizando la misma

arena.


48


Ante la solicitud de aprobación de

llena de concreto del contratista, en

la hoja 28 de la bitácora 2, la

supervisión mandata la correcta

colocación de las formaletas para

garantizar la verticalidad y recordar

el correcto curado del concreto


49


La supervisión solicita no dejar

inconclusos muros colados para

hacer el receso de los trabajadores

dado que esto genera juntas frías,

la supervisión señala que “no se

permitirán más juntas frías que las

obligadas”, esto deja a entrever la

falta de fuerza en las labores de

supervisión y falta de orden como

constructor. Factores que son

comprometedores para la

resistencia y vida útil de la

estructura.

Se indica el procedimiento de

piqueteo y relleno con epóxico

Sikadur 32 para reparar el

problema de segregación en todos

los elementos estructurales, ya que

según lo escrito es un problema

recurrente.


50


En la hoja 7 de la bitácora 3,

Supervisión afirma el alabeo en los

muros desencofrados por el

contratista, se le solicita a este

último el cuidado con el plomo y el

control de calidad del concreto para

evitar la segregación presente en

los elementos.

Se deja ver la falta de rigor de la

supervisión tratando de corregir el

problema de la segregación del

concreto y a la vez tomando

decisiones fuera de lugar, a cómo

puede leerse en esta hoja “curar el

concreto con el recubrimiento de

yute”, puesto que es mínima la

humedad que puede recibir el

concreto al estar en contacto con

tela.


51


Para corregir la cantidad de errores

constructivos, se utilizó repello.

Prueba de ello en esta hoja la

supervisión declara que se han

encontrado espesores de repello

de hasta 6 cm cuando en planos el

repello va de 3 a 4 cm en

dependencia del elemento.

Un dato importante de resaltar son

los cambios en el diseño que

fueron aprobados por el Ing.

Rodríguez (supervisor), acto que

compete al diseñador estructural y

no al supervisor. En esta hoja se

confirma el cambio de resistencia

para las vigas V-1 de 3500 PSI (de

diseño) a 5000 PSI (mandato de

supervisión). Uno de los criterios

para diseño estructural es el de

hacer columna fuerte y viga débil,

en el caso de la construcción de

este edificio el concepto fue hacer

viga fuerte y columna débil lo cual

no puede decidirse en campo y

además puede comprometer el

comportamiento y la vida útil de

diseño de la estructura.


52


La supervisión solicita la calidad de

las obras por el motivo del

desplome en paredes y las fallas en

el repello como el desprendimiento

del mismo.

Se realizaron cambios en el diseño estructural no autorizados por el diseñador, avalados

por el supervisor de obra, estos fueron realizados por comodidad en el proceso

constructivo.

La falta de supervisión en el proceso constructivo repercutió en gran magnitud en la

calidad de la obra, ya que se presentaron situaciones en donde se necesitaba una acción

inmediata, lo que no se obtuvo por parte del encargado.

Se evidenció las patologías congénitas presentes en la estructura, las cuales van desde

modificaciones de materiales, modificaciones en el diseño, malas prácticas constructivas.

10.1.2 Proceso constructivo

Acerca del proceso constructivo del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la

Fuente S.J., se registraron fotografías por parte del dueño, a continuación se presentará

una tabla con la descripción e imagen de procedimientos constructivos erróneos que

pudieron incidir en los daños que el edificio sufre hoy día.


53

Figura 33 Segregación del agregado en los muros

La falta de vibración de la mezcla a la hora de encofrar produce una mezcla no uniforme

facilitando la entrada de agua en los poros, aumentando las posibilidades de padecer

lesiones por humedad.

La segregación del agregado limita la adherencia del concreto y del acero produciendo

así resistencias heterogéneas dentro del mismo elemento, esto se confirma con el amplio

margen de valores obtenidos en el ensayo del martillo suizo. Además la mala distribución

de la mezcla incide en las deformaciones del concreto y es determinante en la formación

de grietas.

Bolsas de cemento como

parte de los elementos

estructurales

Ampliación de imagen, bolsas

de cemento como separación entre una colada

y otra

Segregación del agregado

en muros

Segregación de agregados

en muros


54

Figura 34 Exposición del refuerzo longitudinal

El insuficiente recubrimiento de los elementos, provoca la exposición del acero a las

acciones agresivas del medio ambiente. La separación del acero transversal origina el

pandeo del acero longitudinal disminuyendo así, la resistencia a cortante y a momentos

torsionantes.

El mal anclaje en los nodos de los elementos produce fisuras verticales en la parte

superior de las vigas y en las uniones con los muros.

El curado que se dio al concreto produce fisuras por retracción, estas forman telarañas

unas con otras. Uno de los casos observados fue en el laboratorio de estructuras. Un

inadecuado proceso de curado influye en la resistencia alcanzada del concreto.

A continuación se muestra evidencias de los problemas mencionados anteriormente.

Exposición del refuerzo longitudinal en muro.

Exposición del refuerzo

longitudinal en muro.

Reparación de daños en

construcción de muros

Reparación de muros en proceso

constructivo


55

Figura 35 Evidencias de las prácticas constructivas

10.2 Pruebas no destructivas

10.2.1 Resultados ensayo con esclerómetro

La resistencia a compresión de los elementos varía considerablemente, teniendo en

cuenta la segregación, desprendimiento de repello y falta de uniformidad del concreto

evidenciado en el proceso constructivo. Las resistencias en los muros y columnas varían

en un rango de 1700 psi a 2100psi.

Los elementos estructurales que se constató tienen mayor uniformidad son la losa de

piso seguida de la losa de techo y la de entrepiso. Para tener una mejor apreciación de

los datos ver (Tablas 16. hasta Tabla 24 del Anexo F).

A continuación se resumen los resultados obtenidos mediante el ensayo:

Presencia de ratoneras,

juntas frías en elementos verticales

Mal empalme en nodos de elementos

estructurales

Curado del concreto con

yute

Curado del concreto con

yute


56

Tabla 3 Resistencias promedios de los elementos estructurales

Resultados obtenidos

Columnas Fc

promedio (kg/cm2)

Ec Promedio (Kg/cm2)

Variación de Ec (%)

ɣactual (Kg/cm3)

CE-1 148 183647 7.4% 2398

CE-2 134 174683 12% 2397

CI-1 141 179221 6% 2399

CI-2 135 175828 8% 2398

Muros Fc

promedio (kg/cm2)



ɣactual (Kg/cm3)

M-1 136 176462 14% 2397

M-2 121 166243 13% 2397

Vigas Fc

promedio (kg/cm2)



ɣactual (Kg/cm3)

VE 148 183647 7% 2398

VT 276 250909 3% 2399

Losa Fc

promedio (kg/cm2)



ɣactual (Kg/cm3)

LP 411 306253 2% 2400

LE 283 254089 8% 2398

LT 380 294490 3% 2399.38

10.2.2 Resultados de la profundidad de grietas mediante el pulso ultrasónico.

Se consideran fallas por repello aquellas grietas que no excedan de 0.03 m o 0.04 m de

profundidad, dado que estos valores son los dados como recubrimiento en los elementos

estructurales en estudio. Las grietas que excedan estos valores son de profundidad

considerable dado que es un daño en el concreto.

La grieta de escalera medida en la V-8, nombrada como ítem 1, presenta una profundidad

máxima de 0.184 m cuando el ancho del elemento es de 0.25 m, se constató que la grieta

ocupa el 74% del espesor de la sección.


57

Según el ensayo de pulso ultrasónico esta grieta tiene una profundidad mínima de 0.043

m hasta 0.21 m, pertenece a un muro de tipo M-8 (Ver sección en Anexo B).

Otras de las fisuras considerables de acuerdo a los resultados es la de la viga de escalera

(Eje 6B-C), La cual tiene 0.184m.

10.3 Resultados del análisis estructural asistido por SAP 2000

El análisis computacional del edificio fue realizador por medio del programa SAP2000

siguiendo la metodología descrita anteriormente, a continuación se presentan los

resultados obtenidos y su interpretación:

Figura 36 Chequeo de resistencia de los elementos frontales

Se realizó el chequeo de la estructura en el programa SAP2000, el cual determina el

porcentaje de trabajo de cada elemento. En la figura 36 se puede observar que la mayoría

de los elementos del edificio (presentados en color cyan) estando sometidos a las cargas

actuantes (cargas vivas, cargas extras, Peso propio) trabajan a menos del 50% de su

capacidad de resistencia. Este resultado confirma la hipótesis de que el edificio fue

modificado en campo (según bitácoras) pasando de un sistema de vigas y columnas de

concreto con cerramiento de mampostería (como figura en los planos arquitectónicos) a

uno de muros adaptados a la arquitectura del edificio con vigas de confinamiento, sistema

que fue avalado por la supervisión.


58

Figura 37 Chequeo de resistencia de los elementos en la parte trasera

La parte trasera del edificio muestra sobrediseño en los elementos verticales y

horizontales, la escala de color en cyan indica que el elemento está trabajando al 50% o

menos de su capacidad. En esta parte del edificio existe una mayor cantidad de muros

proporcionando un mayor porcentaje de rigidez.

10.3.1 Periodo de vibración de la estructura

Figura 38 Periodo fundamental de vibración de la estructura

Se realizó un análisis modal en el programa SAP2000, del cual se obtuvo el periodo de

vibración fundamental de la estructura. Este período se da por la sumatoria de las

participaciones de masas en cada nivel. Se dice que el periodo fundamental de la


59

estructura es aquel donde participa igual o más del 90% de las masas en cada dirección.

Para la dirección Y, el período fundamental se presenta en el modo 11 con un valor de

0.046 segundos y para la dirección X el período fundamental se da en el modo 12 con un

valor de 0.042 segundos. Estos valores nos confirman la rigidez de la estructura por ser

relativamente bajos en comparación con los valores aproximados en edificios de dos

niveles.

10.3.2 Esfuerzos Von Mises

Para verificar los esfuerzos que provocan agrietamiento en el concreto. Se obtuvieron del

programa los esfuerzos de Von Mises, cuando el esfuerzo actuante en el concreto

sobrepasa el 50% de su resistencia a la fluencia según esta teoría se dice que se produce

la falla por corte o agrietamiento.

Figura 39 Esfuerzos de Von Mises

En la figura 39 se muestra como en uno de los muros el esfuerzo sobrepasa el 50% de

la resistencia a la fluencia de estos elementos, que es de 240 kg/cm2. Se verifica que

estos esfuerzos están provocando corte en el elemento.


60

Figura 40. Esfuerzos de Von Mises en muros

La figura 40 es otro ejemplo de cómo se excede el 50% de la resistencia a la fluencia del

concreto y se provoca fallas por corte en el elemento, soportado por la inspección visual

y el catálogo de daños.

11. PROPUESTA DE INTERVENCIÓN EN VIGAS DE ENTREPISO UTILIZANDO

FRP

El diseño de reforzamiento utilizando láminas poliméricas reforzadas con fibra de carbono

se encuentra normado por la Asociación Americana del concreto mediante la norma ACI

440.2R-08 tomando como referencia el Capítulo 10 y 11 Resistencia a esfuerzos

flexionantes y cortantes respectivamente; además es necesario tomar en cuenta las

consideraciones de diseño del Capítulo 10 y 11 de la norma ACI 318 S-11 para las

condiciones existentes del concreto y el acero. A continuación se detallarán los pasos y

datos preliminares a tomar en cuenta en el diseño del reforzamientos de las vigas.

11.1 Datos preliminares

1. A partir del análisis del comportamiento de la estructura en SAP se seleccionó la

viga crítica del sistema de entrepiso, con las condiciones de carga máxima a las

que está expuesta el elemento: Mu Momento actuante máximo, Vu el cortante

último, MDL Momento generado por las cargas muertas y el MLL Momento generado

por las cargas vivas.


61

2. El valor promedio de resistencia del concreto obtenido en la prueba del martillo

suizo fue necesario para determinar el módulo de elasticidad del concreto

utilizando la ecuación descrita en la sección 8.5.1 del ACI 318S-11.

3. Se calculó el factor de transformación para el bloque rectangular β1, teniendo en

cuenta la resistencia del concreto, sección 10.2.7.3 del ACI 318S-11.

4. Se seleccionó el fabricante de las láminas, de acuerdo a las características de

resistencia dadas en el mercado.

5. Fueron necesarias la ficha técnica (ver Anexo H) dada por el fabricante para

realizar una corrección de las propiedades mecánicas del FRP descritas en la

sección 9.3.4 y 9.4 del ACI 440.2R-08.

6. Las correcciones de las propiedades mecánicas se realizó utilizando el factor de

reducción, el cual toma en cuenta las condiciones de exposición y el tipo de fibra.

Este se determinó utilizando la tabla 9.1 del ACI 440.2R-08.

7. Las características físicas de las láminas serán necesarias para calcular el área

transversal de estas.

11.2 Diseño para la resistencia a flexión

Utilizando los datos preliminares descritos anteriormente y las condiciones críticas de

carga del elemento se procede a realizar el diseño para la resistencia al momento

flexionante.

1. Antes de adherir las láminas poliméricas reforzadas con fibra de carbono es

necesario conocer las condiciones de deformación presente en la viga.

2. Para calcular la deformación unitaria inicial se determinó el momento de inercia

con respecto al eje neutro de la cara a compresión, posteriormente se calculó la

altura del bloque a compresión.

3. Se determinó el modo de falla de desunión de la FRP, aplicando la ecuación 10-2

del ACI 440.2R-08.

4. Se realizó una estimación inicial de la profundidad del eje neutral. Esta debe ser

corregida de manera que se alcance un equilibrio entre las condiciones de

deformación del acero y el concreto.


62

5. Es necesario conocer el nivel de deformación efectiva en la lámina polimérica a

través de la ecuación 10-3 del ACI 440.2R-08.

6. Se revisó que la deformación efectiva de la lámina sea menor que la deformación

por desunión, de lo contrario se deben igualar.

7. Conociendo las deformaciones iniciales y las deformaciones del reforzamiento de

fibra se procede a calcular la deformación del concreto.

8. Se calculó la deformación que sufre el acero, esta está dada por la ecuación 10-

10 del ACI 440.2R-08.

9. Una vez conocida la deformación del acero y de la fibra se calculó el nivel de estrés

en el acero de refuerzo y en la lámina polimérica, aplicando las ecuaciones 10-11

y 10-9 del ACI 440.2R-08 respectivamente, cada destacar que el esfuerzo del

acero no debe ser mayor que su resistencia última.

10. Se procedió a chequear las condiciones de equilibrio en la zona de compresión,

calculando una vez más la profundidad del eje neutro con la ecuación 10-12 del

ACI 440.2R-08. Si dicha profundidad no es igual a la estimación inicial es necesario

iniciar un proceso iterativo y repetir los pasos del 5 al 9, teniendo en cuenta que la

deformación del concreto no debe exceder 0.003.

11. Se calculó el momento resistente considerando las condiciones del acero y del

reforzamiento de la fibra de carbono aplicando la ecuación 10-13 del ACI 440.2R-

08, para luego compararlo con el momento actuante máximo.

12. Para evitar deformaciones inelásticas es necesario conocer las condiciones de

servicio en el refuerzo de acero, ecuación 10-14 del ACI 440.2R-08, esta no debe

exceder el 80% de su estado límite, ecuación 10-6 del ACI 440.2R-08.

13. Po último, es necesario calcular los esfuerzos por falla y ruptura de la fibra con la

ecuación 10-15 del ACI 440.2R-08, esta no debe exceder el 55% de la resistencia

última a tensión de la fibra.

11.3 Diseño para la resistencia a cortante

1. La cortante nominal se calcula considerando los 3 componentes del elemento:

concreto, acero y la fibra de carbono, así que antes de iniciar el diseño para el


63

reforzamiento es necesario conocer las condiciones a las que está trabajando los

componentes iniciales: El cortante que actúa en el concreto y en el del acero.

2. Conocer la deformación efectiva en el refuerzo de corte de la fibra depende de las

caras que se pretenden envolver; debido a que se trata de las vigas de entrepiso

se realizará la envoltura en tres caras, para este caso se utilizó la ecuación 11-6b

del ACI 440.2R-08, la cual indica que dicha deformación debe ser menor que

0.004.

3. Debido a que la FRP se propone colocar solo en 3 caras, la fibra tiende a

desprenderse, por lo tanto fue necesario calcular el coeficiente de reducción de

adherencia del concreto, ecuación 11-7 del ACI 440.2R-08.

4. Para calcular el coeficiente de reducción de adherencia del concreto se debe

conocer la longitud sobre la cual se mantiene la mayor parte de la tensión de

enlace de la fibra aplicando la ecuación 11-8 del ACI 440.2R-08. También se

calculó los factores de modificación que dan cuenta de la resistencia del concreto

(K1) y el tipo de esquema de envoltura utilizado (K2), ecuación 11-9 y 11-10 del

ACI 440.2R-08. respectivamente.

5. Aplicando la ecuación 11-4 del ACI 440.2R-08, se determinó el área de refuerzo

de cizallamiento de la fibra.

6. La deformación efectiva y el módulo de elasticidad de la fibra fueron necesarios

para calcular el esfuerzo efectivo de la lámina, ecuación 11-5 del ACI 440.2R-08.

7. Una vez obtenido el área de refuerzo de cizallamiento de FRP y el esfuerzo

efectivo se procede a calcular la contribución de refuerzo a cortante de la lámina,

aplicando la ecuación 11-3 del ACI 440.2R-08.

8. Se cercioró que la contribución del refuerzo de acero y la fibra de carbono a resistir

el cortante sea lo suficiente, tomando como referencia la ecuación 11-11 del ACI

440.2R-08.

9. Se calculó la resistencia nominal al cortante considerando las condiciones del

concreto, acero y del reforzamiento de la fibra de carbono aplicando la ecuación

11-2 del ACI 440.2R-08., para luego compararlo con la fuerza actuante mayorada.


64

12. RESULTADOS DEL REFORZAMIENTO UTILIZANDO FRP

Se presentan los resultados obtenidos del diseño de reforzamiento de las vigas de

entrepiso, ya que son estos, los elementos que sin lugar a duda se encuentran

mayormente expuestos a esfuerzos cortantes inducidos en un evento sísmico, además

es necesario proporcionar flexibilidad para que la estructura tenga la capacidad de disipar

la energía ante la acción de las fuerzas, sin que ello implique su falla por falta de

resistencia.

12.1 Datos preliminares

A partir de la modelación realizado en SAP 2000 V182.0 se determinó las condiciones c

de carga máximas a las que está expuesta la viga crítica del entrepiso.

Figura 41 Momento y cortante actuante máximo

Previamente al diseño de reforzamiento es necesario tomar en cuenta consideraciones

preliminares. En la siguiente tabla de resumen se muestran dichos valores.


65

Tabla 4 Datos preliminares para el diseño de reforzamiento

Descripción Unidades

Unidades

Condiciones de cargas críticas obtenidas en SAP

Mu Momento actuante máximo 2532.370 Kips.in 29176.05 Kgf.m

MDL Momento generado por las cargas muertas 168.225 Kips.in 1938.16 Kgf.m

MLL Momento generado por las cargas vivas 668.204 Kips.in 7698.54 Kgf.m

Ms Momento generado por las CM Y CV 836.429 Kips.in 9636.7 Kgf.m

Vu Cortante último 260.004 Kips 117935.81 kgf

Resistencia de los materiales

Resistencia del concreto 3.015 ksi 212 kgf/cm2

Resistencia del acero 40 ksi 2812 kgf/cm2

Dimensiones de la viga

Long. de la viga I 8.694 ft 2.65 m

Ancho de la viga w 11.811 in 0.25 m

Recubrimiento 2 in 0.0508 m

Altura de la viga h 19.685 in 0.5 m

Peralte efectivo d 17.685 in 0.4492 m

Reforzamiento de acero

#var. Ref 7

Cantidad. Varilla 4

Área de acero 2.405 in2 15.517917 cm2


66

Tabla 4 Datos preliminares para el diseño de reforzamiento (continuación)

Propiedades mecánicas del FRP dadas por el fabricante

ffu Resistencia última a tensión 418.878 ksi 29450 kgf/cm2

Efu Deformación unitaria dada por el fabricante 0.016 in/in 1.606%

Ef Módulo de elasticidad 23468.520 ksi 1650000 kgf/cm2

En la Tabla 4 se muestran las propiedades mecánicas corregidas para las láminas de

fibra de carbono dadas por el fabricante, Sika®CarboDur®.

Con los datos anteriores se procede a diseñar el reforzamiento para resistencias a flexión

y a corte, ambos se realizan de manera independiente. En el Anexo G se detalla el

procedimiento seguido para los diseños.

12.2 Diseño para la resistencia a flexión

El reforzamiento a flexión se logra colocando la fibra de carbono en la cara a tensión de

las vigas orientadas paralelas al eje longitudinal de dicho elemento. Por lo tanto, es

necesario cerciorarse de las deformaciones producidas por la fibra y la de los materiales

existentes, estas son directamente proporcionales a la profundidad del eje neutro. A

continuación se muestran los resultados obtenidos de las deformaciones unitarias que

estarán expuesta el elemento una vez realizado el chequeo de las condiciones de

equilibrio del bloque a compresión.

Tabla 5 Modos de fallas de los materiales y esfuerzos del reforzamiento

Descripción Simbología Magnitud Unid. Magnitud Unid.

Profundidad del eje neutro C 11.9303 in 0.30303 m

Deformación unitaria presentes en la superficie antes de adherir la lámina FRP

Ebi 9.95E-05

Deformación unitaria del concreto Ec 0.003


67

Tabla 5 Modos de fallas de los materiales y esfuerzos del reforzamiento (continuación)

Deformación unitaria en el acero Es 0.001001

Deformación por ruptura de la lámina de FRP Efd 0.001369

Deformación unitaria en la lámina de FRP

Efe 0.00125

Esfuerzo en el acero Fs 34 ksi 2390.436 kg/cm2

Esfuerzo en la lámina de FRP Ffe 29.32415 ksi 2061.691 kg/cm2

La deformación que se obtuvo por ruptura o desprendimiento de la lámina de carbono es

menor al 90% de la deformación unitaria dada por el fabricante, restricción dada como un

factor de seguridad al presentarse delaminación de la fibra de carbono en los puntos de

terminación.

La capacidad nominal a flexión de la viga está dada por el momento resistente producido

por el acero y el momento resistente producido con el reforzamiento de las láminas

poliméricas. A continuación se detallarán los resultados obtenidos en el diseño a flexión:

Tabla 6 Momento resistente de la viga reforzada con FRP


Momento resistente del acero de refuerzo Mns 1009.420 Kips.in 11629.77 Kg.m

Momento resistente de la lámina de fibra de carbono Mnf 2671.563 Kips.in 30779.73 Kg.m

Factor de reducción por resistencia φ 0.9

Factor de reducción de resistencia del FRP ѱ 0.85

Momento resistente con el acero de refuerzo φ Mns 908.478 Kips.in 10466.8 Kg.m

Momento resistente total φMn 2952.224 Kips.in 207561.8 Kg.m


68

El momento resistente producido solo con el refuerzo de acero es de 10,466.8 kg. m

menor a las solicitaciones de carga, pero una vez retomado la resistencia que aporta la

fibra el momento nominal aumenta a 207,561.8 kgf.m > 29,176.05 kgf.m.

Para cumplir con la solicitud de resistencia que requiere la viga se propone un área de

lámina polimérica igual a 5.58in2 con un espesor de 1.44 cm.

Figura 42 Detalle del reforzamiento de la viga a momentos flexionantes utilizando láminas poliméricas reforzadas con fibra de carbono.

12.2.1 Condición de servicio del acero de refuerzo

La tensión en el refuerzo de acero bajo cargas de servicio, es decir las producidas solo

por las cargas muertas y las cargas vivas es de 8.21 Ksi por debajo del 80% de su estado

límite elástico, por lo tanto el nivel de tensión producido por el reforzamiento es el

adecuado.

12.2.2 Falla por fatiga y ruptura por flujo en las láminas de fibra de carbono

Los esfuerzos en las láminas FRP de fibra de carbono bajo cargas sostenidas de servicio

y las cargas de servicio cíclicas constantes por un periodo de tiempo prolongado es de

6.162 Ksi por debajo del 55% de la resistencia a tensión corregida de la fibra de carbono,

de este modo se asegura que las fallas de esta naturaleza se producirán a esfuerzos

mayores que su resistencia última.


69

12.3 Diseño para la resistencia a cortante

Para el reforzamiento a cortante se propone colocar las láminas de FRP con la fibra

orientadas perpendicular al eje longitudinal del elemento estructural. Las láminas se

colocarán en 3 caras del elemento a una separación de 10 cm. En la figura 44 se detallará

la posición del reforzamiento propuesto.

Figura 43 Detalle del reforzamiento de la viga a fuerzas cortantes

A continuación se presentan los resultados obtenidos mediante el diseño de

reforzamiento a fuerzas cortantes:

Tabla 7 Resultados obtenidos en el diseño de reforzamiento para la resistencia a fuerzas cortantes


Longitud de unión activa Le 0.780 in 0.019805 m

Coeficiente de reducción de

adherencia Kv 0.081

Factores de modificación del

coeficiente de reducción

K1 0.828

K2 0.939

Deformación efectiva del FRP Efe 0.001

Esfuerzo efectivo en la FRP ffe 30.408 ksi 2137.887 kg/cm2

Resistencia al cortante

proporcionada por la lámina de

FRP vf 36.673 kips 16634.47 kg


proporcionada por el concreto Vc 22.940 kips 10405.38 kg


proporcionada por el acero Vs 323.732 kips 146842.4 kg

Factor de reducción por resistencia φ 0.75


70

Tabla 7 Resultados obtenidos en el diseño de reforzamiento para la resistencia a fuerzas

cortantes (continuación)

Factor de reducción de resistencia

del FRP ѱ 0.85

Resistencia al cortante sin FRP φ(Vc +Vs) 260.004 kips 117935.8 kg

Resistencia al cortante con FRP φVn 283.383 kips 128540.3 kg

La deformación máxima que puede alcanzar la lámina de FRP es de 0.0013, por debajo

del 0.004 establecido como valor máximo de deformación, teniendo en cuenta que el tipo

de falla presente en las láminas es por adherencia, ya que se propone colocarla solo en

tres caras de la viga. Es por ello que se redujo la deformación efectiva utilizando un

coeficiente de reducción por adherencia

La cortante resistente sin FRP 117,935.81kgf es igual a la cortante máxima que actúa en

la viga, por lo tanto a la el factor de sobre resistencia es de 0% no permitiendo dejar un

margen de seguridad en la condición de carga del elemento.

Una vez incorporado el aporte de la fibra la resistencia al cortante de la viga aumenta a

128540.3 kgf proporcionando un 8% de sobre resistencia.


71

13. CONCLUSIONES

A partir de los objetivos planteados en este trabajo y de los resultados obtenidos en el

proceso de auscultación de la estructura y del modelamiento del edificio, se puede

concluir que:

1. La obra civil del edificio fue afectada a partir de una serie de procedimientos

inadecuados y decisiones incorrectas, tanto por parte de la constructora como de

la supervisión. En una determinada obra la supervisión se debe encargar de velar

por los intereses del dueño y el cumplimiento de todos los alcances del proyecto

de acuerdo a normativas vigentes. De no ser así la supervisión tiene la potestad

de exigir un trabajo de calidad por parte del contratista y aplicar las sanciones de

acuerdo a lo estipulado en el contrato. Tanto la inexperiencia del contratista como

la falta de rigor en la supervisión fueron puntos clave.

Según revisión de bitácoras (documento oficial del proyecto), se comprobó que

hubo segregación en muros, columnas, vigas, que se incumplía la verticalidad del

acero, que existieron espesores de recubrimiento de hasta 6 cm cuando en planos

se indica 4 cm, el uso de agregado fino y agregado grueso contaminado,

problemas con formaleteado, problemas de curado, y todo en conjunto con la

rigidez del edificio desencadenó los daños que sufre hoy día.

2. Los cambios estructurales que surgieron en campo y que fueron aprobados por la

supervisión, agregaron cargas al edificio, estas cargas no estaban consideradas

en el diseño estructural y aumentaron el peso propio, comprometiendo los

elementos principales a soportar o resistir mayor carga de la prevista.

3. Las fallas en la losa de piso las cuales siguen un patrón, partiendo

aproximadamente del centro de cada junta, estas ocurrieron ya que no se respetó

la independencia entre el desplazamiento de la estructura de piso y las paredes.

Según detalle en planos se debió hacer una junta de construcción entre estos dos


72

elementos y colocar backer rod más sello. De haberse seguido esta indicación se

pudo evitar que las fallas del piso afectaran las paredes, como ocurrió.

En muros y columnas la falla se presenta a la misma altura en que se realizó cada

llena de concreto, sitios donde en evidencia fotográfica se observa segregación,

pérdida de lechada, ratoneras, bolsas de concreto como parte de los elementos y

por la fragilidad de la misma estructura se presta a sufrir más daños (fallas) por

cortante ante la ocurrencia de eventos sísmicos. Este corte en muros obliga a vigas

que son las que forman un anillo en la estructura a fallar por corte de igual manera

o lo que se conoce como viga castigo entre muros de concreto de alta rigidez.

4. Los daños encontrados, bajo cargas gravitacionales, dadas por las condiciones

actuales de servicio de la estructura no ponen en riesgo su estabilidad. No así,

ante la ocurrencia de eventos sísmicos de considerable magnitud podrán poner en

peligro la seguridad del edificio, disminuyendo drásticamente su vida útil.

5. Mediante el ensayo de pulso ultrasónico se logró identificar y clasificar los daños

por agrietamiento en los elementos críticos. Se encontraron fisuras las cuales

afectan solamente a nivel de repello, grietas las cuales tienen una profundidad

intermedia en el nivel del elemento, es decir que afectan a profundidad del 50% o

menos de la longitud de la sección transversal y se determinaron fracturas donde

el daño penetra totalmente en toda la sección transversal del elemento. Según los

resultados presentados en el ensayo del pulso ultrasónico los elementos que

presenten grietas y fracturas deben ser reforzados con fibra de carbono para no

comprometer la estabilidad del edificio ante cualquier evento y el tratamiento de la

fisura se realizará con sello epóxico mediante un procedimiento que se presentará

posteriormente en las recomendaciones.


73

14. RECOMENDACIONES

Ante cualquier decisión tomada en la construcción se debe tener claro las

actividades y atribuciones que corresponde de acuerdo al cargo dado, ya que las

decisiones siempre tendrán un impacto en la estructura. En caso de la supervisión

está deberá limitarse a cumplir con las especificaciones dadas por el diseñador.

Es imprescindible que se respeten todas las especificaciones de material y de

diseño para que el comportamiento de la estructura sea de cierto modo predecible,

o bien cumpla con las proyecciones realizadas durante su concepción.

Se recomienda realizar las reparaciones necesarias en los conductos de aire

acondicionado para evitar filtraciones y humedad en el cielo raso.

Intervención en las fisuras

Se debe realizar un plan de reparación de daños en las fisuras, teniendo en cuenta

su profundidad, ya que se propone dos metodologías distintas de acuerdo a dicho

criterio. Cabe destacar que al ejecutar las obras de intervención estas deben estar

avaladas por personas certificadas y con vasto conocimiento en el campo.

Para fisuras menores a 3 cm se debe seguir la siguiente metodología:

Trazar el perímetro de trabajo en las zonas que lo amerita, para posteriormente

retirar el recubrimiento y cepillar la zona con cerdas de acero u otra herramienta

abrasiva de modo que la superficie quede completamente rugosa.

Extraer material a una profundidad indicada por el personal a cargo de la

intervención. La perforación se debe realizar sin verse afectado el refuerzo, por lo

tanto se debe tener cuidado y mantener una distancias a las barras de acero.

Limpiar la superficie de todo tipo de contaminante, partículas sueltas u otro agente

que altere la adherencia del concreto endurecido con el producto que se va a

aplicar.

Aplicar concreto fluido para rellenar la superficie, se recomienda Sika

Concrelisto-RE 5000, el cual permitirá alcanzar la alta manejabilidad requerida

para fundir secciones densamente armadas, de bajo o altos espesores. Además


74

aumentará la resistencia mecánica del concreto. Ver Anexo H para revisar la hoja

técnica del producto.

Para garantizar una pega completa entre el concreto nuevo Sika Concrelisto-RE

5000 y el concreto endurecido se deberá utilizar un adhesivo epóxico Sikadur 32

Hi-Mod LPL. El epóxico deberá estar fresco, pegajoso al tacto cuando se aplique

el Sika Concrelisto-RE 5000.

Una vez finalizado el procedimiento se deberá aplicar mortero para repellar la

zona, pulir y pintar de nuevo de modo que no se altere la estética.

Las fisuras mayores a 3 cm se tratarán de la siguiente manera:

Se debe preparar la superficie, eliminando el recubrimiento a una distancia de 5cm

a cada lado de las grietas a tratar, se debe llegar hasta el acero de refuerzo para

posteriormente limpiar las barrar asegurándose de eliminar polvo u otro

contaminante.

Una vez realizado la limpieza de la superficie, se procede a sellar la grieta

aplicando pasta epóxica estructural, se recomienda utilizar Sikadur Injection

GEL, este deberá ser aplicado con un equipo de inyección automático a presión.

Se recomienda revisar la hoja técnica del producto para tener conocimiento de sus

propiedades mecánicas. (Var Anexo H).

Una vez sellada las fisuras se procede aplicar concreto fluido sin retracción para

sellar, se propone utilizar Sika Concrelisto-RE 5000. Ver Anexo H para revisar la

hoja técnica del producto.

Al igual que en el tratamiento de las fisuras con espesores menores a 3cm se

deberá utilizar un adhesivo epóxico Sikadur 32 Hi-Mod LPL antes de colocar el

concreto fluido.

Reforzamiento de vigas de entrepiso

El reforzamiento de las vigas se realizará con láminas poliméricas de fibra de

carbono Sika® CarboDur® supervisado por personal calificado. A continuación

se detallará el procedimiento que se deberá seguir:


75

Limpiar la superficie y eliminar cualquier recubrimiento de mortero donde se

pretende adherir la lámina.

Revisar si es necesario nivelar la superficie, si es necesario se nivelará aplicando

mortero de reparación estructural como el Sikadur®-30 y Sikadur® Arena en una

proporción que no exceda de 1:0.8 medida en peso. La tolerancia máxima es de

10 mm en una longitud de 2 m.

Se deberá tener cuidado a la hora de cortar las láminas al largo estipulado en el

diseño.

Para adherir la fibra al concreto se aplicará un adhesivo estructural Sikadur®-30

en la lámina Sika® CarboDur® mediante una espátula formando una capa de

aproximadamente 2 mm de espesor, esto puede diferir si el encargado de proyecto

lo autoriza.

Una vez untado el adhesivo colocar la lámina en las vigas formando una U,

cuidando que la lámina quede al ras de la losa.

Utilizando un rodillo de hule macizo u otra herramienta similar que pueda

proporcionar una presión uniforme, presionar la placa sobre el adhesivo hasta

expulsar material por ambos lados de la misma.

Remover el exceso de producto, tratando de dejar u chaflán del adhesivo en los

bordes de la lámina para asegurar que esta no se desprenda.

La lámina Sika® CarboDur® que se colocará en las vigas tendrá un espesor de

1.2 cm equivalentes a 12 capas, ya que el producto trae un espesor de 1.2mm,

con un ancho de 10 cm a una separación de 10cm.

Revisar las especificaciones técnicas de los productos a utilizar en el

reforzamiento, Ver Anexo H.


76

15. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

American Concrete Institute. (2011). Reglamento para Concreto Estructural ACI

318-11. Estados Unidos: American Concrete Institute.

American Concrete Institute. (2008). Guía para el Diseño y Construcción de

Sistemas de FRP de unión externa para el Fortalecimiento de Estructuras de Concreto.

ACI 440.2R-08.Estados Unidos: American Concrete Institute.

Broto, C. (2005). Enciclopedia Broto de Patologias de la Construcción. Links

Internacional.

Cerna, M. & Galicia, W. (2010). Tesis: "Vida útil en estructuras de concreto armado

desde el punto de vista de comportamiento del material". Trujillo, Perú.

Escorcia, K. J & Ochoa, A. R. (2012). “Análisis de respuesta sísmica de sitio y su

efecto en el comportamiento dinámico de estructuras en el área urbana de la ciudad de

Managua”. Managua, Nicaragua: Tesis de grado de la Universidad Nacional de Ingeniería

Espinoza, H.A. (2014). Tesis: “Análisis de la capacidad de soporte del suelo de

cimentación del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S. J. de la

Universidad Centroamericana UCA”. Managua, Nicaragua.

Florentín, M., & Granada , R. (2009). Patologías constructivas en los edificios.

Prevenciones y soluciones. Paraguay: Universidad Nacional de Asunción.

Ministerio de Transporte e Infraestructura. (22007). Reglamento Nacional de la

Construcción. Managua, Nicaragua: Ministerio de Transporte e Infraestructura.

Moore,F.(2004). Recopilación de información sobre Amenaza Sísmica para

Managua: Proyecto Estudio de la Vulnerabilidad Sísmica de Managua. Managua,

Nicaragua.

Obando, T. Contexto geológico y particularidades geotécnicas de la Ciudad Capital

Managua. (Nicaragua) (1st ed.). Recuperado de


77

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geotecnicas-managua.pdf

Sánchez, D. (2011). Durabilidad y patología del concreto. Colombia: Asociación

Colombiana de Productores de Concreto.

http://blog.uca.edu.ni/estructuras/files/2011/02/contexto-geologico-particularidades-geotecnicas-managua.pdf

http://blog.uca.edu.ni/estructuras/files/2011/02/contexto-geologico-particularidades-geotecnicas-managua.pdf


78

16. ANEXOS

Anexo A: Planos Arquitectónicos y Estructurales


79

Anexo B: Dimensiones de los Elementos Estructurales


80

Tabla 8 Tabla de columnas

Tabla de columnas

Ejes del

elemento

No.

Asignado

Tipo a b Refuerzo Rec Estribos

(m) (m) (cm)

6, A-B C-1 C-2 Ver

detalle

16#6 + 6#5 4 Est. Octuples #3

8, A-B C-2 C-2 Ver

detalle

16#6 + 6#5 4 Est. Octuples #3

B,1 C-3 C-1 Ver

detalle

12#7 4 Est. Cuadruples #3

B,12 C-4 C-1 Ver

detalle


C,6 C-5 C-1 Ver

detalle


C,8 C-6 C-1 Ver

detalle


E,1 C-7 C-1 Ver

detalle


H,2 C-8 C-1 Ver

detalle


H,11 C-9 C-1 Ver

detalle


1, C-D C-1' C-3 0.25 0.3 4#5 4 Estribos #3

12, C-D C-2' C-3 0.25 0.3 4#5 4 Estribos #3


81

Tabla 9 Tabla de vigas

Tabla de Vigas

Ejes del

elemento


(m) (m) (cm)

6, A-B V-1 0.3 0.5 4#7 4 #3

8, A-B V-2 0.25 0.4 4#6 4 #3

B,1 V-3 0.25 0.5 4#7 4 #3

B,12 V-4 0.2 0.4 4#6 4 #3

C,6 V-5 0.2 0.25 4#4 3 #2

C,8 V-6 0.2 0.3 4#5 3 #3

E,1 V-7 0.15 0.15 4#3 3 #2

H,2 V-8 0.25 0.25 4#6 3 #3

H,11 V-9 0.2 0.4 4#5 3 #3

1, C-D V-10 0.2 0.55 4#6 3 #3

12, C-D V-11 0.25 0.4 4#7 3 #3

V-12 Ver detalle 11#7 3 Triples #3

V-13 0.2 0.5 4#6 3 #3

V-I 0.15 0.2 4#2 3 #3

Tabla 10 Tabla de muros

Tabla de Muros

Ejes del elemento

No. Asignado


(m) (m) (cm)

A,4 M-1 M-15

Ver detalle

8#8 + 4#7 + 2#3 4 Cuadruples #3

A,9 M-2 M-15

Ver detalle

8#8 + 4#7 + 2#3 4 Cuadruples #3

B,2 M-3 M-3 Ver detalle

8#8 + 8#7 4 Cuadruples #3

3, B-C M-4 M-5 Ver detalle

16#8 + 8#7 + 26#5

4 Sextuples #3 + 4 alacranes #3


82

Tabla 10 Tabla de muros (continuación)

Tabla de Muros

Ejes del

elemento

No. Asigna

do

Tipo

a b Refuerzo Rec

Estribos

(m)

(m)

(cm)

B, ent 3-4

M-5 M-12

Ver detalle

4#6 + 4#5 4 Dobles #3


8#8 + 10#6 + 10#5 4 9#3

7, B-C M-7 M-17

Ver detalle

48#6 + 24#5 + 8#4 4 21#3

B,9 M-8 M-14

Ver detalle

8#8 + 10#6 + 10#5 + 3#3

4 9#3

B, 9-10 M-9 M-12

Ver detalle

4#6 + 4#5 4 Dobles #3

10, B-C

M-10 M-5 Ver detalle

16#8 + 8#7 + 26#5 4 Sextuples #3 + 4 alacranes #3



C,1 M-12 M-3 Ver detalle


C,4 M-13 M-13

Ver detalle

8#8 + 6#6 + 12#5 +2#3

4 Sextuples #3


8#8 + 6#6 + 12#5 +2#3

4 Sextuples #3



D, 1-2 M-16 M-5 Ver detalle

16#8 + 8#7 + 26#5 4 Sextuples #3 + 4 alacranes #3

3, D-E M-17 M-1 Ver detalle

16#8 + 26#5 4 Dobles #3 + 4 alacranes #3

D,4 M-18 M-11

Ver detalle

8#8 + 6#6 + 18#5 4 9#3

D, ent 6-7



D, ent 7-8



D,9 M-21 M-10

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8#8 + 8#6 + 20#5 4 9#3


83

Tabla 10 Tabla de muros (continuación)

Tabla de Muros

Ejes del

elemento

No. Asignado

Tipo

a b Refuerzo Rec

Estribos

(m)

(m)

(cm)

10, D-E

M-22 M-1

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D, 11-12

M-23 M-5

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16#8 + 8#7 + 26#5

4 Sextuples #3 + 4 alacranes #3

E,2 M-24 M-4

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16#6 + 8#8 + 14#5

4 11#3

E, 4-6 M-25 M-1

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7, E-H M-26 M-2

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24#8 + 28#7 + 54#5

4 Sextuples y dobles #3 + 8 alacranes #3

E, 8-9 M-27 M-1

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E, 11-12

M-28 M-18

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16#8 + 837 + 26#5 + 4#3

4 Octuples #3 + alacranes #3

F,2 M-29 M-3

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F,11 M-30 M-3

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G,2 M-31 M-3

Ver detalle


G,11 M-32 M-3

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H, 3-4 M-33 M-6

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16#8 + 8#7 + 26#5

4 Cuadruples #3 + 4 alacranes #3

H,6 M-34 M-3

Ver detalle


H,8 M-35 M-3

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H, 9-10

M-36 M-6

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16#8 + 8#7 + 26#5

4 Cuadruples #3 + 4 alacranes #3


84

A continuación se presentan las secciones de los elementos estructurales.

Figura 44 Secciones de las columnas

Figura 45 Secciones de los muros

Muro M1


85

Muro M-3

Muro M-4

Muro M-5


86

Muro M-6

Muro M-7

Muro M-8


87

Muro M-9

Muro M-10

Muro M-11


88

Muro M-13

Muro M-14

Muro M-15


89

Muro M-16

Muro M-17

Muro M-18


90

Anexo C: Auscultación de la Estructura


91

Figura 46 Instrumentos utilizados para las pruebas no destructivas

Figura 47 Registro de fotografías de las mediciones de resistencia a compresión

Martillo suizo

Pulso Ultrasónico Pundit Lab

Medición en el muro M-3 del 1er

nivel

Doce puntos de ensayo por cada

elemento


92

Figura 48 Curva de calibración del martillo suizo

Figura 49 Registro de fotografías de las mediciones de profundidad de grietas

Medición de profundidad de grieta en

viga de escalera V-8


viga V-4


viga V-4


93

Figura 50 Ubicación de los elementos ensayados en planta mediante el pulso ultrasónico


94

Anexo D: Coeficiente Sísmico


95

Condiciones de regularidad (Art. 23, RNC-07)

De acuerdo al Arto. 23 se debe hacer una revisión del cumplimento de las condiciones

de regularidad y luego determinar la corrección por irregularidad Q´ por medio del inciso

d) de dicho artículo.

1. La estructura en planta es sensiblemente simétrica con respecto a dos ejes

ortogonales que tocan el centro geométrico de dicha edificación. OK

2. La relación de su altura a la dimensión de su base menor:

19.60 𝑚

9.08 𝑚= 2.16 < 2.5 OK

3. La relación de largo a ancho de la base es:

30.00 𝑚

19.60 𝑚= 1.53 < 2.5 OK

4. La planta no tiene entrantes ni salientes que exceda el 20% de la longitud total

paralela a la dirección considerada. OK

5. El entrepiso está conformado por lámina troquelada y concreto, lo suficientemente

rígido y resistente. OK

6. Posee una abertura en el centro geométrico del edificio, y excede del 20% del área

en planta de éste. OK

7. El peso de cada nivel y el área de cada planta no es mayor del 110% de su

inmediatamente inferior. OK

CM+CV de azotea < 0.7*(CM+CV del piso inferior)

CM+CV del piso < 1.10*(CM+CV del piso inferior)

8. Todas las columnas están restringidas en todos los pisos en dos direcciones

sensiblemente ortogonales por diafragmas horizontales y por trabes o losas

planas. OK


96

Zona Sísmica y determinación de la aceleración espectral del suelo

Según la Figura 52. Zonificación Sísmica de Nicaragua Arto. 24 y la Figura 51. Mapa de

Isoaceleraciones (Anexo C) ambos extraídos del RNC 07, el edificio Julio y Adolfo López

de la Fuente S.J., localizado en Managua, pertenece a la zona sísmica C, una zona donde

hay una mayor ocurrencia de sismos por la cadena volcánica que alberga y la cercanía

con la zona de subducción entre las placas Coco y Caribe, y le corresponde un coeficiente

de aceleración de 0.30.

Influencia del suelo y del período del edificio (Art. 25)

Con el fin de tomar en cuenta la amplificación sísmica se tienen cuatro tipos de suelos

según el RNC-07, los cuales se clasifican de acuerdo a la velocidad promedio de ondas

de cortante, entre los cuales se tiene que:

Tipo I: Afloramiento rocoso con Vs >750 m/s,

Tipo II: Suelo firme con 360 < Vs ≤ 750 m/s,

Tipo III: Suelo moderadamente blando, con 180 ≤ Vs ≤ 360 m/s,

Tipo IV: Suelo muy blando, con Vs <180 m/s.

Figura 52 Zonas sísmicas de Nicaragua

Figura 51 Mapa de Isoaceleraciones


97

Figura 53 Zonificación propuesta en base al parámetro Vs30.

En la actualidad se realiza gran cantidad de estudios de suelo en la ciudad de Managua

pero para fines privados en construcciones de gran envergadura.

Espinoza, H. (2014) cita a (Hernández, 2009) quien se encargó de elaborar una propuesta

de microzonificación de la ciudad basada en mediciones de ruido ambiental. Dicho

estudio se basó en la agrupación por familias los cocientes o razones espectrales (H/V)

que tuvieran una similitud entre frecuencia y amplificación. De esta manera se agrupan

suelos que pueden tener una respuesta sísmica similar, luego procedió a definir los

modelos de estratigrafía y velocidades para cada estrato.

Tabla 11 Clasificación de los suelos de Managua con fines de diseño sísmico, (Hernández, 2009).

Tipo de suelo Descripción del suelo Vs30 (m/s)

Tipo I Afloramiento rocoso 909

Tipo II-A Suelo firme (suelos muy densos) 609

Tipo II-B Suelo firme (suelos densos) 471

Tipo III Suelo moderadamente blandos 360


98

Ubicando el edificio en el mapa de zonificación se puede clasificar el suelo donde se

ubica el Laboratorio de Ingeniería, como tipo II-B (suelo firme o denso) con velocidad de

ondas de cortante de 471 m/s y haciendo una comparación con el artículo 25 del

Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07), el cual dicta que para las velocidades

promedio de ondas de cortante de 360 m/s a 750 m/s se clasifica como suelo firme Tipo

II. Se tiene entonces que S= 1.5.

Zona sísmica Tipo de suelo

I II III

A 1.0 1.8 2.4

B 1.0 1.7 2.2

C 1.0 1.5 2.0

Coeficiente sísmico

𝑐 =𝑉0

𝑊0=

𝑆(2.7 ∗ 𝑎0)

𝑄′ ∗ Ω

𝑐 =1.5(2.7 ∗ 0.30)

2.4 ∗ 2= 0.25 < 1.5 ∗ 0.30 = 0.45


99

Anexo E: Cargas del Edificio


100

Tabla 12 Cargas vivas unitarias mínimas (kg/m2). Fuente: Reglamento Nacional de la Construcción

En las siguientes tablas se presentan las cargas vivas y muertas extras tributadas en

todas las vigas de entrepiso.


101

Tabla 13 Cargas tributarias para las vigas externas de entrepiso

Tributación de cargas en Entrepiso

Elemento C.M. Extra

(kg/m2)

Área tributaria (m2)

Carga extra puntual (kg)

Carga extra (kg/m)

Carga viva (kg/m)

Carga viva reducida (kg/m)

Vigas Externas en dirección X

V4-6A 63 1.76 110.88 36.96 146.67 73.33

V6-8A 63 4.16 262.08 87.36 346.67 173.33

V8-9A 63 1.76 110.88 36.96 146.67 73.33

V1-2B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V2-3B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V3-4B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V9-10B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V10-11B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V11-12B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V1-2E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V11-12E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V2-3H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V3-4H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V4-6H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V6-7H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V7-8H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V8-9H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V9-10H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V10-11H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

Vigas Externas en dirección Y

V4A-B 63 0.64 40.32 13.44 53.33 26.67

V9A-B 63 0.64 40.32 13.44 53.33 26.67

V1B-C 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V1C-D 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V1D-E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V12B-C 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V12C-D 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V12D-E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V2E-F 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V2F-G 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V2G-H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V11E-F 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V11F-G 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V11G-H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75


102

Tabla 14 Cargas tributarias para las vigas internas de entrepiso


Elemento C.M. Extra

(kg/m2)

Área tributaria

(m2)

Carga extra

puntual (kg)

Carga extra

(kg/m)

Carga viva

(kg/m)

Carga viva

reducida (kg/m)

Vigas Internas en dirección X

V4-6B 63 4.01 252.63 84.21 334.17 167.08

V6-8B 63 10.91 687.33 229.11 909.17 454.58

V8-9B 63 4.01 252.63 84.21 334.17 167.08

V1-2C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2-3C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3-4C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4-6C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6-8C 63 11.27 710.01 236.67

C8-9C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9-10C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10-11C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V11-12C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V1-2D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2-3D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3-4D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4-6D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6-8D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

C8-9D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9-10D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10-11D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V11-12D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2-3E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3-4E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4-6E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6-8E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

C8-9E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9-10E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10-11E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2-3F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3-4F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4-6F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6-8F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

C8-9F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9-10F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5


103

Tabla 14 Cargas tributarias para las vigas internas de entrepiso (continuación)


Elemento C.M. Extra

(kg/m2)

Área tributaria

(m2)

Carga extra

puntual (kg)

Carga extra

(kg/m)

Carga viva

(kg/m)

Carga viva reducida

(kg/m)

V10-11F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2-3G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3-4G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4-6G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6-8G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

C8-9G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9-10G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10-11G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

Vigas Internas en dirección Y

V2B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6A-B 63 1.28 80.64 26.88 106.67 53.33

V6B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V7C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V7D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V7E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V7F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5


104

Tabla 14Cargas tributarias para las vigas internas de entrepiso (continuación)


Elemento C.M. Extra

(kg/m2)

Área tributaria

(m2)

Carga extra

puntual (kg)

Carga extra

(kg/m)

Carga viva

(kg/m)

Carga viva

reducida (kg/m)

V7G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V8A-B 63 1.28 80.64 26.88 106.67 53.33

V8B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V8C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V8D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V8E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V8F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V8G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V11B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V11C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V11D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

Tabla 15 Cargas tributarias para las vigas de la azotea

Tributación de cargas en Azotea

Elemento C.M. Extra

(kg/m2)

Área tributaria

(m2)

Carga extra

puntual (kg)

Carga extra

(kg/m)

Carga viva

(kg/m)

Carga viva

reducida (kg/m)

Vigas Externas en dirección X

V4-6A 63 1.76 110.88 36.96 146.67 73.33

V6-8A 63 4.16 262.08 87.36 346.67 173.33


105

Tabla 15 Cargas tributarias para las vigas de la azotea (continuación)


Elemento C.M. Extra

(kg/m2)

Área tributaria

(m2)

Carga extra

puntual (kg)

Carga extra

(kg/m)

Carga viva

(kg/m)

Carga viva

reducida (kg/m)

V8-9A 63 1.76 110.88 36.96 146.67 73.33

V1-2B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V2-3B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V3-4B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V9-10B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V10-11B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V11-12B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V1-2E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V11-12E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V2-3H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V3-4H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V4-6H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V6-7H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V7-8H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V8-9H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V9-10H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V10-11H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

Vigas Externas en dirección Y

V4A-B 63 0.64 40.32 13.44 53.33 26.67

V9A-B 63 0.64 40.32 13.44 53.33 26.67

V1B-C 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V1C-D 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V1D-E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V12B-C 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V12C-D 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V12D-E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V2E-F 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V2F-G 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V2G-H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V11E-F 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V11F-G 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75

V11G-H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75


106



Elemento C.M. Extra

(kg/m2)

Área tributaria

(m2)

Carga extra

puntual (kg)

Carga extra

(kg/m)

Carga viva

(kg/m)

Carga viva

reducida (kg/m)

Vigas internas en dirección X

V4-6B 63 4.01 252.63 84.21 334.17 167.08

V6-8B 63 10.91 687.33 229.11 909.17 454.58

V8-9B 63 4.01 252.63 84.21 334.17 167.08

V1-2C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2-3C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3-4C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4-6C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6-8C 63 11.27 710.01

C8-9C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9-10C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10-11C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V11-12C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V1-2D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2-3D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3-4D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4-6D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6-8D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

C8-9D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9-10D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10-11D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V11-12D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2-3E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3-4E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4-6E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6-8E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

C8-9E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9-10E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10-11E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2-3F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3-4F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4-6F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5


107



Elemento C.M. Extra

(kg/m2)

Área tributaria

(m2)

Carga extra

puntual (kg)

Carga extra

(kg/m)

Carga viva

(kg/m)

Carga viva

reducida (kg/m)

V6-8F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

C8-9F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9-10F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10-11F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2-3G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3-4G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4-6G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6-8G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

C8-9G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9-10G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10-11G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

Vigas internas en dirección Y

V2B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V2D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V3G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V4G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6A-B 63 1.28 80.64 26.88 106.67 53.33

V6B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5


108



Elemento C.M. Extra

(kg/m2)

Área tributaria

(m2)

Carga extra

puntual (kg)

Carga extra

(kg/m)

Carga viva

(kg/m)

Carga viva

reducida (kg/m)

V6F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V6G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V7C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V7D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V7E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V7F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V7G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V8A-B 63 1.28 80.64 26.88 106.67 53.33

V8B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V8C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V8D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V8E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V8F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V8G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V9G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V10G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V11B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V11C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5

V11D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5


109

Anexo F: Resultados de las Pruebas No Destructivas


110

A continuación se detallaran los resultados obtenidos del ensayo con el martillo suizo o

esclerómetro, se indican el ángulo de inclinación del instrumento para posteriormente

realizar el proceso de iteración utilizando las curvas de calibración y así obtener la

resistencia.

Tabla 16 Resistencias a la compresión de columnas del 1er nivel

I NIVEL

Columnas Exteriores

ID α Rbm Fc (kg/cm2) Fc (Psi)

C1 0 30 211 3000

C2 0 31 225 3200

C3 0 30 211 3000

C4 0 29 197 2800

C7 0 27 169 2400

C8 0 27 169 2400

C9 0 29 197 2800

Columnas Interiores

C5 0 30 211 3000

C6 0 27 169 2400

Tabla 17 Resistencias a la compresión de vigas de entrepiso

I NIVEL

Vigas de Entrepiso


V4D-E 0 30 211 3000

VC8-9 0 31 225 3200

VD3-4 0 30 211 3000

V4C-D 90 30 141 2000

Tabla 18 Resistencias a la compresión de vigas de techo

II NIVEL

Vigas De Techo


VD3-4 0 40 352 5000

V7C-D 90 42 312 4440


111

Tabla 19 Resistencias a la compresión de columnas del 2do nivel

II NIVEL

Columnas Exteriores


C1 0 28 183 2600

C2 0 26 155 2200

C3 0 29 197 2800

C4 0 25 141 2000

C7 0 31 225 3200

C8 0 27 169 2400

C9 0 30 211 3000

Columnas Interiores

C5 0 28 183 2600

C6 0 30 211 3000

C10 0 27 169 2400

C11 0 29 197 2800

C12 0 29 197 2800

C13 0 28 183 2600

C14 0 27 169 2400

C15 0 27 169 2400

Tabla 20 Resistencias a la compresión de losa de piso

I NIVEL

Losa de Piso

Ubicación α Rbm Fc (kg/cm2) Fc (Psi)

Lab. De Suelos -90 41 411 5840

Pasillo -90 42 427 6080

Lab. De Suelos -90 40 394 5600

Tabla 21 Resistencias a la compresión de losa de entrepiso

I NIVEL

Losa de Entrepiso


Lab. De Suelos 90 44 343 4880

Pasillo 90 40 281 4000

Lab. De Suelos 90 47 392 5580


112

Tabla 22 Resistencias a la compresión de losa de techo

II NIVEL

Losa de Techo


Aula de hidráulica 90 51 460 6540

Pasillo 90 48 409 5820

Lab. De Simulaciones 90 51 460 6540

Tabla 23 Resistencias a la compresión de muros del 1er nivel

I NIVEL

Muros


M1 0 28 183 2600

M2 0 28 183 2600

M3 0 27 169 2400

M4 0 32 239 3400

M5 0 27 169 2400

M6 0 27 169 2400

M7 0 30 211 3000

M8 0 27 169 2400

M9 0 27 169 2400

M10 0 27 169 2400

M11 0 32 239 3400

M12 0 27 169 2400

M13 0 27 169 2400

M14 0 28 183 2600

M15 0 29 197 2800

M16 0 28 183 2600

M17 0 31 225 3200

M18 0 28 183 2600

M19 0 32 239 3400

M20 0 25 141 2000

M21 0 28 183 2600

M22 0 31 225 3200

M23 0 29 197 2800

M24 0 27 169 2400

M25 0 29 197 2800

M26 0 28 183 2600


113

Tabla 23 Resistencias a la compresión de muros del 1er nivel (continuación)

I NIVEL

Muros

M27 0 29 197 2800

M28 0 27 169 2400

M29 0 26 155 2200

M30 0 30 211 3000

M31 0 29 197 2800

M32 0 26 155 2200

M33 0 27 169 2400

M34 0 27 169 2400

M35 0 28 183 2600

M36 0 27 169 2400

Tabla 24 Resistencias a la compresión de muros del 2do nivel

II NIVEL

Muros


M1 0 28 183 2600

M2 0 28 183 2600

M3 0 27 169 2400

M4 0 28 183 2600

M5 0 25 141 2000

M6 0 26 155 2200

M7 0 28 183 2600

M8 0 28 183 2600

M9 0 25 141 2000

M11 0 27 169 2400

M12 0 26 155 2200

M15 0 24 129 1833

M16 0 28 183 2600

M17 0 27 169 2400

M19 0 28 183 2600

M20 0 26 155 2200

M24 0 26 155 2200

M25 0 27 169 2400

M28 0 26 155 2200

M29 0 27 169 2400


114

Tabla 24 Resistencias a la compresión de muros del 2do nivel (continuación)

II NIVEL

Muros

M30 0 29 197 2800

M31 0 28 183 2600

M32 0 26 155 2200

M33 0 27 169 2400

M34 0 29 197 2800

M35 0 30 211 3000

M36 0 29 197 2800

M37 0 27 169 2400

M38 0 28 183 2600

M39 0 24 129 1833.333

M40 0 27 169 2400

M41 0 28 183 2600

A continuación se presenta la tabla con los resultados obtenidos a partir del ensayo de

pulso ultrasónico, estos muestran la profundidad de grieta por cada ítem. Cada ítem de

la tabla representa una grieta específica, de igual manera se identifica el tipo de elemento

al cual pertenece el dato. En dependencia de la longitud de la fisura y de la accesibilidad

para realizar el procedimiento se realizó desde uno hasta cuatro mediciones por ítem

Tabla 25 Resultados del ensayo de pulso ultrasónico

Ítem

ID Ubicació

n Descripción Nivel Espesor

Tiempo 1 [µs]

Tiempo 2 [µs]

Distancia [m]

Profundidad de

grieta [m]

1

22 Eje

6, B-C

Viga de escalera

I Nivel

Menor de 1 mm 48.6 53.4 0.05 0.184

23 I

Nivel Menor de 1

mm 48.1 57.4 0.05 0.124

24 I

Nivel Menor de 1

mm 39.8 64.9 0.05 0.045

2 25

Eje B, 1-

2

Boquete de ventana

I Nivel

Menor de 1 mm 66.7 85.1 0.03 0.059

26 I

Nivel Menor de 1

mm 116.4 81.2 0.03 0.041

3 27

Eje E, 3-

4 Viga dintel

I Nivel

Menor de 1 mm 85.1 140.6 0.03 0.026

28 I

Nivel Menor de 1

mm 81.9 98.9 0.03 0.071


115

Tabla 25 Resultados del ensayo de pulso ultrasónico (continuación)

Ítem

ID Ubicación

Descripción Nivel Espesor Tiempo 1 [µs]

Tiempo 2 [µs]

Distancia [m]

Profundidad de

grieta [m]

4 29

Eje D, 3-

4 Viga dintel

I Nivel

Menor de 1 mm 102.9 91.3 0.03 0.096

30 I

Nivel Menor de 1

mm 89.9 121.4 0.03 0.049

5

31

Eje 4, D-E

Cerramiento mampostería

I Nivel

Menor de 1 mm 108.6 115.8 0.03 0.138

32 I

Nivel Menor de 1

mm 57.4 66.8 0.03 0.082

33 I

Nivel Menor de 1

mm 60.4 49.4 0.03 0.068

6 34

Eje H, 3-

4 Boquete de ventana

I Nivel

Menor de 1 mm 88.4 62.6 0.03 0.043

35 I

Nivel Menor de 1

mm 70.6 52.8 0.03 0.051

7

36

Eje 4, B-C

Muro

I Nivel

Menor de 1 mm 98.4 95.6 0.03 0.212

37 I

Nivel Menor de 1

mm 110.9 105.1 0.03 0.152

38 I

Nivel Menor de 1

mm 85.4 120.9 0.03 0.043

8

39

Eje 4-B

Muro M-8

I Nivel

Menor de 1 mm 91.9 103.4 0.03 0.097

40 I

Nivel Menor de 1

mm 101.9 121.1 0.03 0.076

41 I

Nivel Menor de 1

mm 87.9 75.9 0.03 0.084

9 42

Eje A, 4-

C Viga dintel

I Nivel

Menor de 1 mm 112.4 97.9 0.03 0.088

43 I

Nivel Menor de 1

mm 105.2 151.4 0.03 0.041

10 44 Eje 4D Muro M-11

I Nivel

Menor de 1 mm 25.4 35.9 0.03 0.043

11 45 Eje 8, A-B Columna C-2

I Nivel

Menor de 1 mm 73.7 49.7 0.03 0.037

12

49

Eje 10-B

Muro

I Nivel

Menor de 1 mm 84.2 102 0.03 0.07

50 I

Nivel Menor de 1

mm 66.7 55.5 0.03 0.072

51 I

Nivel Menor de 1

mm 77.7 82.7 0.03 0.14

13 53 Eje 9-

E Muro M-1

II Nivel

Menor de 1 mm 63.6 33.4 0.05 0.019

54 II

Nivel Menor de 1

mm 69.7 54.9 0.05 0.099


116


Ítem

ID Ubicación Descripció

n Nivel Espesor

Tiempo 1 [µs]

Tiempo 2 [µs]

Distancia [m]

Profundidad de grieta

[m]

14 55

Eje 10-E

II Nivel

Menor de 1 mm 94.9 111.2 0.05 0.133

56 I

Nivel Menor de 1

mm 47.7 61.2 0.05 0.096

15 57

Eje 11-G Muro M-3

I Nivel

Menor de 1 mm 49.2 55.2 0.2 0.651

58 I

Nivel Menor de 1

mm 51.9 91.1 0.2 0.133

16

59

Eje H, 9-10

Muro M-6

I Nivel

Menor de 1 mm 41.9 56.9 0.2 0.32

60 I

Nivel Menor de 1

mm 51.4 65.7 0.2 0.387

61 I

Nivel Menor de 1

mm 60.4 66.9 0.2 0.7

62 I

Nivel Menor de 1

mm 70.9 106.4 0.2 0.237

17 63 Eje 8-H Muro M-3 I

Nivel Menor de 1

mm 82.9 100.1 0.2 0.472

18 64 Eje D-E,

8-9

I Nivel

Menor de 1 mm 87.6 71.9 0.2 0.456

65 I

Nivel Menor de 1

mm 92.7 65.1 0.2 0.278

19 66

Eje 11-B Muro M-3

I Nivel

Menor de 1 mm 109.4 84.2 0.2 0.367

67 I

Nivel Menor de 1

mm 58.1 98.2 0.2 0.157

20

68

Eje 10-B y 11-B

Muro M-3

I Nivel

Menor de 1 mm 162.4 91.4 0.2 0.126

69 I

Nivel Menor de 1

mm 73.4 140.2 0.2 0.073

70 I

Nivel Menor de 1

mm 68.2 83.9 0.2 0.441

21 71 Eje D, 7-8 Muro M-9 I

Nivel Menor de 1

mm 94.2 115.2 0.2 0.45

22 72 Eje 12-C Muro I

Nivel Menor de 1

mm 49.9 55.7 0.2 0.67

23 73 Eje E, 11-

12 Muro

I Nivel

Menor de 1 mm 101.9 55.6 0.2 0.105

74 I

Nivel Menor de 1

mm 78.9 43.2 0.2 0.107

24 75

Eje 6, G-H Muro

I Nivel

Menor de 1 mm 63.9 76.7 0.1 0.241


117


Ítem

ID Ubicac

ión Descripció

n Nivel Espesor

Tiempo 1 [µs]

Tiempo 2 [µs]

Distancia [m]

Profundidad de grieta

[m]

25 78 Eje 9,

D-E

II Nivel

Menor de 1 mm 37.7 44.9 0.12 0.299

79 II

Nivel Menor de 1

mm 54.7 49.9 0.12 0.448

26

81

Eje 9, D-E

II Nivel

Menor de 1 mm 45.9 79.4 0.12 0.086

82 II

Nivel Menor de 1

mm 24.9 23.1 0.12 0.503

83 II

Nivel Menor de 1

mm 68.1 51.9 0.12 0.214

84 II

Nivel Menor de 1

mm 41.9 46.9 0.12 0.396

85 II

Nivel Menor de 1

mm 57.1 37.2 0.12 0.133

27 87 Eje 8-

D II

Nivel Menor de 1

mm 44.1 35.2 0.15 0.31

28 88 Eje D,

7-8

II Nivel

Menor de 1 mm 71.4 79.4 0.15 0.513

89 II

Nivel Menor de 1

mm 30.9 46.7 0.15 0.174


118

Anexo G: Diseño para el Reforzamiento de Vigas utilizando Láminas

poliméricas de Fibra de Carbono


119

1. Propiedades mecánicas de la lámina de fibra de carbono Sika®CarboDur®

1.1 Resistencia última a tensión corregida de la fibra

𝑓𝑓𝑢 = 𝐶𝐸 × 𝑓𝑓𝑢∗

𝑓𝑓𝑢 = 0.95 × 440.92 𝑘𝑠𝑖

𝑓𝑓𝑢 = 418.78 𝑘𝑠𝑖

1.2 Deformación unitaria de la fibra

ℰ𝑓𝑢 = 𝐶𝐸 × ℰ𝑓𝑢∗

ℰ𝑓𝑢 = 0.95 × 0.02𝑖𝑛/𝑖𝑛

ℰ𝑓𝑢 = 0.0161𝑖𝑛/𝑖𝑛

1.3 Módulo de elasticidad

𝐸𝑓𝑢 =𝑓𝑓𝑢

ℰfu

𝐸𝑓𝑢 =418.78𝑘𝑠𝑖

0.0161𝑖𝑛/𝑖𝑛= 23,468.52 𝑘𝑠𝑖

1.4 Módulo de elasticidad del concreto

𝐸𝑐 = 57,000√𝑓𝑐

𝐸𝑐 = 57,000√3.015 𝑘𝑠𝑖 = 3,129.995 𝑘𝑠𝑖

2. Diseño de la viga por flexión

2.1 Deformación unitaria presentes en la superficie antes de adherir la lámina FRP

ℰ𝑏𝑖 =𝑀𝐷𝐿(𝑑𝑓 − 𝑘𝑑)

𝐼𝑐𝑟𝐸𝑐

ℰ𝑏𝑖 =168.225 𝐾𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛(19.685𝑖𝑛 − 9.922𝑖𝑛)

5,189.072𝑖𝑛4 × 3,129.995 𝑘𝑠𝑖= 0.0001

2.2 Deformación por ruptura de la lámina de FRP

ℰ𝑓𝑑 = 0.083√𝑓𝑐

𝑛𝐸𝑓𝑡𝑓≤ 0.9 𝐸𝑓𝑢


120

ℰ𝑓𝑑 = 0.083√3.015

10 × 0.047𝑖𝑛 × 23,468.52 𝑘𝑠𝑖= 0.001368

ℰ𝑓𝑑 = 0.001368 ≤ 0.0144

La deformación por ruptura es menor que la permitida.

2.3 Estimación de la profundidad del eje neutral

𝑐 = 0.20𝑑

𝑐 = 0.20 × 17.685𝑖𝑛 = 3.537𝑖𝑛

2.4 Deformación unitaria en la lámina de FRP

ℰ𝑓𝑒 = 0.003 (𝑑𝑓 − 𝑐

𝑐) − ℰ𝑏𝑖 ≤ ℰ𝑓𝑑

ℰ𝑓𝑒 = 0.003 (19.685𝑖𝑛 − 3.537𝑖𝑛

3.537𝑖𝑛) − 0.0001 = 0.0136

ℰ𝑓𝑒 ≤ ℰ𝑓𝑑

0.0136 > 0.001368

Como la deformación unitaria en la lámina de FRP es mayor que la deformación por

ruptura, por lo tanto la deformación unitaria se iguala a la deformación por ruptura.

ℰ𝑓𝑒 = 0.001368

2.5 Deformación unitaria del concreto

ℰ𝑐 = (ℰ𝑓𝑒 + ℰ𝑏𝑖)(𝑐

𝑑𝑓 − 𝑐)

ℰ𝑐 = (0.0014 + 0.0001) (9.685𝑖𝑛

19.685𝑖𝑛 − 3.537𝑖𝑛) = 0.0003

2.6 Deformación unitaria del acero

ℰ𝑠 = (ℰ𝑓𝑒 + ℰ𝑏𝑖)(𝑑 − 𝑐

𝑑𝑓 − 𝑐)

ℰ𝑠 = (0.0014 + 0.0001) (17.685𝑖𝑛 − 9.685𝑖𝑛

19.685𝑖𝑛 − 3.537𝑖𝑛) = 0.0013


121

2.7 Esfuerzo en el acero

𝑓𝑠 = 𝐸𝑠ℰ𝑠 ≤ 𝑓𝑦

𝑓𝑠 = 29,000 𝑘𝑠𝑖 × 0.0013 = 37.347 𝑘𝑠𝑖

37.347 𝑘𝑠𝑖 < 40 𝑘𝑠𝑖

2.8 Esfuerzo en la lámina de FRP

𝑓𝑓𝑒 = 𝐸𝑓ℰ𝑓𝑒

𝑓𝑓𝑒 = 23,468.52 × 0.0014 = 32.123 ksi

2.9 Chequeo de las condiciones de equilibrio en la zona de compresión

2.9.1 Parámetros que dependen de la distancia de los esfuerzos asumidos para el

concreto

ℰ′𝐶 =1.7 𝑓𝑐

𝐸𝐶

ℰ′𝐶 =1.7 × 3.1015 𝑘𝑠𝑖

3,129.995 𝑘𝑠𝑖= 0.002

Chequear la profundidad del eje neutro

𝑐 =𝐴𝑠 × 𝑓𝑠 + 𝐴𝑓 × 𝑓𝑓𝑒

∝1× 𝑓′𝑐 × 𝛽1 × 𝑏

𝑐 =2.41𝑖𝑛2 × 37.347 𝑘𝑠𝑖 + 2.41𝑖𝑛2 × 32.123 ksi

0.85 × 3.015 𝑘𝑠𝑖 × 0.85 × 11.81𝑖𝑛= 10.457 𝑖𝑛

Como el valor de C difiere a la estimación realizada inicialmente se procede a iterar el

valor de c, teniendo en cuenta

A partir de un proceso iterativo se recalcula el valor de c, teniendo en cuenta que la

deformación unitaria del concreto no debe exceder el valor permitido de 0.003.

Las deformaciones se recalculan a partir del valor obtenido de la iteración.

C 11.2486 in

Ec 0.0020

Es 0.0011

Fs 32.5213 ksi

No cumple, por lo tanto Fs=Fy

Fs 33 ksi


122

3. Cálculo de la resistencia a la flexión

3.1 Momento nominal producido por el acero de refuerzo

𝑀𝑛𝑠 = 𝐴𝑠 × 𝑓𝑠 (𝑑 −𝛽1𝑐

2)

𝑀𝑛𝑠 = 2.41𝑖𝑛2 × 32.521 𝑘𝑠𝑖 (17.685𝑖𝑛 −0.85 × 11.248𝑖𝑛

2)

𝑀𝑛𝑠 = 1,009.42 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛

3.2 Momento nominal correspondiente a la lámina de fibra de carbono

𝑀𝑛𝑓 = 𝐴𝑓 × 𝑓𝑓𝑒

(𝑑𝑓 −𝛽

1𝑐

2)

𝑀𝑛𝑓 = 5.58𝑖𝑛2 × 32.123 𝑘𝑠𝑖 (19.685𝑖𝑛 −0.85 × 11.248𝑖𝑛

2)

𝑀𝑛𝑓 = 2,671.563 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛

3.3 Momento resistente total

𝜙𝑀𝑛 = 𝜙[𝑀𝑛𝑠 + ѱ𝑓𝑀𝑛𝑓]

𝜙𝑀𝑛 = 0.9[1,009.42 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛 + 0.85 × 2,671.563 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛]

𝜙𝑀𝑛 = 2,952.22 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛

3.4 Chequeo de resistencia a flexión

𝜙𝑀𝑛 ≥ 𝑀𝑢

2,952.22 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛 > 2,532.37 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛

4. Revisión de las condiciones de servicio 4.1 Revisión para el acero de refuerzo

𝑓𝑠,𝑠 ≤ 0.80𝑓𝑦

8.255 𝑘𝑠𝑖 ≤ 0.80 × 40 𝑘𝑠𝑖

8.255 𝑘𝑠𝑖 < 32 𝑘𝑠𝑖

El nivel de tensión es menor que el recomendado


123

4.2 Falla por Fatiga y Ruptura por Flujo en Láminas de FRP

𝑓𝑓,𝑠 ≤ 0.55𝑓𝑓𝑢

6.029 𝑘𝑠𝑖 ≤ 0.55 × 418.878 𝑘𝑠𝑖

6.029 𝑘𝑠𝑖 < 230.383 𝑘𝑠𝑖

Cumple el valor máximo permisible para evitar ruptura por flujo o falla por fatiga

5. Reforzamiento de la viga por cortante

5.1 Longitud de unión activa

𝐿𝑒 =2500

(𝑛𝑡𝑓𝐸𝑓)0.58

𝐿𝑒 =2500

(1 × 0.047 × 23.468𝑝𝑠𝑖)0.58

𝐿𝑒 = 0.78𝑖𝑛

5.2 Coeficiente de reducción de adherencia

𝐾𝑣 =𝑘1𝑘2𝐿𝑒

468ℰ𝑓𝑢≤ 0.75

𝐾𝑣 =0.828 × 0.939 × 0.78𝑖𝑛

468 × 0.0161𝑖𝑛/𝑖𝑛= 0.0807

0.0807 < 0.75

El coeficiente de reducción por adherencia es menor que el permitido

5.3 Deformación efectiva en el refuerzo de corte de FRP

ℰ𝑓𝑒 = 𝑘𝑣ℰ𝑓𝑢 ≤ 0.004

ℰ𝑓𝑒 = 0.0807 ×0.0161𝑖𝑛

𝑖𝑛= 0.0013

0.0013 < 0.004

La fibra cumple con el límite de deformación permisible

5.4 Área de refuerzo de la lámina de fibra de carbono

𝐴𝑓𝑣 = 2𝑛𝑡𝑓𝑤𝑓

𝐴𝑓𝑣 = 2 × 1 × 0.047𝑖𝑛 × 3.937𝑖𝑛


124

𝐴𝑓𝑣 = 0.372𝑖𝑛2

5.5 Esfuerzo efectivo en la lámina de fibra de carbono

𝑓𝑓𝑒

= ℰ𝑓𝑒𝐸𝑓

𝑓𝑓𝑒

= 0.0013 × 23,468.52 𝑘𝑠𝑖 = 30.4079 𝑘𝑠𝑖

6. Resistencia al cortante de la sección

6.1 Resistencia al cortante proporcionada por la fibra

𝑉𝑓 =𝐴𝑓𝑣𝑓𝑓𝑒(sin 𝛼 + cos 𝛼)𝑑𝑓𝑣

𝑆𝑓

𝑉𝑓 =0.372𝑖𝑛2 × 30.4079 𝑘𝑠𝑖(1)12.76𝑖𝑛

3.94𝑖𝑛= 36.6727𝑘𝑖𝑝𝑠

6.2 Resistencia al cortante proporcionada por el concreto

𝑉𝑐 = 22.93 𝑘𝑖𝑝𝑠

6.3 Resistencia al cortante proporcionada por el acero

𝑉𝑠 = 323.7321 𝑘𝑖𝑝𝑠

6.4 Resistencia a cortante total

𝜙𝑉𝑛 = 𝜙[𝑉𝐶 + 𝑉𝑆 + ѱ𝑓𝑉𝑓]

𝜙𝑉𝑛 = 0.9[22.93 𝑘𝑖𝑝𝑠 + 323.7321 𝑘𝑖𝑝𝑠 + 0.85 × 36.6727𝑘𝑖𝑝𝑠]

𝜙𝑉𝑛 = 283.382 𝑘𝑖𝑝𝑠

6.5 Chequeo de resistencia a cortante

𝜙𝑉𝑛 ≥ 𝑉𝑢

283.382 𝑘𝑖𝑝𝑠 > 260.004 𝑘𝑖𝑝𝑠


125

Anexo H: Fichas Técnicas de los productos de SIKA

portada universidad centroamericana …repositorio.uca.edu.ni/3674/1/ucani4607.pdf · ayudarme e...

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