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Corporación de Desarrollo
Tecnológico
CONFERENCIA TECNOLÓGICA 2013
24 de Abril de 2013
"PREFABRICADOS DE HORMIGÓN Y SU
RESISTENCIA SÍSMICA”
Michael Rendel
Gerente de Proyectos y Carl Lüders, Socio Fundador de Sirve
www.sirve.cl
Corporación de Desarrollo Tecnológico
25 páginas
CONFERENCIA TECNOLÓGICA
2013
PREFABRICADOS DE
HORMIGÓN Y SU RESISTENCIA
SÍSMICA
www.sirve.cl
QUIÉNES SOMOS
2013
Crecimiento
SIRVE
Seismic Protection
Technologies
Soluciones innovadoras para un óptimo desempeño estructural
Misión
Desarrollar tecnología y proveer soluciones
innovadoras que mejorar sustantivamente el desempeño de
las estructuras frente a solicitaciones extremas, mejorando
así la calidad de
vida de las personas y la seguridad de la
Industria.
ingeniería
tecnología
Soluciones integrales
de Protección Sísmica
QUÉ HACEMOS
SIRVE entrega soluciones para proyectos de ingeniería a
través de cinco áreas de negocios:
I.
II.
III.
IV.
V.
Ingeniería de Protección Sísmica
Ingeniería estructural
Revisión estructural y análisis de riesgo sísmico
Mediciones y ensayos
I+D
SIRVE
Seismic Protection
Technologies
Innovative Solutions
for para
Optimal
Structure
Performance
Soluciones
innovadoras
un óptimo
desempeño
estructural
Protección Sísmica
Viviendas sociales
Campos de Aplicación
Oficinas
Hospitales
Puentes
Edificios en altura
Estructuras complejas
Viviendas unifamiliares
Educación
Edificios prefabricados
Infraestructura / Industria
Centros médicos
Edificios gubernamentales
SIRVE
Seismic Protection
Technologies
Soluciones innovadoras para un óptimo desempeño estructural
EL PROBLEMA
2011
Japón
2010
Haití
2004
Indonesia
2011
Nueva Zelanda
2010
Chile
SISMOS
Mecanismo
INTERSISMICO
COSISMICO
-
POSTSISMICO
TERREMOTO DEL
27-F (CHILE)
INTENSIDADES Y
DESLIZAMIENTOS
(CHILE)
 Curico
CONCEPTOS BÁSICOS
PREFABRICADO
EN HORMIGÓN
2.1. CONCEPTOS BÁSICOS DE PREFABRICADOS EN HORMIGÓN
• Velocidad Constructiva superior a obras in-situ
• Terminaciones de obra gruesa de alto estándar
• Requiere menos personal para montaje en obra
• Prefabricación de elementos estructurales en espacios y
con procedimientos bien controlados
• Dimensionamiento de elementos prefabricados puede
verse controlado por variables de transporte y montaje
SIRVE
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Technologies
Innovative Solutions for Optimal Structural Performance
2.1. CONCEPTOS BÁSICOS DE PREFABRICADOS EN HORMIGÓN
• Diseño sísmico regulado por las siguientes normas:
• NCh433.Of96 (y D.S. 61-2011)
• NCh2369.Of2003
• NCh2745.Of2003
• Restricciones especiales para ciertas configuraciones
estructurales y tipologías de unión. (columnas voladizo…)
• Montaje y unión de piezas en obra: Existen 3 grandes
grupos de uniones:
• Uniones Húmedas
• Uniones Dúctiles
• Uniones Secas
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2.1. CONCEPTOS BÁSICOS DE PREFABRICADOS EN HORMIGÓN
• Uniones Húmedas
Emulan el comportamiento de
las estructuras de hormigón
armado construidas en sitio,
que cumplen con anclajes y
longitudes de empalme de
barras según ACI318
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2.1. CONCEPTOS BÁSICOS DE PREFABRICADOS EN HORMIGÓN
• Uniones Dúctiles
Elementos prefabricados
unidos mediante elementos de
conexión que hayan
demostrado (análisis y
ensayos) tener mayor o igual
resistencia y ductilidad a
uniones monolíticas
hormigonadas en sitio según
ACI318
• POR EJEMPLO UNIONES
MEDIANTE CADWELD
• Buscar ejemplo
Tipo Cadweld
SIRVE
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Innovative Solutions for Optimal Structural Performance
2.1. CONCEPTOS BÁSICOS DE PREFABRICADOS EN HORMIGÓN
• Uniones Secas
Elementos prefabricados
unidos mediante conexiones
fuertes que aseguren que el
comportamiento dúctil se
produzcan en secciones
alejadas de la conexión fuerte.
* Estas conexiones tienen
impuestas mayores exigencias
en la normativa de diseño.
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2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Uniones Viga Columna (secas)
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2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Uniones Viga Columna (secas)
Edificio en Ciudad Empresarial
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2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Uniones Viga Columna (secas)
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2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Uniones Viga Columna (secas)
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2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Uniones Viga Columna (secas)
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2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Uniones Viga Columna (secas)
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2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Uniones de Costaneras (dallas) con Vigas
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2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Uniones de Costaneras (dallas) con Vigas
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Innovative Solutions for Optimal Structural Performance
2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Uniones Arriostramientos de techo con Columnas o Vigas
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2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Uniones Arriostramientos de techo con Columnas o Vigas
SIRVE
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Innovative Solutions for Optimal Structural Performance
2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Uniones Arriostramientos de techo con Columnas o Vigas
SIRVE
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2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Elementos no estructurales Cierres y Fachadas
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2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Elementos no estructurales Cierres y Fachadas
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Innovative Solutions for Optimal Structural Performance
2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Elementos no estructurales Cierres y Fachadas
SIRVE
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2.2. DAÑOS OBSERVADOS EN EL PASADO TERREMOTO 27F
• Elementos no estructurales Cierres y Fachadas
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NUEVA FILOSOFÍA
DE DISEÑO
FILOSOFIA
CONVENCIONAL DE DISEÑO
SISMICA
SÍSMICO
La filosofía tradicional de
diseño sísmico asume la
ocurrencia de daño, y
que las estructuras
puedan quedar
INSERVIBLES
NIVEL
NIVEL
Resistan sin daños
Limiten los daños
movimientos sísmicos de
intensidad moderada
en elementos no
estructurales durante
sismos de mediana
intensidad
NIVEL
Aunque presenten
daños, eviten el
colapso durante
sismos de intensidad
excepcionalmente severa
Nueva
de diseño sísmico
Mayor
confort
Protección
a la vida
PROTECCIÓN
SÍSMICA
Continuidad
en la
operación
Protección
estructural
Protección
a
contenidos
TÉCNICAS
Disipación
Metálica
Friccional
Viscosa
Viscoelástica
Magnetoreológica
Semiactivas
Masas sintonizadas
Aislamiento
Sísmico
Elastomérico
Friccional
Cinemático
CONCEPTO
La estructura vibra y
la deformación produce daño
EDIFICIO SIN
AISLACION BASAL
La vibración se reduce
entre 6 y 8 veces
EDIFICIO CON
AISLAMIENTO
BASAL
Dispositivos
TIPOS DE AISLADORES
1.1
AISLADOR
DE BASE
ELASTOMÉRICO
1.2
AISLADOR
DE BASE DE
FRICCION
1.3
AISLADOR
TIPO
PENDULO
FRICCIONAL
(Suelo II(B), Zona=3)
NCh2745
0,8
NCh433
NCh433+MINSAL
Aislamiento
0,7
0,6
Sísmico
Período base fija
0,5
Sa [g ]
CONCEPTO
Espectros de diseño reducidos
0,4
R=2
0,3
R=3
Período aislado
0,2
R=7.0
0,1
0,0
0,0
0,3
0,5
0,8
1,0
1,3
1,5
1,8
2,0
2,3
2,5
2,8
3,0
3,3
3,5
3,8
4,0
T [s]
ESTRUCTURA
CONVENCIONAL
ESTRUCTURA
AISLADA
Disposición
APLICACIÓN
CON PREFABRICADOS
La combinación de prefabricados con Aislamiento Sísmico es una
solución atractiva por las siguientes razones:
• El punto crítico de los prefabricados son las uniones entre elementos,
debido al requerimiento de ductilidad implícito en los métodos
tradicionales de diseño (R ≥ 4).
• El uso de aislamiento sísmico prácticamente elimina los
requerimientos de ductilidad sobre las estructuras (R ≤ 2)
• Históricamente ha existido escepticismo sobre el correcto
comportamiento dúctil de las uniones (secas especialmente), el
aislamiento sísmico abre posibilidades en esta materia.
• Las uniones secas son más eficientes para la velocidad constructiva y
por lo tanto costos.
APLICACIÓN
CON PREFABRICADOS
La combinación de prefabricados con Aislamiento Sísmico es una
solución atractiva por las siguientes razones:
• Se busca que la eficiencia económica obtenida del prefabricado pague
el costo del aislamiento sísmico.
Como resultado, es posible obtener una estructura
protegida sísmicamente a costo similar (o menor)
que una convencional, más todas las virtudes
propias del Prefabricado:
•
•
•
•
Velocidad constructiva (aprox. 50%)
Calidad de la obra gruesa y acabados
Inicio temprano de terminaciones e instalaciones
Protección antisísmica efectiva (80 – 90%)
EJEMPLOS DE
AP L IC AC IÓN
1. EDIFICIO MARINA PAIHUE - PUCÓN
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Nombre: Edificio Marina Paihue
Mandante: Inversiones las Quilas S.A.
Uso: Habitacional
Superficie: 2.400 m2 aprox.
Ubicación: Sector La Poza, Pucón.
Período de Construcción: 2010
Arquitectura: Daniel Marín Dañobeitía
Ingeniería: Sirve S.A.
Construccción: Prefabricados y Obra Gruesa:
Tensocret.
Terminaciones: Constructora Araucaria
Montaje: Tensocret
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2. DISEÑO ESTRUCTURAL
2.1 NORMATIVA UTILIZADA
Para el desarrollo del proyecto se han utilizado principalmente las
siguientes normas:
• NCh433.Of96 Diseño sísmico de edificios
• NCh2745.Of2003 Análisis y diseño de edificios con aislación
sísmica
• ACI318 Building Code Requirements for Structural Concrete
• PCI Design Handbook. Precast and Prestressed Concrete
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2.2 CRITERIOS DE DISEÑO
• Detallamiento: Para el diseño estructural del edificio se buscó
cumplir con todos los requisitos que establece el código ACI318
para “marcos especiales resistentes a momento”.
• Corte mínimo: De acuerdo a los requisitos estipulados por la
norma NCh433 y el período del sistema aislado, la estructura
ha sido diseñada con el corte mínimo, es decir, 5%.
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2.3 ESTRUCTURACIÓN
• Estructuración:
• Marcos rígidos de hormigón
armado (SIN MUROS)
• Materiales:
•
Hormigón in situ
H40: Nivel de aislamiento,
fundaciones y muros de
contención
H30: Desde el zócalo hasta la
mansarda.
• Hormigón prefabricado
H40: Todos los elementos
• Acero de refuerzo A63-42H
• Acero estructural A42-27ES
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2.4 COMPONENTES SISTEMA PRE-FABRICADO
Losa H.A. in situ
Sobrelosa H.A. in situ
Viga prefabricada
Viga de H.A. in situ
Losetas prefabricadas
Columnas
prefabricadas
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2.5 CONEXIONES DE ELEMENTOS PRE-FABRICADOS
Conexión de momento
en todas las vigas
Ménsula para vigas
prefabricadas
simplemente
apoyadas.
Conexión de momento
en ambos extremos de
la viga in situ.
Tipo Lenton Lock
Tipo Cadweld
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2.6 ESTRUCTURACIÓN DEL DIAFRAGMA DE SOBRE-LOSA ESTRUCTURAL
Amarre de las
losetas a las
vigas in situ
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2.7 SISTEMA DE FUNDACIONES
Caliz
Fundaciones
combinadas
Fundaciones Aisladas
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3. AISLAMIENTO SÍSMICO
3.1 IDEA CONCEPTUAL
Aislamiento sísmico
• Estructura se flexibiliza (aumenta su período, T)
• Incorporación de amortiguamiento adicional
Reducción
~90%
¡¡ Reducción de demanda (fuerzas y
deformaciones) en la estructura!!
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3.2 MODELO ESTRUCTURAL
Principales propiedades
dinámicas del modelo:
• Masa sísmica: 3370tonf
• Tn: 2.94 (s)
• Masa modal en x: 94.73%
• Masa modal en y: 91.69%
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3.3 SISTEMA DE AISLAMIENTO
• Tipo de dispositivos:
Aisladores elastoméricos
de alto amortiguamiento
• Cantidad de dispositivos:
13 dispositivos
• Tamaño de dispositivos :
75 centímetros de
diámetro
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3.3 SISTEMA DE AISLAMIENTO
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3.4 ENSAYOS DE LABORATORIO
PROYECTO
EDIFICIO MARINA PAI-HUE PUCON
CLIENTE
-
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE
Laboratorio de Ensayos Dinámicos y Control de Vibraciones
Departamento de Ingeniería Estructural y Geotécnica
Se ensayó el 100% de los aisladores sísmicos de obra
CARGA AXIAL
397 ton
DEFLEXION
[-5.1,+5.2] cic., (=0.253)
Trabajo Nº
Fecha
PUCON-VUL-A0201
Figura
Hora
10-may-2010
01
15:35
15
Fuerza de Corte [ton]
10
5
0
-5
G=13.5 kg/cm 2
-10
=0.141
-15
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
Deformación  [cm]
A partir de los resultados se hizo una verificación no-lineal del diseño del edificio.
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3.5 COMPARACIÓN EDIFICIO BASE FIJA v/s EDIFICIO AISLADO
Reducción de la aceleración máxima de techo
Losa Cielo
P7
TIPO
ACELERACIÓN
X (G)
ACELERACIÓN
Y (G)
AISLADO
0.22 (red 81%)
0.21 (red 84%)
FIJO
1.18
1.25
2
Edificio Aislado
Edificio Base fija
x
a (g)
1
0
-1
-2
Reduccion = 81.28
0
10
20
30
40
50
t (S)
60
70
80
90
100
2
Edificio Aislado
Edificio Base fija
y
a (g)
1
0
-1
-2
El punto de control está en el centro de la planta
Reduccion = 83.53
0
10
20
30
40
50
t (S)
60
70
80
90
100
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3.5 COMPARACIÓN EDIFICIO BASE FIJA v/s EDIFICIO AISLADO
Reducción del corte basal elástico
TIPO
CORTE BASAL
X (tonf)
CORTE BASAL
Y (tonf)
AISLADO
296 (red 83%)
279 (red 84%)
FIJO
1703
1729
2000
Edificio Aislado
Edificio Base fija
0
b
Q (tonf)
1000
-1000
-2000
Reduccion = 82.62
0
10
20
30
40
50
t (S)
60
70
80
90
100
2000
Edificio Aislado
Edificio Base fija
Q (tonf)
1000
0
b
Losa Cielo
Subterráneo
-1000
-2000
El punto de control está en el centro de la planta
Reduccion = 83.87
0
10
20
30
40
50
t (S)
60
70
80
90
100
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3.5 COMPARACIÓN EDIFICIO BASE FIJA v/s EDIFICIO AISLADO
Reducción del drift entre el techo y la base
TIPO
Def .Relativa.
X (cms)
Def. Relativa. Y
(cms)
AISLADO
2.91 (red 80%)
2.68 (red 82%)
FIJO
14.62
14.89
Losa Cielo P7
20
Edificio Aislado
Edificio Base fija
d(cm)
10
0
-10
-20
Reduccion = 80.13
0
10
20
30
40
50
t (S)
60
70
80
90
100
20
Edificio Aislado
Edificio Base fija
d(cm)
10
0
-10
-20
Losa Cielo Subterráneo
Reduccion = 81.99
0
10
20
30
40
50
t (S)
60
70
80
90
100
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2. EDIFICIO VULCO
•
•
•
•
•
•
•
•
Nombre: Edificio Oficinas Vulco
Mandante: Vulco
Uso: Oficinas
Superficie: 1.200 m2 aprox.
Ubicación: San Bernardo
Período de Construcción: 2005
Ingeniería: Sirve S.A.
Construccción: Prefabricados y
Obra Gruesa: Tensocret.
Montaje: Tensocret
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EDIFICIO VULCO
1. MODELO ESTRUCTURA SAP 2000
SIRVE
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EDIFICIO VULCO
1. MODELO ESTRUCTURA SAP 2000
SIRVE
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EDIFICIO VULCO
12 Aisladores
6 Deslizadores
2. SISTEMA DE AISLAMIENTO SÍSMICO
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EDIFICIO VULCO
PREFABRICADO
2. SISTEMA DE AISLAMIENTO SÍSMICO
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EDIFICIO VULCO
2. DESEMPEÑO TERREMOTO 27F
• No se registraron daños estructurales ni no-estructurales
• Los contenidos se mantuvieron intactos (elementos sobre
escritorios, computadores etc.)
• Se registraron desplazamientos máximos en el sistema de
aislamiento sísmico de 15 cm aproximadamente (evidencias
en deslizadores)
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EDIFICIO VULCO
2. DESEMPEÑO TERREMOTO 27F – DESPLAZAMIENTOS MEDIDOS
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3. EDIFICIO CHACAY




Destino:
Ubicación:
Nº pisos:
Superficie:
Oficinas y locales
Temuco
6
2650 m2
 Estructuración:
• marcos prefabricados de
hormigón armado
• Losetas prefabricadas
• Sobrelosa estructural in-situ
• Solución de nueva unión seca
(desarrollo de SIRVE S.A.)
 Fabricación y Montaje: Tensocret
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3. EDIFICIO CHACAY
• Implementación de nueva solución de unión viga columna del tipo
seca (en proceso de patentamiento).
• Unión de momento sin necesidad de hormigón en obra
directo en el nudo, únicamente grout, y hormigón de
sobrelosa.
• Permite realizar montaje de vigas y losas y posteriormente
realizar soldaduras y rellenos de grout (velocidad)
• Evita el uso de ménsula de HA: mejor para aprovechamiento
del espacio interno de los recintos
• Independiza la obra de proveedores terceros
• Requiere soldador calificado en fábrica y en obra
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3. EDIFICIO CHACAY
• Implementación de nueva solución de unión viga columna del tipo
seca (en proceso de patentamiento).
SIRVE
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3. EDIFICIO CHACAY
• Ensayo de Laboratorio
SIRVE
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3. EDIFICIO CHACAY
Imagen de: www.momenta.cl
SIRVE
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3. EDIFICIO CHACAY
Imagen de: www.momenta.cl
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4. OTRAS TÉCNICAS EN
DISIPACIÓN DE ENERGÍA
Unión viga-columna con cable postensado central y barras en fluencia
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4. OTRAS TÉCNICAS EN
DISIPACIÓN DE ENERGÍA
Muros Postensados con disipación de energía entre paneles
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4. OTRAS TÉCNICAS EN
DISIPACIÓN DE ENERGÍA
SIRVE
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Innovative Solutions for Optimal Structural Performance
Sistemas de Protección Sísmicas - Estructuras en Chile
El excelente comportamiento de los
edificios protegidos sísmicamente ha sido reconocido
JAPON
por el mercado incrementado
exponencialmente la demanda.
2011
45
Se repite el efecto producido en
Japón tras el terremoto de Kobe
(1995)
2009
13
2001
1
2003
2
2005
3
2007
6
Edificios protegidos sísmicamente
Gracias por su atención
www.sirve.cl
Liderando la ingeniería sísmica
en Chile, uno de los países más
sísmicos del mundo.
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