estado-del-arte-construccion-edificios-prefabricados-mario-rodriguez - GAARA OF THE SAND

Vista previa del material en texto

INSTITUTO DE INGENIERÍA 
UNAM, MÉXICO 
ESTADO DEL ARTE DE LA CONSTRUCCION DE EDIFICIOS 
PREFABRICADOS EN MEXICO 
 
Mario E. Rodriguez 
Instituto de Ingenieria, UNAM 
 
 
12 de Marzo, 2013 Facultad de Ingeniería, UNAM 
http://www.construaprende.com
RECONOCIMIENTOS 
 
ANIPPAC 
ANIVIP 
CONACYT 
INSTITUTO DE INGENIERIA (UNAM) 
Dr. Jose Restrepo (UCSD) 
 
Estudiantes: 
JJ Blandon (Doctorado) 
M. Torres (Doctorado) 
E .Vasquez (Maestría) 
G. León (Maestría) 
H. Cabrera (Maestría) 
 
http://www.construaprende.com
 
INDICE 
 
1. Comportamiento de estructuras 
prefabricadas en sismos 
2. Conexiones entre elementos 
estructurales de edificios 
3. Diafragmas en edificios 
4. Prefabricación en puentes 
http://www.construaprende.com
Construcción de un 
edificio prefabricado de 
15 niveles en el DF 
(Hotel en Gran Sur, DF) 
http://www.construaprende.com
PUENTES EN LA CIUDAD DE MEXICO 
http://www.construaprende.com
Rapidez 
Control de calidad 
Medio ambiente (sustentabilidad) 
http://www.construaprende.com
¿Por que no se usa tanto las 
estructuras prefabricadas de 
Concreto? 
 
1. Inercia al cambio 
2. Tiempo 
3. Experiencias observadas en terremotos 
http://www.construaprende.com
ASPECTOS RELEVANTES A 
CONSIDERAR EN EL DISEÑO Y 
COMPORTAMIENTO SISMICO DE 
ESTRUCTURAS PREFABRICADAS: 
 
 
1. CONEXIONES 
2. SISTEMAS DE PISO (Diafragmas) 
http://www.construaprende.com
COMPORTAMIENTO SISMICO 
OBSERVADO EN 
ESTRUCTURAS 
PREFABRICADAS 
http://www.construaprende.com
Armenia, 1988 
http://www.construaprende.com
1994 Terremoto de Northridge 
http://www.construaprende.com
ESTRUCTURAS DE CONCRETO 
PREFABRICADO, TERREMOTO DE 
CHILE, MARZO 2010 
http://www.construaprende.com
Edificio prefabricado de CR en Ciudad Empresarial http://www.construaprende.com
http://www.construaprende.com
EMPLEO DEL CONCEPTO DE EMULACION 
http://www.construaprende.com
ASPECTOS RELEVANTES A 
CONSIDERAR EN EL DISEÑO Y 
COMPORTAMIENTO SISMICO DE 
ESTRUCTURAS PREFABRICADAS: 
 
 
1. CONEXIONES 
2. SISTEMAS DE PISO (Diafragmas) 
http://www.construaprende.com
1. CONEXIONES ENTRE 
ELEMENTOS PREFABRICADOS 
DE CONCRETO 
http://www.construaprende.com
CONEXIÓN TIPO “VENTANA” 
http://www.construaprende.com
CONEXIÓN CON BARRAS DE REFUERZO SOLDADAS 
http://www.construaprende.com
Construcción de un 
edificio prefabricado de 
15 niveles en el DF 
(ventanas y varillas 
soldadas en trabes) 
http://www.construaprende.com
ESTUDIOS EXPERIMENTALES EN MEXICO 
(II, UNAM) DEL COMPORTAMIENTO DE 
CONEXIONES VIGA-COLUMNA EN 
MARCOS DE CR PREFABRICADOS 
http://www.construaprende.com
EDIFICIO PREFABRICADO EN MEXICO CON 
CONEXION TIPO “VENTANA” http://www.construaprende.com
Precast 
Wall 
Precast 
Column 
VISTA DEL MODELO DURANTE SU CONSTRUCCIÓN 
 
 
http://www.construaprende.com
 CONEXION PREFABRICADA VIGA-
COLUMNA INTERIOR (CORTE A-A) 
Viga 
en L
40 41 Estribo Ø1/4" 
Ductos plásticos
 para ganchos
Ø4mm @ 60
3Ø3/8" 
de viga T
Columna
250x250
Estribo Ø4mm
@60
2Ø3/8"
Estribo Ø4mm
3Ø3/8"
3Ø1/2" colocalas
en obra
2
55
225
250
http://www.construaprende.com
ESTUDIO EXPERIMENTAL EN EL II 
http://www.construaprende.com
 
DAÑO OBSERVADO EN MARCO LATERAL AL 
FINAL DEL ENSAYE 
MURO ESTRUCTURAL 
DE CR 
http://www.construaprende.com
DAÑO OBSERVADO EN LA CONEXION TRABE-
COLUMNA EN EL EDIFICIO PREFABRICADO 
ENSAYADO 
http://www.construaprende.com
2.55 kN
39.24 kN
2.55 kN
78.48 kN
39.24 kN
1.47 kN-m
1.47 kN-m
7.
63
 k
N
-m
P/Ag*f'c=0.03
30
25
20
8m
m
17
19212mm
19
( M=0.60 My )
DIMENSIONES Y 
FUERZAS 
EXTERNAS 
CALCULADAS EN 
LA CONEXION TIPO 
“VENTANA” 
http://www.construaprende.com
47.87 (0.44)
212mm
(0.87)
(0
.6
0)
(0
.1
0)
(0.56)
(0
.69
)
(0.56)
(0
.0
4)
16.2
8
(0
.5
8)
(0.17)
(0.20)
(0.25)
(0.16)
4.
81
34.34 (1.0)
16.
48 
(0.1
5)
19.03
(0.1
5)
17.46
27.66
21.68
34.43
36
.5
9
35
.7
1
12
.4
6
42
.18
20.99
1.96
27.47 kN
76.52 kN34.14
39.24
27.47 kN
34.14
1.96 37.28 kN
40
.5
50
50
67
.5
58.5 64 89.5
98
11
0
72
20
8m
m
APLICACIÓN DEL MODELO DEL PUNTAL Y TIRANTE 
PARA EL ANALISIS DE LA CAPACIDAD RESISTENTE 
DE LA CONEXION 
Elemento 
critico 
Para F=32.0 kN se 
produce el 
aplastamiento del 
concreto, fc=0.87 f’c 
http://www.construaprende.com
ESTUDIOS EN MEXICODE CONEXIONES CON BARRAS DE 
REFUERZO SOLDADAS 
http://www.construaprende.com
 
ENSAYES EN MEXICO DE UNA CONEXIÓN PREFABRICADA 
TRABE-COLUMNA (Zermeño, 1992) 
 
http://www.construaprende.com
VISTA DE UN ENSAYE TIPICO DE LA CONEXION 
 TRABE-COLUMNA PREFABRICADA 
http://www.construaprende.com
-50
-25
0
25
50
-15 -10 -5 0 5
V
 (
to
n
)
D(cm)
CICLOS CARGA LATERAL-DESPLAZAMIENTO MEDIDOS EN EL 
ENSAYE DE LA CONEXION TRABE-COLUMNA PREFABRICADA 
Fractura de refuerzo 
soldado 
http://www.construaprende.com
Fractura de refuerzo 
soldado 
http://www.construaprende.com
OPINION DE LOS PREFABRICADORES 
QUE PATROCINARON EL ESTUDIO 
(ANIPPAC): 
 
MALA SOLDADURA 
MAL SOLDADOR 
LOS DEL II SON MALOS, ETC ETC 
http://www.construaprende.com
-10000
-6000
-2000
2000
6000
10000
-0.12 -0.08 -0.04 0 0.04 0.08 0.12
e s
 f
s
(k
g/
cm
2 )
VARILLA SIN SOLDAR 
ENSAYES EN TRACCION EN MEXICO (RODRIGUEZ et al.,2006) 
DE VARILLAS DE REFUERZO DE 25 MM SIN Y CON SOLDADURA 
(fy = 4200 kg/cm2) 
http://www.construaprende.com
0
2000
4000
6000
8000
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
f s
(k
g
/c
m
2
)
es
E70
E90
VARILLA SOLDADA, 
ELECTRODO E90 CON 
PRECALENTAMIENTO 
VARILLA SOLDADA, 
BISEL B1 SIN 
PRECALENTAMIENTO 
ENSAYES EN TRACCION EN MEXICO (RODRIGUEZ et al.,2006) 
DE VARILLAS DE REFUERZO DE 25 MM SIN Y CON SOLDADURA 
(fy = 4200 kg/cm2) 
0
2000
4000
6000
8000
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
f s
(k
g
/c
m
2
)
es
B1
B2
http://www.construaprende.com
 
MODELO ANALITICO EMPLEADO (Rodriguez 
y Torres, 2012) 
http://www.construaprende.com
A (es=0.02)
F 22
7
-7
-22
-37
-52
0
-70
-50
-30
-10
10
30
-15 -10 -5 0 5
M
c
(t
-m
)
D (cm)
Experimental
Calculado Ec1
V
 (t)
COMPARACION ENTRE CICLOS DE HISTERESIS 
EXPERIMENTALES Y CALCULADOS 
http://www.construaprende.com
A
B
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
-0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
f s
(k
g
/c
m
2
)
es
Calculado Ec1
Calculado Ec2
CURVAS ESFUERZO-DEFORMACION CALCULADAS 
PARA LA VARILLA SOLDADA EN LA ZONA CRITICA 
DEMANDA VERSUS CAPACIDAD 
http://www.construaprende.com
CONCLUSIONES: 
 
 • LAS CONEXIONES PREFABRICADAS EN LAS QUE 
SE SUELDA LAS VARILLAS DE REFUERZO SON 
FRAGILES. NO TIENEN CAPACIDAD DE 
DEFORMACION 
 • ES NECESARIO REFORZAR LAS ESTRUCTURAS 
EXISTENTES CON ESTE TIPO DE CONEXION 
 • ESTAS CONEXIONES SE DEBEN DEJAR DE USAR 
EN EL PAIS Y SE DEBEN EMPLEAR CONEXIONES 
DE OTRO TIPO COMO LAS QUE EMPLEAN EL 
CONCEPTO DE EMULACION 
http://www.construaprende.com
ESTUDIOS EXPERIMENTALES EN 
MEXICO DE UN EDIFICIO PREFABRICADO 
EN EL QUE SE EMPLEO EL CONCEPTO 
DE EMULACION 
http://www.construaprende.com
ESPÉCIMEN PREFABRICADO EMPLEANDO EL 
CONCEPTO DE EMULACIÓN 
Modelo a escala 1:4 del edificio prototipo 
76 
75 
75 
165 
165 
90 
90 
90
180
Pieza 3:
viga transversal
Pieza 2:
vigas y nudos viga-columna
Pieza 1: 
vigas y nudos viga-columna
54
165
20 30
90
Losa
30 20302030 20 54
165
conexión con doble gancho
(drop-in double hooked bars)
Losa
http://www.construaprende.com
http://www.construaprende.com
CONCEPTO DE EMULACIÓN (NO SE EMPLEA SOLDADURA) DE UN 
EDIFICIO DE CR PREFABRICADO PARA ENSAYE EN LA MESA 
VIBRADORA UNAM (2005-2006) 
Trabe 
prefabricada 
http://www.construaprende.com
COLADO DE 
GROUT EN 
ESPECIMEN 
PREFABRICADO 
ENSAYADO EN 
MESA 
VIBRADORA 
 
http://www.construaprende.com
COLADO DE GROUT EN DUCTOS DE CONEXIÓN 
NUDO-COLUMNA DEL ESPECIMEN PREFABRICADO 
ENSAYADO EN MESA VIBRADORA (DUCTOS D=13 
MM, BARRA D= 6MM) 
http://www.construaprende.comCONSTRUCCIÓN DEL ESPÉCIMEN 
Vigas prefabricadas 
90 cm 
90 
cm 
54 cm 
31.5 cm 
180 cm 
PIEZA 1 
PIEZA 2 
PIEZA 3 
http://www.construaprende.com
PIEZA 4 
PIEZA 5 
50 cm 
24 cm 
62 cm 
59 cm 
11.5 cm 11.5 cm 
42 cm 
42 cm 
CONSTRUCCIÓN DEL ESPÉCIMEN 
http://www.construaprende.com
Conexiones 
coladas en 
sitio con 
grout 
http://www.construaprende.com
Conexiones 
coladas en 
sitio con 
concreto 
http://www.construaprende.com
Unidad de Losa 
alveolar 
30 
http://www.construaprende.com
Firme de 
concreto 
http://www.construaprende.com
http://www.construaprende.com
SISMO 
http://www.construaprende.com
Movimiento 
sísmico 
http://www.construaprende.com
Aceleración de la Base - Llolleo 100%
-0.80
-0.60
-0.40
-0.20
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00
Tiempo t (s)
A
c
e
le
ra
c
io
n
 (
g
)
Registro de aceleraciones (100%) empleado en el 
edificio prefabricado para ensaye en mesa vibradora 
http://www.construaprende.com
Grietas de 8 
mm 
http://www.construaprende.com
Vista de unión viga-columna del primer nivel después 
del ensaye Llolleo 250% 
Unión col-col sin 
daño 
(PLUMON) 
http://www.construaprende.com
Viga canal 
prefabricada 
Refuerzo 
longitudinal de 
viga colocado 
en sitio Columna de 
concreto 
reforzado 
prefabricado 
http://www.construaprende.com
SISTEMAS DE PISO (DIAFRAGMAS) EN 
EDIFICIOS 
http://www.construaprende.com
SISTEMAS DE PISO PREFABRICADOS EN EDIFICIOS 
EN MÉXICO 
http://www.construaprende.com
SISTEMA VIGUETA Y BOVEDILLA EN MÉXICO 
Bovedilla 
Vigueta 
Malla 
electrosoldada 
6x6 10/10 
http://www.construaprende.com
http://www.construaprende.com
VIGAS “T” O “DOBLE T” PARA SISTEMAS DE 
PISO PREFABRICADOS 
Viga T 
http://www.construaprende.com
COLADO DE FIRME EN EDIFICIO DE 15 NIVELES EN 
EL DF, PREFABRICADO A BASE DE MARCOS DE CR 
http://www.construaprende.com
PLANTA DEL EDIFICIO DE ESTACIONAMIENTO 
PREFABRICADO DE CUATRO NIVELES EN MEXICALI, 
MÉXICO 
http://www.construaprende.com
http://www.construaprende.com
Ug
Fuerzas Inerciales, FI
Masa, m
m
Ug
FI
FR
FA
FUERZAS INERCIALES EN DIAFRAGMAS DE EDIFICIOS 
http://www.construaprende.com
h
H
i
a) Lateral System b) Forces in
Lateral System
c) Forces in
Diaphragms
Fi pxF
 a) Sistema sismo-resistente b) Fuerzas en la estructura c) Fuerzas en el diafragma
 
 
FUERZAS ACTUANTES EN EL SISTEMA LATERAL 
SISMO-RESISTENTE Y EN DIAFRAGMAS 
 
http://www.construaprende.com
8.
5m
8.
5m
8.
5m
8.
5m
8.5m 8.5m 8.5m8.5m 8.5m
A B C D E F
5
4
3
2
1
6m
4m
5m
3.5m
 
8.4
m
19
 @
 4.
2m
4 @ 8.5m
Edificio de 20 niveles de CR en zona III a de la zonificacion de 
las NTDS 2004 , c= 0.4 
Planta 
Elevacion 
http://www.construaprende.com
30
6
100 100
Viga tubular
Bovedilla de
poliestireno
P.p. Losa + firme 6cm = 270 kg/m2
Detalle de viga tubular de 30 cm, bovedilla, y firme de 6 cm 
http://www.construaprende.com
Opción 1: Sistema de piso con losa maciza (peralte h= 17 cm) 
Área de la planta del edificio (m2) 1156 
Volumen de concreto requerido (m3) 150.4 
Acero requerido (kg) 14678 
 Volumen de concreto requerido por m2 (m3/m2) 0.13 
Acero requerido por m2 (kg/m2) 12.70 
 
Opción 2: Sistema de piso con losa tubular (Altura h= 30 cm + 6 cm) 
Área de la planta del edificio (m2) 1156 
Volumen de concreto requerido (m3)* 104 
Alambre requerido (kg) 2083 
Acero requerido (kg) 4323 
 Volumen de concreto requerido (m3/m2) 0.09 
Alambre requerido por m2 (kg/m2) 1.80 
Acero requerido por m2 (kg/m2) 3.74 
* incluye el concreto del firme 
 
Relación volumen de concreto (m3) 
opción 1 / opción 2 = 1.45 
 
http://www.construaprende.com
PLANTA DEL EDIFICIO DE ESTACIONAMIENTO 
PREFABRICADO DE CUATRO NIVELES EN MEXICALI, 
MÉXICO 
http://www.construaprende.com
SISMO DE ABRIL 2010 EN MEXICALI 
http://www.construaprende.com
BUEN COMPORTAMIENTO DE LA ZONA DE RAMPA 
 CON FIRME 
http://www.construaprende.com
VIGAS “T” O “DOBLE T” PARA SISTEMAS DE 
PISO PREFABRICADOS 
Viga T 
http://www.construaprende.com
ESTUDIO EXPERIMENTAL DE EDIFICIO PREFABRICADO EN EL II DE LA UNAM 
http://www.construaprende.com
2Ø3/8"
L=680
Sección B-B
(no se muestra muro)
Viga
longitudinal
30
22
5
65
1
Concreto 
colado en
sitio
2Ø3/8"
185
Ø3/8"
L=420
Malla 6"x6" 10/10
65
EØ4mm
@60
17
5
55
Viga TT
Zona
crítica
http://www.construaprende.com
MODELO SIMPLE DE PUNTAL Y TIRANTE PARA DIAFRAGMA DE 
ESPECIMEN ENSAYADO 
http://www.construaprende.com
SISMO 
ESPECIMEN ENSAYADO EN EL II, UNAM, QUE EMPLEA 
EMULACION 
http://www.construaprende.com
 ENSAYE ANTE SISMO DE INTENSIDAD ALTA: GRIETAS 
NIVEL 1 
90
90
165165
LOSA PRIMER NIVEL
Dimensiones en cm
Menores a 0.30 mm
Dimension de grietas:
0.30 - 0.50 mm
Mayores a 0.60 mm
Después de la ultima señal (Llolleo 250%), el daño fue: 
http://www.construaprende.com
Grietas de 
8 mm 
http://www.construaprende.com
PLANTA DE EDIFICIO DE CONCRETO REFORZADO 
DE 20 NIVELES EN ZONA IIIa DEL DF 
http://www.construaprende.com
Vista en elevación del modelo en ETABS 
http://www.construaprende.com
0.0 
0.2 
0.4 
0.6 
0.8 
1.0 
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 
H
i /
 H
 
 
Fi / Wi 
Propuesta 
NTCS 
Dinámico Reducido 
Valores de fuerzas sísmicas máximas en diafragmas del 
edificio de 20 niveles empleando las NTCS y el 
procedimiento de Rodriguez, Restrepo. Comparación con 
fuerzas del análisis dinámico 
http://www.construaprende.com
CONOCIDA LAS FUERZAS INERCIALES 
PARA DISEÑAR LOS DIAFRAGMAS DEL 
EDIFICIO ¿QUE SIGUE? 
SIGUE EL DEFINIR LA CANTIDAD Y 
DISTRIBUCION DE REFUERZO EN LOS 
DIAFRAGMAS : 
• EMPLEO DE LOS METODOS DEL PUNTAL Y 
TIRANTE, Y DEL PANEL Y BARRA (STRINGER 
PANEL 
 • EVALUACION DE ESFUERZOS EN EL DIAFRAGMA 
DEL ANALISIS ESTRUCTURAL CONSIDERANDO 
DEFORMACIONES DEL DIAFRAGMA (ETABS, ETC) 
http://www.construaprende.com
CONSTRUCCION EN MEXICO 
EN PUENTES PREFABRICADOS 
DE CONCRETO REFORZADO EN 
ZONAS SISMICAS URBANAS 
http://www.construaprende.com
Junta 
http://www.construaprende.com
 
H
G.C.
P
V
M
P
D
h
V
D
H
PRIMEROS PUENTES DEL SEGUNDO PISO. USO DE COLUMNAS Y 
TRABES PREFABRICADAS CON CANDELEROS COLADOS EN SITIO 
http://www.construaprende.com
P
V
C
R
F1
C1
F2
F3
Precast
column
F1
C
F3
R
C1
F2
H
N
C
T=C/2
T=C/2
Socket base
reinforcement
P
V
C
R
F1
C1
F2
F3
Precast
column
F1
C
F3
R
C1
F2
H
N
FUERZAS ACTUANTES EN LA CONEXION COLUMNA-
CIMENTACION TIPO CANDELERO 
a) Columna b) Cimentación c) Cimentación 
http://www.construaprende.com
FUERZA D = - FUERZA C 
FUERZA C = (ALFA)*(FUERZA A + FUERZA B) 
0
.0
5
 
ACTUADORES A y B 
HISTORIA DE CARGA 
FUERZA C 
FUERZA (A + B) 
FUERZA D 
ACTUADORES A y B 
CONTROL POR DESPLAZAMIENTO 
MURO DE REACCIÓN 
ESQUEMA DE ENSAYE 
MARCO DE CARGA 
mt = ½ (FUERZA C - FUERZA D) L 
vy = FUERZA A + FUERZA B 
L 
 ALFA = 0.76 
vy mt 
http://www.construaprende.com
ESPÉCIMEN SIN POSTENSADO 
ACTUADOR D 
(50t) 
ACTUADOR 
C (50t) 
TRASDUCTOR 
DE CUERDA 
TRASDUCTOR 
DE CUERDA 
DESP. HOR. 
FUERZA HOR. 
ACT. A Y B 
(100 t c/u) 
FUERZA VERT. 
http://www.construaprende.com
DUCTILIDAD 6, CICLOS 1 Y 15 
BUEN COMPORTAMIENTO DEL CANDELERO 
http://www.construaprende.com
SISMO 
DISEÑO EN ULTIMOS TRAMOS DE PUENTES: 
COLUMNA Y CIMENTACION PREFABRICADA 
http://www.construaprende.com
DISEÑO EN ULTIMOS TRAMOS DE PUENTES: 
PRESFUERZO EN LA COLUMNA 
¿VENTAJAS, DESVENTAJAS ANTE SISMO? 
http://www.construaprende.com
http://www.construaprende.com
PUENTES EN LA CIUDAD DE MEXICO 
Simplemente apoyado 
¿ventajas, desventajas? 
http://www.construaprende.com
GRACIAS 
http://www.construaprende.com