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INVENTARIO DE LAS PROPIEDADES DINÁMICAS DE 6 EDIFICIOS DE LA
UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA-AZCAPOTZALCO
Mario Ramírez Centeno
Universidad Autónoma Metropolitana – Azcapotzalco
Departamento de Materiales
Av. San Pablo 180, Azcapotzalco 02200
México D.F.
Email: [email protected]
RESUMEN
En este trabajo se presenta la base de datos de las propiedades dinámicas de 6 edificios de la
UAM-A, la cual permite caracterizar estructuralmente dichas estructuras. Dicha caracterización
permitirá evaluar los cambios en la rigidez de las estructuras cuando se presente un sismo
moderado o intenso, o bien cuando se sometan a programas de reparación y refuerzo, programas
que en algunos casos ya se han efectuado.
SUMMARY
The results of the study of the dynamic properties of 6 structures of the Metropolitan
Autonomous University are presented. Based on these results it is possible to evaluate the
stiffness change in these buildings when a moderate or strong earthquake occurs. Also, it will be
possible to study the changes when the buildings be reinforced.
INTRODUCCIÓN
El Área de Estructuras de la UAM ha estudiado desde hace varios años la capacidad sismoresistente de sus estructuras con el objetivo de identificar las deficiencias. Este proceso se inicio
después de los sismos de Septiembre de 1985, cuando algunos de sus edificios sufrieron daños
estructurales leves. Una vez solventada la etapa de reparación de los daños estructurales y no
estructurales, se consideró necesario estudiar la capacidad sismo-resistente de las estructuras más
importantes. Este proceso se llevó a cabo en las tres Unidades Académicas de la UAM y permitió
distinguir aquellas estructuras que presentaban deficiencias en su resistencia a la luz de los
Reglamentos de Construcciones vigentes en los distintos momentos posteriores a los sismos de
1985. Así, y de acuerdo con las posibilidades económicas de la UAM, fueron efectuándose
diferentes proyectos de refuerzo los cuales se han estado ejecutando desde los meses posteriores
a los sismos y hasta la fecha.
En forma paralela al proceso de determinación de la capacidad sismo-resistente de las estructuras
de la UAM, el Área de Estructuras incursionó en la instrumentación para el registro de sismos y
en este esfuerzo se involucraron paulatinamente ocho universidades más: Universidad Autónoma
de Guerrero, Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla, Universidad Autónoma del
Estado de México, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Universidad Autónoma
de Chiapas, Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Occidente, Universidad La Salle y
recientemente el Instituto Tecnológico de la Costa Chica. Estas universidades conforman la Red
Interuniversitaria de Instrumentación Sísmica, que a la fecha opera 20 estaciones acelerométricas
distribuidas en seis estados del país. En el Distrito Federal, la UAM opera directamente tres
estaciones, una en cada Unidad: Azcapotzalco, Iztapalapa y Xochimilco. La Universidad La Salle
cuenta además en el D.F. con otro equipo en sus instalaciones.
En el caso de la UAM, debido a que se conoce la capacidad sismo-resistente de sus estructuras, y
que además los equipos acelerométricos miden la aceleración máxima experimentada por el
suelo, se estableció un procedimiento por medio del cual el Área de estructuras informa a las
Autoridades Universitarias a las pocas horas de ocurrido un sismo importante, sobre cuales
pueden ser las consecuencias del sismo con base en la comparación del cortante basal resistente
de las estructuras con la aceleración máxima registrada. Así, es posible tener una muy buena
aproximación de cual puede ser el daño a las construcciones de la UAM debido al movimiento
sísmico.
DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS
Aunque los estudios se han efectuado a estructuras de las tres Unidades, ha sido en Azcapotzalco
donde se han llevado a cabo en mayor número, que a la fecha suman seis. Los edificios
estudiados en orden cronológico son: Edificio D, B, K, G, H y C (Figura 1). Con excepción de
los edificios H y C, el resto son edificios de aulas o laboratorios. El edificio H es usado para
cubículos de profesores y oficinas académicas, en tanto que en el edificio C se ubica la Rectoría
de la Unidad junto con muchas de sus oficinas administrativas. A continuación se describe
brevemente cada uno de los edificios considerados en este estudio.
FIGURA 1.- Ubicación de los edificios de la UAM-A
Edificio D
Este edificio de 4 niveles esta estructurado a base de losa encasetonada y columnas de concreto
reforzado. El edificio mide en planta 107.73m de largo por 11.465m de ancho, de los cuales
3.60m corresponden al andador externo a las aulas, el cual está en voladizo. Las columnas, salvo
en los ejes extremos, miden 1.00m x 0.35m de sección transversal. Las columnas de los últimos
ejes miden 1.00m x 0.25m. La losa encasetonada de 0.50m de peralte está aligerada con bloques
de poliestireno de 0.40m de peralte embebidos en ella. La cimentación está formada por
cascarones cilíndricos de concreto reforzado de 0.16m de espesor, orientados en la dirección
corta, con profundidad máxima de 3.5m.
Los elementos no estructurales son muros divisorios de tabique hueco, ubicados en el eje de las
crujías cortas, así como en el eje A de las crujías en el sentido largo, en la colindancia con el
andador. A lo largo de los ejes A´y B existen pretiles de concreto reforzado. El edificio tiene dos
crujías de escaleras, ubicadas en los tercios medios del edificio. El edificio está comunicado con
otro mediante un puente peatonal simplemente apoyado de 3.60m de ancho a través del andador
del segundo piso.
Edificio B
Este edificio sufrió algunos daños estructurales ligeros durante los sismos de 1985, daños que
fueron restaurados poco tiempo después. A finales de 1995 se iniciaron los trabajos de refuerzo
del edificio con el objetivo de cumplir con las disposiciones del Reglamento de Construcciones
del Distrito Federal, RCDF-87, y como parte del programa de reforzamiento de estructuras que la
UAM ha establecido, el cual se basa en el estudio de la capacidad sismo-resistente de sus
inmuebles.
En su condición no reforzada, el edificio de 4 niveles estaba estructurado a base de losa
encasetonada y columnas de concreto reforzado. El edificio medía en planta 107.73m de largo
por 11.465m de ancho, de los cuales 3.60m corresponden al andador externo a las aulas, el cual
está en voladizo. Las columnas, salvo en los ejes extremos, miden 1.00m x 0.35m de sección
transversal. Las columnas de los últimos ejes miden 1.00m x 0.25m. La losa encasetonada de
0.50m de peralte está aligerada con bloques de poliestireno de 0.40m de peralte embebidos en
ella. La cimentación está formada por cascarones cilíndricos de concreto reforzado de 0.16m de
espesor, orientados en la dirección corta, con profundidad máxima de 3.5m.
Los elementos no estructurales son muros divisorios de tabique hueco, ubicados en el eje de las
crujías cortas, así como en el eje A de las crujías en el sentido largo, en la colindancia con el
andador. A lo largo de los ejes A´y B existen pretiles de concreto reforzado. Originalmente el
edificio tenía sólo una crujía de escaleras, ubicada en uno de los tercios del edificio, aunque el
proyecto original indicaba la presencia de dos. El edificio está comunicado con otro mediante
puentes simplemente apoyados de 8.00m de longitud y 3.60m de ancho a través de los andadores
en todos los pisos en el extremo poniente.
Al ocurrir los sismos de Septiembre de 1985 el pretil de concreto reforzado del eje B no se
encontraba desligado de las columnas, lo que provocó el agrietamiento típico de columnas cortas
en algunas de ellas. En forma preventiva, en 1989 fueron reparados los daños en las columnas
mediante la inyección de resinas en las grietas y además se desligaron los pretiles de las
columnas.
El refuerzo del edificio se logró mediante la adición de muros de concreto reforzado en las dos
direcciones y con el correspondiente refuerzo de la cimentación. En la dirección transversal se
construyeron en toda la altura muros en las crujías 1, 5, 6, 12, 13 y 17. En la dirección
longitudinal se construyeron dos muros en cada cabecera sobre los ejes A y B. Cada muro ocupa
la última crujía del marco y se prolonga 4.0m hacia una nueva crujía cuyo remate es una columna
de dimensiones iguales a las existentes en las crujías interiores. El espesor de los muros varía de
0.30m a 0.20m. En las cabeceras se amplió y reforzó la cimentación existente para soportar las
acciones transmitidas por los nuevos muros. En la zona de escaleras también se reforzaron las
contratrabes que reciben a los muros de concreto. Aprovechando los trabajos de refuerzo se
construyó la escalera faltante según el proyecto original. En las crujías ocupadas por las
escaleras, en el eje B, se colocaron trabes metálicas para dar continuidad a los marcos. La
evaluación de la resistencia del edificio en su condición original y el proyecto de refuerzo es
explicado en detalle por Guerrero (et. al., 1996).
FIGURA 2.- Planta del edificio B antes del refuerzo
FIGURA 3.- Planta del edificio B después del refuerzo
FIGURA 4.- Vista del edificio B
FIGURA 5.- Vista de uno de los edificios tipo de la UAM-A
Edificio K
La estructura es de concreto reforzado de cuatro niveles, destinado para aulas. El edificio está
estructurado a base de columnas que soportan los sistemas de piso formados por losas reticulares
con plantas regulares. Las dimensiones en planta son 108.4 x 12.15m. En dirección longitudinal
tiene 15 crujías en tanto que en la transversal tiene una. La altura de entrepiso es de 3.50m en
planta baja, en tanto que para los pisos superiores es de 3.25m
Los muros interiores que delimitan las aulas son muros de block hueco, con acabado aparente,
desligados de la estructura. La cimentación es a base de cascarones cilíndricos de concreto
reforzado. Las losas de concreto están ligadas sólo a las losas de entrepiso y no están ligadas ni a
muros ni a otro elemento estructural. Los pretiles en el pasillo dan un importante peso a la
estructura. El edificio está conectado a otros dos, el H y el P mediante puentes peatonales de
concreto reforzado, los cuales están libremente apoyados.
Edificio H (previo al refuerzo)
En este edificio se ubican las oficinas académicas de la UAM-A y cuenta con 4 niveles,
incluyendo la planta baja. En cada nivel se ubican aproximadamente 200 oficinas, las cuales son
ocupadas en su mayoría por profesores. La superficie construida tiene una planta cuadrangular de
63.60 x 62.40m y cuenta con un vano central de 31.20 x 31.2m, lo cual arroja un área construida
de 2995.2m2 por nivel. En cada entrepiso 36 columnas, cuya sección es de 65 x 65cm, soportan
las cargas del inmueble.
Respecto a los sistemas de piso se utilizaron dos sistemas estructurales. En el cuarto piso, la losa
de azotea es a base de losa-acero en combinación con armaduras metálicas dobles de 70cm de
peralte en promedio, formadas por ángulos. En los demás entrepisos se utilizó losa reticular con
peralte de 50cm. El edificio cuenta con dos cubos de escaleras en los lados norte y sur. La
cimentación está formada por cascarones hiperbólicos
Edificio C
Este edificio de 4 niveles esta estructurado a base de losa encasetonada y columnas de concreto
reforzado. El edificio mide en planta 107.73m de largo por 11.465m de ancho, de los cuales
3.60m corresponden al andador externo a las aulas, el cual está en voladizo. Las columnas, salvo
en los ejes extremos, miden 1.00m x 0.35m de sección transversal. Las columnas de los últimos
ejes miden 1.00m x 0.25m. La losa encasetonada de 0.50m de peralte está aligerada con bloques
de poliestireno de 0.40m de peralte embebidos en ella. La cimentación está formada por
cascarones cilíndricos de concreto reforzado de 0.16m de espesor, orientados en la dirección
corta, con profundidad máxima de 3.5m.
Los elementos no estructurales son muros divisorios de tabique hueco, ubicados en el eje de las
crujías cortas, así como en el eje A de las crujías en el sentido largo, en la colindancia con el
andador. A lo largo de los ejes A´y B existen pretiles de concreto reforzado. El edificio tiene dos
crujías de escaleras, ubicadas en los tercios medios del edificio. El edificio está comunicado con
otro mediante un puente peatonal simplemente apoyado de 3.60m de ancho a través del andador
del segundo piso.
CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS EN EL SITIO
De acuerdo con un estudio de mecánica de suelos efectuado a través de tres sondeos ubicados en
la Unidad, el suelo está constituido básicamente por tres estratos. El superior está formado por un
conjunto de capas limo-arenosas, medianamente compactas, con espesor de 4.50m y cuya
resistencia a la penetración estándar varía entre 10 a 45 golpes. El estrato intermedio tiene un
espesor aproximado a 5.00m y está constituido por arcillas de origen lacustre, muy compresibles,
blandas y de alta plasticidad que presenta de 2 a 10 golpes en la prueba de penetración estándar.
El último estrato está nuevamente formado por arenas y limos arenosos compactos, con
resistencia a la penetración estándar de 20 a 50 golpes y con tendencia a aumentar con la
profundidad. El fin del sondeo llega hasta este estrato.
El nivel freático se localizó a 2.70m de profundidad. De acuerdo con un análisis de la vibración
ambiental y con el cálculo analítico de la frecuencia basado en las propiedades dinámicas de los
distintos estratos en el sitio, la frecuencia natural de vibración del suelo es de 1.56 hz., en
coincidencia con la obtenida a partir de los eventos registrados en la estación acelerométrica
ubicada en la Unidad, así como con la que el RCDF-87 estima para ese sitio.
PERIODOS FUNDAMENTALES DE VIBRACIÓN
A partir de 1993 se han efectuado estudios analíticos y experimentales para determinar los
periodos naturales de vibración en algunas estructuras de la UAM. Aunque se han efectuado
estudios en estructuras de las tres Unidades, ha sido mayor el número de los edificios de la
Unidad Azcapotzalco. A la fecha se han estudiado seis estructuras de esta Unidad. En todos los
casos estos estudios han sido en parte realizados por alumnos como parte de su Proyecto
Terminal. Los edificios de la UAM-A que han sido estudiados de esta manera son en orden
cronológico: Edificio D, B, K, G, H y C. En la mayoría de los casos se trata de edificios de
concreto reforzado cuyo uso principal es de aulas, con cuatro niveles cada uno.
Metodología
Para determinar experimentalmente los primeros periodos naturales de vibración se analizó la
vibración ambiental registrada en ellos. En uno de los edificios, el H, se cuenta además con
varios registros sísmicos que permitieron enriquecer y corroborar la información registrada. El
equipo usado para registrar la vibración ambiental consistió en un registrador digital de estado
sólido, marca Kinemetrics, modelo SSR-1, cuya velocidad de muestreo se fijó en 100 mps, seis
sensores acelerométricos uniaxiales Kinemetrics FBA-11, con capacidad de registro máxima de
1g, un computador portátil y los cables y programas de cómputo necesarios.
Los sitios en cada edificio donde se registró la vibración ambiental varían, dependiendo de las
características de cada uno y de las conexiones con otros edificios mediante los puentes
peatonales. Usualmente cuando sólo se determinaron los periodos naturales, los sensores se
ubicaron básicamente en la losa de azotea, con dos sensores en direcciones ortogonales
horizontales ubicados en el centro geométrico de la planta. Uno o dos sensores más se colocaron
en los extremos de la losa, en dirección transversal y/o longitudinal, con el objetivo de identificar
los posibles periodos asociados a modos de torsión. En algunos casos especiales (edificios B y
H), se instalaron arreglos más densos en planta y en elevación con el objetivo de determinar,
además, las formas modales y el amortiguamiento crítico.
En todos los casos se registraron diez eventos de 60 seg. cada uno, con tres a seis sensores
registrando simultáneamente la vibración. A partir de estos registros se obtuvieron los Espectros
de Fourier promedio.
Análisis de la información
Una vez hechas las mediciones de vibración ambiental los registros obtenidos fueron procesados
con diferentes programas que se presentan a continuación el orden de aplicación.
1.
CNVSSR: transforma los registros binarios en archivos con extensión *.D16 para que
puedan ser leídos por el programa VOL1DS.
2.
VOL1DS: este programa convierte los archivos obtenidos con CNVSSR en un archivo
de datos con unidades de aceleración requeridos por VOL2 (el programa VOL1DS
genera un archivo *.V1), el programa VOL1DS requiere que este presente el archivo
NETWORK.PAR (este archivo es generado mediante en un editor de texto) en el cual se
encuentran los parámetros requeridos por VOL1DS para el procesamiento del registro
dentro de los parámetros importantes para los registros se encuentran: Tipo de
instrumento, Número de serie, 4 caracteres para definir el nombre de cada canal,
Sensibilidad de cada canal, Frecuencia natural de cada canal, Amortiguamiento de cada
canal.
3.
VOL2: una vez generado el archivo *.V1 este programa hace correcciones por línea
base en los acelerogramas registrados. Efectúa la integración de la aceleración para
obtener las velocidades y desplazamientos registrados, genera un archivo *.V2. El
programa VOL2 requiere para su ejecución la presencia del archivo FILTER.PAR, este
archivo contiene un filtro de frecuencias con un ancho de banda dado.
4.
EFER: procesa el archivo *.V2 y genera un archivo *.FUR, este programa nos permite
obtener los espectros de Fourier para la ejecución de este programa es necesaria
presencia del archivo EFER.DAT en el cual se encuentran los datos para el
procesamiento del archivo *.V2. Ya obtenido el archivo *.FUR, se grafica el periodo
contra la amplitud espectral.
Resultados
En las tablas 1a 7 se presentan los resultados obtenidos, los cuales contienen los primeros cinco
periodos naturales de vibración y la descripción de los modos correspondientes:
TABLA 1.- Periodos naturales de vibración del edificio D
Modo
Tipo
1º.
Flexión en dirección
longitudinal
Flexión en sentido
transversal
Torsión
Flexión en sentido
transversal
Flexión en sentido
longitudinal
2º.
3º.
4º.
5º.
Periodo
(seg.)
0.72
0.71
0.54
0.53
0.26
TABLA 2.- Periodos naturales de vibración del edificio B (previo al refuerzo)
Modo
Tipo
1º.
Flexión en sentido
longitudinal
Flexión en sentido
transversal
Torsión
2º.
3º.
Periodo
(seg.)
0.53
0.42
0.32
TABLA 3.- Periodos naturales de vibración del edificio B (posterior al refuerzo)
Modo
Tipo
1º.
Flexión en sentido
longitudinal
Flexión en sentido
transversal
Torsión
2º.
3º.
Periodo
(seg.)
0.29
0.34
0.22
TABLA 4.- Periodos naturales de vibración del edificio K
Modo
Tipo
1º.
Flexión en dirección
longitudinal
Flexión en dirección
transversal
Torsión
Flexión en dirección
transversal
2º.
3º.
4º.
Periodo
(seg.)
0.86
0.48
0.45
0.40
TABLA 5.- Periodos naturales de vibración del edificio G
Modo
Tipo
1º.
2º.
Torsión
Flexión en dirección
transversal
Flexión en dirección
longitudinal
3º.
Periodo
(seg.)
0.63
0.33
0.20
TABLA 6.- Periodos naturales de vibración del edificio H (previo al refuerzo)
Modo
Tipo
1º.
2º.
3º.
4º.
5º.
Torsión
Torsión
Torsión
Torsión
Torsión
Periodo
(seg.)
0.59
0.56
0.42
0.25
0.13
TABLA 7.- Periodos naturales de vibración del edificio C
Modo
Tipo
1º.
2º.
3º.
Torsión
Torsión
Flexión en dirección
transversal
Torsión
Torsión
4º.
5º.
Periodo
(seg.)
0.77
0.70
0.63
0.58
0.37
CONCLUSIONES
Se presentan en este trabajo los resultados de un proyecto de investigación cuyo objetivo es la
determinación de los primeros periodos naturales de vibración de las estructuras más importantes
de la UAM-A, que a la fecha ha permitido identificar los primeros periodos naturales de
vibración en seis edificios.
Estos estudios han permitido a la fecha estudiar el cambio en la rigidez del edificio B, el cual fue
reforzado, y en el futuro cercano permitirá conocer el efecto del refuerzo del edificio H, el cual
fue recientemente terminado.
REFERENCIAS
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Guerrero J. J., Gómez B., González O.M., Iglesias J. (1996). “Refuerzo estructural del edificio
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propiedades dinámicas de un modelo metálico de cuatro niveles” Reporte Técnico UAM-A. Área
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edificio sujeto a refuerzo” Tesis de Maestría, División de Estudios de Posgrado de la Facultad de
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