Respuesta Sismica de Edificios

MEXICO

EXPERIENCIA MEXICANA SOBRE LA RESPUESTA SSMICA DE EDIFICIOS INSTRUMENTADOS

ESPECIALIDAD: INGENIERA CIVIL

David Muri Vila Doctor en Ingeniera Civil (Estructuras)

20 de septiembre del 2007

Experiencia Mexicana sobre la Respuesta Ssmica de Edificios Instrumentados

CONTENIDO

Pgina 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RESUMEN EJECUTIVO INTRODUCCIN EDIFICIOS ESTUDIADAS PROCEDIMIENTOS DE ANALSIS ANLISIS E INTERPRETACIN GENERAL EFECTOS DE INTERACCIN SUELO-ESTRUCTURA (ISE) MODELOS MATEMTICOS CONCLUSIONES RECONOCIMIENTOS REFERENCIAS 3 5 7 14 21 29 34 42 44 45

Especialidad: Ingeniera Civil

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RESUMEN EJECUTIVO Para la evaluacin de los daos en edificios ante eventos ssmicos intensos, se tienen dudas concernientes a las respuestas estructurales por los diversos tipos de daos observados. Entre los expertos se han generado conjeturas y especulaciones en varios aspectos del comportamiento estructural, as como sobre los sistemas y tcnicas de rehabilitacin que deben aplicarse a las estructuras daadas. Estos hechos indican la necesidad de contar con datos experimentales de las respuestas estructurales para esclarecer tales controversias. Si bien existen provechosas investigaciones realizadas en otros pases, en Mxico es necesario instrumentar edificios tpicos debido a sus caractersticas estructurales y a las particularidades de los suelos donde estn desplantados. Desde los aos 60 el Instituto de Ingeniera de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico ha promovido en diversas instancias pblicas y privadas la instrumentacin ssmica de edificios para disponer de datos que permitan esclarecer varios aspectos relacionados con la respuesta de edificios y en particular ante aquellos sismos de gran intensidad. Hubo varios intentos malogrados por no disponer de los suficientes recursos econmicos y es hasta 1987 cuando se consigue iniciar formalmente en Mxico estos estudios experimentales. Todava no se han obtenido registros de respuestas de edificios ante movimientos de gran intensidad, porque en las poblaciones donde han sido afectadas por dichos eventos no hay edificios instrumentados. Debido a lo poco frecuentes que son estos sismos es necesario instrumentar algunos edificios representativos en ciudades o poblaciones en las regiones de mayor riesgo del pas con el objetivo de fundamental de determinar las fuerzas y los amortiguamientos que se presenten durante sismos intensos, a fin de comparar sus valores con los que se disean y analizar la evolucin de las propiedades dinmicas del sistema suelo-estructura. La importancia de la instrumentacin ssmica de edificios estriba en que permite hacer evaluaciones cuantitativas de las acciones impuestas por los sismos a las estructuras y de las respuestas de stas. Estos estudios contribuyen a mejorar los criterios de diseo y evaluacin estructurales. Adems, pueden ser tiles para los programas de operacin y mantenimiento de las estructuras. Actualmente, en Mxico no exceden de 25 los edificios instrumentados; el nmero exacto se desconoce. Menos de diez de los edificios son atendidos por algn centro de investigacin y slo uno de ellos se encuentra fuera de la ciudad de Mxico. Esta cantidad es insuficiente para cubrir los edificios ms representativos de las regiones de mayor riesgo ssmico del pas. En los casi 20 aos de estudio se han analizado en el Instituto de Ingeniera con detalle las respuestas registradas de siete edificios instrumentados. Destacan los resultados de cuatro edificios altos de concreto reforzado, porque sus frecuencias o periodos fundamentales de vibracin estn muy cerca de los periodosEspecialidad: Ingeniera Civil 3


dominantes del sitio. Tres de ellos se localizan en los suelos blandos de la ciudad de Mxico y el restante en los suelos blandos de la ciudad de Acapulco. Las caractersticas de la instrumentacin son tales que han generado, por cada evento ssmico, un nmero de registros que permite visualizar la respuesta tridimensional del sistema suelo-estructura y as estudiar varios de los aspectos estructurales y geotcnicos de dicho sistema. Dado que son equipos de alta resolucin se han podido analizar los registros de eventos de pequea intensidad e incluso en dos de los edificios tambin es posible analizar registros de vibracin ambiental. Con la informacin generada se han determinado las propiedades dinmicas del sistema, los efectos de torsin, la variacin de parmetros y los efectos de interaccin suelo-estructura. A pesar de los pocos edificios instrumentados y del rezago de aproximadamente tres dcadas con respecto a la experiencia de los pases pioneros (Estados Unidos y Japn), los resultados obtenidos a la fecha son interesantes. Estos han permitido concluir que las consideraciones de anlisis de las estructuras que se suponen en la prctica profesional, requieren ser mejoradas para que se apeguen ms a la respuesta dinmica real. Entre estas consideraciones destacan el deterioro estructural y los efectos de interaccin suelo-estructura. El nuevo reglamento de construcciones de la ciudad de Mxico incluye modificaciones que toman en cuenta algunos resultados de ambos aspectos. Palabras clave: edificios instrumentados, respuesta ssmica, deterioro estructural, rigidez efectiva, interaccin suelo-estructura, frecuencias de vibracin, amortiguamientos


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1.

INTRODUCCIN.

La instrumentacin ssmica de edificios en la ciudad de Mxico se retoma formalmente a partir de 1987 con la participacin del Centro Instrumentacin y Registros Ssmico de la Fundacin Javier Barros Sierra (CIRES) y el Instituto de Ingeniera de la UNAM (IIUNAM) con el inicio de operaciones de dos redes aceleromtricas en sendos edificios, uno desplantado en suelo firme (Muri Vila et al, 1992) y otro en suelo blando (Muri Vila et al, 1993a y 1993b). La primera experiencia en Mxico fue la Torre Latinoamericana (Zeervaert, 1960 y 1962); en ella se registraron los movimientos ssmicos de julio de 1957 y mayo de 1962, cuyos desplazamientos relativos y aceleraciones registradas fueron la base para establecer los coeficientes ssmicos del reglamento de construcciones en el Distrito Federal de aquel entonces. Desafortunadamente, esta valiosa experiencia no motiv la instrumentacin de ms edificios, ni tampoco la continuacin de la operacin de dichos instrumentos y, al ocurrir los sismos de septiembre de 1985, no se cont con ningn registro de la respuesta estructural de edificios de las poblaciones afectadas por este movimiento. Lo anterior limit la comprensin del comportamiento estructural de varios edificios desplantados en los suelos arcillosos que sufrieron daos severos, y evidenci la importancia de contar con datos experimentales para poder hacer estimaciones cuantitativas de la respuesta y de esta forma estar en posibilidades de evaluar varios de los parmetros que se emplean en el diseo estructural de edificios. En el mundo, la instrumentacin ssmica de edificios es limitada, con excepcin de Japn y Estados Unidos que cuentan con cientos de ellos. Los registros obtenidos de estos edificios ha sido fundamental para comprender mejor de su comportamiento estructural, y para evaluar y modificar, en su caso, los criterios de diseo ssmico de las edificaciones. Las investigaciones realizadas con base en estos registros han sido de provecho para otros pases pero no basta para esclarecer las dudas concernientes a las respuestas ssmicas de los edificios dadas las particularidades estructurales y de sitio que hay en Mxico. Por lo tanto entre los expertos se han generado conjeturas y especulaciones en varios aspectos del comportamiento estructural, as como sobre los sistemas y tcnicas de rehabilitacin que deben aplicarse a las estructuras daadas. Estos hechos indican la necesidad de contar con datos confiables y es por ello la conveniencia de instrumentar los edificios ms representativos de las poblaciones del pas. Con base en datos reales de las respuestas estructurales evaluar el comportamiento de sistemas estructurales propios y de efectos de sitio peculiares a fin de esclarecer tales controversias. El IIUNAM, el CIRES y el Centro de Investigacin Cientfica y de Educacin Superior de Ensenada (CICESE) en 1987 lograron contar con apoyos financieros para retomar el estudio de la respuesta ssmica de edificios instrumentados (Alcntara et al, 1991; CIRES, 1991; Mendoza et al, 1991; Mena y Quaas, 1989; Meli et al, 1994; Meli et al, 1998; Muri Vila et al, 1992, 1993a y 1994; Rodrguez y Quaas, 1990; Rodrguez,Especialidad: Ingeniera Civil 5


1992); despus se sumaron el Centro Nacional de Prevencin de Desastres y la Fundacin ICA entre otros. Actualmente, en Mxico se estima que no exceden de 25 los edificios instrumentados; el nmero exacto se desconoce. Esta cantidad es insuficiente para cubrir los edificios ms representativos de las regiones de mayor riesgo ssmico del pas. En los casi 20 aos de estudio se han analizado con detalle las respuestas registradas de siete edificios instrumentados (Muri Vila et al, 1992, 1993a, 1993b, 1994 y 1997, 2001a, 2001b, 2004a y 2004b, Muri-Vila y Rodrguez, 2001, Zapata et al. 2001, Taborda, 2003). Destacan los resultados de cuatro edificios altos de concreto reforzado, porque sus frecuencias o periodos fundamentales estn muy cerca de las frecuencias dominantes del sitio, por lo tanto las respuestas registradas se dan en condiciones de cuasi resonancia. Tres de ellos se localizan en los suelos blandos de la ciudad de Mxico y el restante en los suelos blandos de la ciudad de Acapulco. El objetivo de estas investigaciones es contribuir a la comprensin de sus respuestas dinmicas ante sismos de gran intensidad, que es precisamente para estos casos donde subsisten las mayores controversias. Teniendo como meta prioritaria, la determinacin de las fuerzas y los amortiguamientos que se presenten durante sismos intensos, a fin de comparar sus valores con los que se disean, y analizar la evolucin de las propiedades del sistema suelo-estructura. En este trabajo se sintetizan los anlisis de los registros de la respuesta ssmica de cuatro edificios, entre 8 y 17 niveles, se discuten los efectos de interaccin sueloestructura (ISE) y se evalan las consideraciones de anlisis para lograr modelos analticos representativos con programas de cmputo que se emplean en la prctica profesional.


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2.

EDIFICIOS ESTUDIADOS

Los cuatro edificios estn desplantados en suelos blandos, tres de ellos se localizan en la ciudad de Mxico (edificios JAL, PC y MJ) y el otro en la ciudad de Acapulco (edificios SIS). Los instrumentos empleados en estos edificios son acelergrafos digitales equipados con servoacelermetros de gran sensibilidad y resolucin. Los equipos de un mismo edificio estn interconectados para que el inicio de grabacin de los registros sea el mismo y adems cuenta con una seal comn de tiempo. Edificio JAL El edificio est compuesto de una estructura principal de 14 niveles con un apndice y un cuerpo anexo de tres niveles, los cuales estn unidos en la planta del stano y separados en los restantes niveles por una junta constructiva de 15 cm (figura 2.1). El edificio se localiza en la zona de suelo blando de la ciudad de Mxico, en donde el espesor de los estratos arcilloso es de 31 m. Su estructura original era de concreto reforzado a base de columnas, muros de mampostera en las fachadas laterales y en el cubo de escaleras, un muro de concreto reforzado en el cubo de elevadores y losas reticulares de concreto reforzado de 45 cm de peralte. La plantas del cuarto al decimocuarto nivel tienen forma rectangular de 19.4 m de ancho (direccin T) por 32.45 m de largo (direccin L). La cimentacin est compuesta por un cajn de concreto reforzado desplantado a una profundidad de 3.30 m con una losa reticular inferior de 80 cm de peralte apoyada sobre 54 pilotes de friccin. Durante los sismos de septiembre de 1985, el edificio sufri algunos daos en sus elementos estructurales y no estructurales, que consistieron en agrietamientos de cortante en columnas y en muros de mampostera. Hubo fisuras mayores que 1 mm en algunas columnas del estacionamiento principalmente, as como menores que 1 mm en varias columnas en casi todos los niveles. Adems, se presentaron desprendimientos de material en ciertas columnas del sptimo nivel hacia arriba. En el muro de concreto del cubo de elevadores se detectaron agrietamientos menores que 1 mm en varios niveles. En las losas reticulares se produjeron grietas de hasta 2 mm de ancho en nervaduras, que evidencian la formacin de lneas de fluencia negativas y positivas. Debido al nivel de dao que sufri el edificio se llev a cabo su primera rehabilitacin en 1986. Cuatro columnas interiores de los niveles de estacionamiento y todas las columnas interiores de los niveles de oficinas se encamisaron con concreto reforzado de 20 cm de espesor. Adems, se construyeron muros de concreto reforzado en las crujas extremas de los marcos exteriores en la direccin L, con la particularidad que slo la cara superior de estos muros se ancl a la losa.


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Durante el sismo del 10 de diciembre de 1994 (evento 94-3), se produjeron daos moderados en elementos no estructurales (agrietamientos en muros de mampostera, as como agrietamientos y desprendimiento de aplanados de yeso y plafones), y reabertura de grietas en los nuevos muros de concreto y en el muro de concreto del cubo de elevadores, estos atribuibles a la acumulacin de los efectos de sismos anteriores (septiembre de 1985 y abril de 1989). Adems apareci un leve agrietamiento por cortante en algunas columnas del estacionamiento debido a los asentamientos del cuerpo anexo. Con el sismo de Copala del 14 de septiembre de 1995 (evento 95-1) aumentaron los daos no estructurales, y en las columnas de los niveles inferiores las anchuras fueron hasta de 0.85 mm. Ya que en 1995 se hizo evidente el deficiente comportamiento que el edificio tuvo ante las solicitaciones de pequea y moderada intensidad, se procedi a una segunda rehabilitacin.

Figura 2.1

Elevaciones y plantas del edificio JAL

Esta rehabilitacin se realiz principalmente en las tres crujas de los marcos extremos de la direccin T, consistiendo en la construccin de trabes de concreto de 20 cm de base por 108 cm de peralte, as como en la ampliacin de la seccin de las columnas existentes, formando un marco con material compuesto concreto reforzado y acero estructural (figuras 2.1). Tanto las trabes nuevas como las ampliaciones de columnas se recubrieron en sus tres caras externas con placas de acero estructural, y en la cruja central se colocaron contraventeos metlicos en forma de V. Las diagonales son de seccin trasversal cuadrada hueca, y formadas con placas de acero estructural que se soldaron a travs de placas a los nuevos marcos. Los elementos verticales de estos marcos se fijaron por medio de varillas de acero, la mitad de ellas soldadas a las placas y la otra mitad pegadas con resina epxica, a travs de perforaciones en el concreto de las columnas existentes. Estas varillas funcionan como conectores de cortante al quedar embebidas en el concreto.Especialidad: Ingeniera Civil 8


Durante octubre y noviembre de 1992, se instal la instrumentacin ssmica del edificio. Se seleccionaron un total de 14 puntos de observacin con acelergrafos triaxiales: dos en pozos profundos a 20 y 45 m, uno en el terreno, cuatro en stano, dos en el nivel 5, dos en el nivel 10 y tres en azotea (Meli et al, 1998). En la figura 2.2 se muestra la localizacin de los instrumentos, la cual hubo que retirarla en ao 2006 a solicitud del propietario.AZOTEA N11 AO 11O AC AE 11E N6 P.B. STANO SO 6O 6E SN SC SE 15.95 mS 15.75 m T 15 9.45 m L N

P1 -20 m

P2 -45 m

Figura 2.2 Instrumentacin del edificio JAL Edificio PC El edificio tiene una estructura de concreto reforzado de 17 niveles cimentado sobre un cajn de cimentacin desplantado a 3.28 m de profundidad y se apoya sobre 266 pilotes de friccin de seccin triangular de 27 m de longitud. Consta de un stano con muros perimetrales de concreto reforzado, planta baja de 38 por 54 m, mezzanine, ocho niveles escalonados de estacionamiento unidos con rampas y una torre de 12 niveles cuya dimensin en planta disminuye a 23.9 por 39 m y con alturas de entrepiso de 3.15 m. La altura total del inmueble es de 55.4 m. El edificio fue diseado con el Reglamento de Construccin del DF de 1977 y construido entre 1980 y 1984. La estructura es de concreto reforzado y est conformada por 16 niveles (entre estos un mezanine), un apndice en la azotea y un stano. Los niveles inferiores destinados a estacionamiento, estn dispuestos de forma escalonada y se unen entre si por medio de rampas (figura 2.3). Durante los sismos de septiembre de 1985 el edificio sufri daos moderados, los cuales fueron reparados, adems de realizarse un refuerzo mediante la colocacin de muros de concreto en toda su altura y la sustitucin de muros de mampostera por muros de concreto. Dada la irregularidad del edificio, buena parte de estos daos se concentraron en las columnas de la zona de transicin entre los niveles de estacionamiento y de oficinas donde hay un cambio brusco de rigidez en altura, as como en los muros del cubo de las escaleras y de los elevadores (Rodrguez, 1992). A partir de 1990 quedan instalados 11 acelergrafos triaxiales: tres en el stano, dos de ellos en las columnas extremas y el otro en la parte central del stano; cuatro en el entrepiso del nivel 7 y 8 de estacionamiento, dos en el cuerpo de la torre en el nivel 6 de oficinas y dos ms en el nivel de azotea (Rodrguez y Quass, 1990; Alcntara et al., 1991). De este modo los instrumentos se encuentran en una lnea vertical sobre unaEspecialidad: Ingeniera Civil 9


columna al sureste del edificio que inicia en el stano y termina en la azotea; lo mismo ocurre en los aparatos colocados en la parte central del edificio en la esquina noroeste del cubo de elevadores. Durante varios aos, la instrumentacin del edificio limit el estudio de la respuesta del sistema, ya que no contaba con un acelergrafo que registrara el movimiento del terreno y la instrumentacin del stano era insuficiente para analizar el movimiento de cabeceo. Motivo por el cual en 1999 se dispusieron de los recursos para instalar dos acelergrafos triaxiales (Alcntara et al., 1997; MuriVila et al., 2001b). Uno de los aparatos se instal en el jardn (JR) dentro de un pozo para colocarlo a la misma profundidad de desplante del cajn de cimentacin y el otro en la esquina sureste del stano (SS), de tal forma que la instrumentacin actual del edificio es la mostrada en la figura 2.4.B C D39 7,8 7,8 7,8 7,8 7,8

E

F

G

16.10 m

1 2 324,1

2,2 5

TM-A M-A

N25

L

8,4

45,3M-B M-E M-B M-B M-E M-B

SIMBOLOGA Columna Muro de concreto Losa Vaco

53,2

18.75 m

5'A 2 3 B C D E F G H I

4

T

N25

20.58 m

5

L

6 7 7' 8CISTERNA

SIMBOLOGA Columna Muro de concreto Vaco Pilote Dado

Figura 2.3 Elevaciones y plantas del edificio PC

AE Azotea16.10 m

AC

6E N6 6C

18.75 m

E8 E73m

E8 E7 EO EC

20,58 m

JR PB Stano SO SS SC

SE

N T 25

vL

Figura 2.4 Localizacin de los acelergrafos en el edificio PCEspecialidad: Ingeniera Civil 10


Edificio SIS (Acapulco) El edificio fue construido para uso residencial y est conformado por 16 niveles de apartamentos, la azotea, una planta baja y un semistano como estacionamiento. La planta del semistano mide 32.4 m en direccin longitudinal (L) y 36.4 m en direccin transversal (T), mientras que la planta tpica es de 23.4 por 24.6 m en las direcciones L y T respectivamente (figura 2.5). El semistano tiene una altura de 2.9 m y est desplantado a una profundidad de 0.8 m. La altura total del edificio es de 71.5 m.AoA'o

A

B32,42

C

D

E

F

5,13

3,88

4,00

4,95

5,13

6,28

3,05

A3,54

B4.00 4,95

C23,41 5,13

D6,28

E3,05

F

TN

Mi3

LC6 C7

13,09

1C2 C4 C4 C4 C5 C4

C23,09

C4

C4 C4

C4 C5

TN

2 32,3

C1 C6

C3

22,3

C4 C4

C1

C3

L

3C4 C5SIMBOLOGAVIGAS COLUMNAS MUROS DE CONCRETO

C4 C4

4,93

42,06

MC-2 C6 MC-1

4,93

SIMBOLOGA

5 62,06 36,43 4,75

MC-2

C4

VIGAS

4 5 624,59

C5

COLUMNAS MUROS DE CONCRETO

C5 C4VACO MUROS DE MAMPOSTERA

2,06 2,06

MC-1

VACO

72,3

C6

C1

C3

C4 C4 C5 C4

C5 C44,75

MUROS DE MAMPOSTERA

83,1

Dimensiones en m

C1C4

C3

C4 C4 C5 C4 Dimensiones en m

95,3

C6

C7

C2

C4

C4

72,3

83,1

Mx

C2

C4

C4

C4

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Figura 2.5 Plantas tipo y del stano del edificio SISAZ-N Azotea AZ-O AZ-S

AZ-E

12-N Nivel 12 12-C

8-N Nivel 8 8-C

4-N Nivel 4 4-C JN SO-N PB Stano SO-O Puesto de registro SO-E V T N L

Figura 2.6 Localizacin de los acelermetros en el edificio SIS La estructura de concreto reforzado se compone de marcos y muros unidos a losas macizas con espesores de 10 y 12 cm que estn construidas monolticamente con las vigas perimetrales de 90 cm de peralte. Las columnas en general tienen forma rectangular, aunque algunas poseen secciones en T y L. Los muros de concreto se ubican en la direccin longitudinal del edificio, mientras que los muros estructurales de mampostera hay en ambas direcciones. La cimentacin est compuesta por muros de concreto reforzado en los costados norte, este y oriente del stano, contratrabes de 2m de peralte y 30 pilas de friccin con secciones circulares de 1, 1.2, 1.4 y 1.6 m de dimetro y de 12.5m de longitud.Especialidad: Ingeniera Civil 11


La instrumentacin fue instalada a finales del ao 2001. Est compuesta de una red de 18 servoacelermetros uniaxiales y dos triaxiales. La ubicacin y orientacin de los sensores se muestra en la figura 2.6. Los sensores estn interconectados en una configuracin maestro-esclavo, en la que al pasar cierto umbral, el sensor maestro activa la operacin simultnea de la red. La resolucin de la instrumentacin es tal que permite registrar desde la vibracin ambiental hasta sismos de gran intensidad. Edificio MJ Es un edificio de concreto reforzado de ocho niveles, incluyendo dos stanos, el cual est localizado en la zona de suelo blando de la ciudad de Mxico. La estructura del edificio est formada por cinco marcos en sentido transversal (T) y cuatro en sentido longitudinal (L), unidos por una losa monoltica de 8 cm de espesor. En las dos fachadas laterales existen muros de mampostera confinada, desligados de la estructura, y en el cubo de elevadores y de escaleras, estn unidos a los marcos que los confinan. Las plantas del tercero al ltimo nivel son idnticas, mientras que las plantas de cimentacin y de acceso presentan una mayor rea debido a un ensanchamiento en su parte posterior (figura 2.7). El edificio fue restructurado en 1992 con el fin de darle mayor rigidez y resistencia. Los trabajos consistieron en el encamisado de algunas columnas de las plantas de acceso y planta baja con placas de acero, y colocacin de contraventeos de acero a partir del primer nivel, los cuales se anclaron a la estructura en las crujas extremas de las fachadas principal y posterior; se construyeron muros de concreto reforzado de 15 cm de espesor en las crujas extremas de las fachadas laterales y se anclaron al cajn de cimentacin. Las dimensiones de la estructura en planta en los niveles de stano son de 28.60 por 22.40 m y las dimensiones de la planta tipo y de azotea son de 28.60 por 18.00 m. Las alturas de entrepiso en los niveles superiores son de 3.45 m, en la planta de acceso es de 3.95 m, mientras que en la planta de stano del mezzanine es de 3.55 m y en la correspondiente al andn de la estacin es de 3.60 m, sobresaliendo as la estructura una altura de 21.20 m sobre el nivel de terreno.

Figura 2.7 Elevaciones y plantas del edificio MJ


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Figura 2.8

Edificio MJ y su instrumentacin

La estructura se apoya sobre un cajn de cimentacin desplantado a 9 m de profundidad. Hay con un muro Miln de espesores de 60 cm y de 80 cm, en el permetro del cajn, excepto en la cara que comparte con el cajn de una estacin del Metro. El muro es estructural, ya que se liga a la estructura con el acero de refuerzo de las contratrabes y trabes de esos niveles perpendiculares a ellos. En junio de 1990 se inici la operacin de una red de cinco acelergrafos instalada en el edificio. En la figura 2.8 se muestra la ubicacin de los aparatos: uno se localiza en el stano de la estructura a nivel del Metro andn (MA), dos en planta baja a nivel de acceso (BE, BO) y dos en azotea (AE, AC). En el ao 2000 se retiro la instrumentacin.


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3

PROCEDIMIENTOS DE ANALSIS Procedimientos de anlisis de las respuestas de los edificios

3.1

Los registros se procesan en dos etapas: la primera lo lleva a cabo el grupo encargado de la operacin y mantenimiento de la red acelerogrfica. Los acelerogramas que se graban en cada aparato son recuperados para editarlos y as asignar a cada uno las caractersticas de la estacin, del instrumento y del evento. En la segunda etapa se realiza el procesamiento de los acelerogramas que consiste en los pasos siguientes: Examinar los registros de un mismo evento para determinar su calidad, y verificar el tiempo inicial para sincronizarlos con base en una seal comn de tiempo. Eliminar en cada registro los componentes frecuenciales que no son de inters con la filtro. Las frecuencias de inters normalmente estn en una banda de frecuencias entre 0.10 y 30 Hz. Efectuar la correccin de lnea base para determinar el eje de amplitudes cero a cada registro; que en este caso, consisti en calcular la media de las amplitudes de todos los puntos del registro y restrselo al valor de amplitud en cada punto. Como no siempre es posible colocar los instrumentos en los puntos que se consideran estratgicos para el anlisis de las respuestas es necesario generar las seales en dichos puntos a partir los acelerogramas obtenidos de los puntos instrumentados. Esto es factible siempre y cuando se tenga el suficiente nmero de puntos instrumentados y que pueda considerarse que la losa de cimentacin es un diafragma rgido y las losas de los niveles instrumentados del edificio son infinitamente rgidas en su plano. Integrar los acelerogramas corregidos y generados para obtener las historias de velocidades y desplazamientos. En el clculo se supone que las amplitudes varan linealmente entre dos puntos consecutivos.

Para el estudio de las caractersticas del sistema se establecieron procedimientos que se basan en dos tcnicas: Tcnicas no paramtricas que consisten en determinar las caractersticas del sistema estructural a partir del anlisis de los datos en los dominios del tiempo y la frecuencia (Bendat y Piersol, 1989, Ewins, 1986, Muri-Vila et al. 2001a; Muri-Vila y Rodrguez, 2002, Muri Vila et al 2006). Tcnicas paramtricas donde se establece un modelo matemtico simplificado y se estiman los valores de los parmetros estructurales necesarios para producir una ptima correlacin entre las respuestas medidas y la calculadas (Beck y Jenning, 1980; Ljung, 1987, Yi y Mau, 1990, Cruz et al, 2007).


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3.1.1 Procedimientos de anlisis no paramtrico El anlisis de los registros se realiza en el dominio del tiempo y la frecuencia. El anlisis en el tiempo consisti esencialmente en determinar, de las seales registradas y/o generadas, las amplitudes mximas del movimiento, clculo de la intensidad instrumental, descomposicin de los componentes de movimiento y las distorsiones de entrepiso. Para el anlisis en frecuencia, se calcularon los espectros de Fourier y varios cocientes espectrales con los registros, para obtener las frecuencias de vibracin ms significativas asociadas a los componentes horizontales de traslacin y torsin del sistema estructura-suelo. Para ambos casos, la seleccin y manipulacin de las seales, se hizo de acuerdo con las propiedades dinmicas que se desean identificar. Anlisis en el dominio del tiempo

Figura 3.1 Idealizacin del sistema suelo-estructura (xc=hj ; xe=xj ) Las historias de aceleraciones, velocidades y desplazamientos obtenidas en cada punto de observacin del edificio, estn compuestas de diferentes tipos de movimiento como se ilustra esquemticamente en la figura 3.1 y los desplazamientos totales puede expresarse comoXi a = X s + X + o Xi + Xi + Xi c e et (3.1)

dondeXi a X s

desplazamiento absoluto de traslacin en el i-simo nivel desplazamiento absoluto de traslacin del suelo desplazamiento de traslacin de la base con respecto al suelo desplazamiento de traslacin en el i-simo nivel debido a cabeceo desplazamiento de traslacin de la estructura en el i-simo nivel desplazamiento de traslacin de la estructura en el i-simo nivel debida a torsin.

X o i X c i X e Xi et


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Para los edificios que cuenta con una adecuada instrumentacin es posible hacer la descomposicin del movimiento (aceleracin, velocidad o desplazamiento). Se supone que la losa del stano es infinitamente rgida, y que los diafragmas de entrepiso son infinitamente rgidos en su plano. Con est descomposicin se puede estimar la contribucin en la respuesta estructural, de los movimientos de cabeceo y traslacin de la base debidos a los efectos de interaccin suelo-estructura (ISE), as como los de flexin y torsin de la estructura.

Anlisis EspectralEl procesamiento de la informacin se realiza mediante un anlisis espectral convencional (Bendat y Piersol, 1989). Para tener la informacin en el dominio de la frecuencia a las historias de aceleracin absoluta corregida ( x ( t ) ) se aplic la trasformada rpida de Fourier, de acuerdo con

X(f) = Esta ecuacin se puede escribir X(f) =

T

x(t)ei2 f t dt0

(3.2)

T

x(t) cos(2f t)dt i0

T

x(t) sen(2f t)dt0

(3.3)

Es decir, las amplitudes de Fourier ( X ( f ) ) estn compuestas por una parte real ( XR ( f ) ) y una parte imaginaria ( XI ( f ) )

X(f) =

( X (f)) + ( X (f))2 R i

2

(3.4)

Los auto-espectros de potencia de las seales se calcularon de acuerdo conSXX (f) = X* (f) X(f)

(3.5)

Donde X* ( f ) es el espectro conjugado de Fourier de la aceleracin y como el espectro de amplitud es una funcin de simetra, implica queX* (f) = X(f)

(3.6)

Dada esta propiedad, es conveniente definir los espectros de potencia de la forma siguiente 2SXX (f) ; f > 0 GXX (f) = SXX (f) ; f = 0 (3.7) 0 ; f 0 GXY (f) = SXY (f) ; f = 0 0 ; f

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