Revista Científica de Ingeniería, Industria y Arquitectura
Vol.8, Núm.15 (ene-jun 2025) ISSN: 2737-6451
Cita sugerida: López, L., Yépez, I., Barrera, E., & Gómez, Y. (2025). Análisis
estructural del desempeño sísmico del Edificio del Hospital Universitario de
la Universidad Técnica de Ambato, mediante la medición de vibraciones.
Revista Científica FINIBUS – Ingeniería, Industria y Arquitectura, 8(15), 16-
29. https://doi.org/10.56124/finibus.v8i15.002
DOI: https://doi.org/10.56124/finibus.v8i15.002
Recibido: 01-09-2024 Revisado: 01-12-2024
Aceptado: 10-12-2024 Publicado: 24-01-2025
Artículo de investigación
Análisis estructural del desempeño sísmico del
Edificio del Hospital Universitario de la Universidad
Técnica de Ambato, mediante la medición de
vibraciones.
Liliana López López [1]
Ambar Yépez Intriago[1]
Erik Barrera Moreno [1]
[1] Universidad Técnica de Ambato (UTA). Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica. Carrera de Ingeniería Civil. Ambato, Ecuador.
Autor para correspondencia: ll.lopez@uta.edu.ec
Resumen
En el presente artículo se utilizaron dos métodos cualitativo y cuantitativo, para el primero se realizó una inspección visual
rápida que se rige a lo descrito por la FEMA154, apoyado por la norma vigente en el país la NEC 2015, donde se determinó
que la estructura posee un alto grado de vulnerabilidad ante la creatividad sísmica debido a un problema patológico de columna
corta generando una irregularidad en elevación muy severa. Y para el método cuantitativo, se utilizó el análisis estático no
lineal mediante el software Etabs. Con la información que se obtuvo en el campo se realizaron dos modelos, el análisis modal
espectral del cual se analizó el comportamiento lineal de la estructura, periodos de vibración, cortantes basales y derivas de
piso, así mismo del análisis estático no lineal se obtuvo la curva de capacidad de la estructura para X e Y, se determinó también
el punto de desempeño de dicha estructura. Del análisis realizado se determinó el método más apropiado para el reforzamiento
a nivel local de algunas vigas y columnas de la estructura, siendo el encamisado metálico con ángulos y platinas el más práctico
y económico, método que aumenta de manera considerable la capacidad de los elementos estructurales para soportar las fuerzas
aplicadas sobre ellos. De esa manera se logró dar la capacidad necesaria a todos los componentes de la estructura sin alterar el
excelente comportamiento global que ya tenía la edificación, con lo que se cumplió el desempeño esperado para la misma.
Palabras Clave: vulnerabilidad, no lineal, amenaza sísmica, reforzamiento estructural, desempeño sísmico.
Structural analysis of the seismic demolition of the building of the University Hospital of the
Technical University of Ambato, through vibration medicine.
Abstract
Two methods were used in this document, qualitative and quantitative, for the first, Rapid Visual Screening (RVS) is performed
according to FEMA 154, supported by the NEC 2015, where it was determined that the structure has a high degree of
vulnerability to earthquakes due to a pathological problem of short column generating a very severe irregularity in elevation.
On the other hand, for the quantitative method, the non-linear static analysis is performed by means of the Etabs software. With
the information obtained on site, two models were carried out, the spectral modal analysis of which the linear behavior of the
structure, vibration periods, basal shear and floor drifts were analyzed, as well as the non-linear static analysis the structure
capacity curve for X and Y, the performance point of said structure was also determined. The analysis determined the most
appropriate method for the local reinforcement of some beams and columns of the structure, being the metal encasing with
angles and plates the most practical and economical, a method that considerably increases the capacity of the structural elements
to withstand the forces applied on them. In this way, it was possible to give the necessary capacity to all the components of the
structure without altering the excellent global behavior of the building, thus meeting the performance expected for the building.
Keywords: vulnerability, nonlinear, seismic threat, structural reinforcement, seismic performance.
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Análisis estructural del desempeño sísmico del Edificio del Hospital Universitario de la Universidad
Técnica de Ambato, mediante la medición de vibraciones.
1. Introducción
El Cinturón de Fuego del Pacífico es una zona de
inestabilidad tectónica donde la corteza terrestre se
encuentra en constante movimiento. Esta actividad se
manifiesta a través de erupciones volcánicas y terremotos,
siendo estos últimos particularmente frecuentes. De hecho,
alrededor del 80% de los sismos del planeta ocurren en esta
región. Países como Estados Unidos, México y la mayoría
de los países de Centro y Sudamérica que bordean el Océano
Pacífico, como Colombia, Ecuador, Perú y Chile,
experimentan con mayor frecuencia los efectos de estos
fenómenos naturales (Estrada & Vivanco, 2019).
Las zonas de subducción y las fallas activas, producto del
movimiento de las placas tectónicas, son propensas a la
ocurrencia de sismos y erupciones volcánicas. Estos eventos
geológicos han generado pérdidas materiales y humanas
significativas a lo largo de la historia. El terremoto de
Tohoku en Japón, con un costo económico equivalente a más
del 5% de su PIB, y el terremoto de Northridge en California,
son ejemplos de la vulnerabilidad de las sociedades ante
estos riesgos naturales (Tomoya et al., 2012).
La investigación sobre la sismicidad histórica en Ecuador,
iniciada hace más de tres décadas por el Observatorio
Astronómico y la EPN, ha permitido caracterizar la
distribución espacial y temporal de los eventos sísmicos en
el país. Los resultados indican que el callejón interandino
presenta una mayor frecuencia de sismos de alta intensidad,
mientras que la costa, aunque sometida a los efectos de la
subducción, ha experimentado un menor impacto en
términos de vidas humanas debido a las diferencias en las
prácticas constructivas (Fernández-Galarza & Cajamarca-
Zúñiga, 2023).
El diseño sísmico moderno se centra en garantizar el
desempeño de las estructuras frente a eventos sísmicos. Al
comparar la resistencia de una estructura con la demanda
sísmica esperada, se busca evitar daños estructurales
irreversibles. El análisis "pushover" es una herramienta
fundamental para evaluar este desempeño y asegurar la
seguridad de las edificaciones (Martínez, 2018).
La fase de verificación del comportamiento sísmico forma
parte integrante del diseño de estructuras de hormigón
armado. Aunque el dimensionamiento de los elementos
estructurales es un paso fundamental, es en la verificación
donde se evalúa la capacidad de la estructura para resistir las
cargas sísmicas y garantizar la seguridad de los ocupantes.
Omitir esta etapa, a la luz de los avances tecnológicos y de
los conocimientos actuales en ingeniería sísmica, es
inaceptable (Cunalata & Caiza, 2022).
2. Metodología
El Hospital Docente Veterinario de la Universidad Técnica
Ambato, ubicado en Querochaca, Cevallos, es un edificio de
uso mixto que combina servicios veterinarios con
actividades académicas. Con una superficie de 1177.88 m²,
cuenta con una estructura de hormigón armado en la planta
baja y una combinación de hormigón armado y acero
estructural en la planta alta, lo que lo clasifica como un
edificio especial. Se llevaron a cabo ensayos no destructivos
para evaluar la resistencia del hormigón y cuantificar el acero
de refuerzo en los elementos estructurales como: Selección
de la superficie de prueba, en la que se establecerán
elementos del pórtico principal con un espesor mínimo de 10
cm.
Estas muestras, de tamaño adecuado, serán fijadas de manera
rígida para garantizar la precisión de los ensayos. Se evitarán
zonas con porosidad o deterioro, la superficie a ensayar
deberá tener un diámetro mínimo de 15 cm y una textura
rugosa. Se recomienda retirar cualquier mortero desprendido
y considerar que la presencia de carbonatación superficial
puede incrementar los valores de rebote obtenidos (Pellicer,
2015). Se emplearon curvas de regresión lineal para
determinar la resistencia del hormigón, descartando los datos
del esclerómetro por posibles errores de calibración (Carrillo
et al., 2016)
Los datos obtenidos in situ mediante el martillo de rebote
podrían ser considerados no válidos para determinar la
resistencia a compresión del hormigón si la variabilidad de
los resultados es excesiva. Para evaluar esta variabilidad, se
calcula la media de 10 mediciones y se compara con el valor
máximo y mínimo. Si la diferencia entre cualquiera de estos
valores extremos y la media supera las 6 unidades, se
descarta la muestra (Moreno et al., 2016).
De acuerdo con la NEC – SE – HM, la cuantía de acero en
columnas debe estar comprendida entre un 1% y un 3% para
asegurar una adecuada resistencia. Dado que el país se
encuentra en una zona sísmica, se recomienda limitar la
cuantía máxima al 3% con el fin de favorecer la ductilidad
de las estructuras y mejorar su desempeño sísmico (Lara et
al., 2018).
La normativa NEC – SE – HA establece que, para elementos
sometidos a flexión, la cantidad de acero de refuerzo debe
ser suficiente para garantizar que la falla de la sección se
produzca por la rotura de las barras de acero a tracción, antes
de que el hormigón alcance su capacidad de compresión
(Figueroa & González, 2019).
Para determinar la secuencia de los estratos del suelo en el
área de influencia de la estructura, se ejecutó un pozo de
exploración cercano a la misma, siguiendo los lineamientos
de la norma INEN 698, adicionalmente se realiza el ensayo
de humedad, utilizando los datos del Ensayo de Penetración
Estándar y los resultados granulométricos, se asignó una
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clasificación SUCS a cada uno de los suelos encontrados en
el perfil estratigráfico (Guanoluiza & Morocho, 2021).
3. Resultados y Discusión
Para obtener resultados fidedignos se realizó un método
cualitativo y cuantitativo.
3.1. Método Cualitativo para la evaluación de
vulnerabilidad sísmica
Inspección Visual Rápida por el FEMA 154
Con el fin de obtener los parámetros necesarios que se
solicita en los formularios de la FEMA 154 (Evaluación
Rápida Visual de alta sismicidad), se realizó la visita de
campo a la edificación, misma que constó de una inspección
exterior e interior, esperando así poder identificar el grado de
vulnerabilidad sísmica en el que se encuentra la estructura
(Socarrás et al., 2020).
Parámetros para formulario Nivel 1
Es importante la ubicación de un croquis y fotografía de la
estructura en estudio, datos básicos como ubicación, nombre,
inspector, uso, tipo de suelo y otros riesgos a los que se
encuentra expuesta (Figura 1).
- Sistema Estructural
- Año de Construcción
- Perfil Estratigráfico del Suelo
- Niveles y Alturas
- Irregularidad en Planta
- Irregularidad en Elevación
Parámetros para formulario Nivel 2
Este formulario está bastante relacionado con el de Nivel 1,
se usan además los mismos parámetros anteriores y el
puntaje final ajustado del Nivel 1, Se verifican todos los
aspectos en cuestión a irregularidad vertical encontrando que
en el eje D existen problemas de columna corta, a
continuación, se presenta el formulario completo de la
edificación (Guanoluiza & Morocho, 2021). Véase Material
Complementario A1.
Formulario de las NEC 2015 para la Evaluación Rápida
Visual
Selección de parámetros
Así como para los formularios del FEMA 154 y dado que la
NEC basó su formulario en los que se desarrolló en l sección
anterior, se seleccionó como sistema estructural un pórtico
de hormigón armado en la categoría C1 con un puntaje
básico de 2.5 (Cunalata, 2022).
Solo se seleccionó el modificador para las irregularidades en
elevación siendo este – 1.5, para el caso de las
irregularidades en planta, como en el caso anterior no se
seleccionó modificador. Por el año de construcción (2013)
se seleccionó como código de construcción tanto para el
diseño y la ejecución de la obra el correspondiente al año
2001, entonces para este apartado el modificador
corresponde a 1.4.
Como se conoce que el tipo de suelo es D, se seleccionó un
modificador de -0.6.
Resultados de Evaluación Rápida Visual
Los valores de S bajos que se obtuvieron denotan que la
estructura es muy propensa a sufrir daños, es decir, posee un
alto grado de Vulnerabilidad, estos valores corresponden a
0.6 para el caso de los formularios del FEMA 154 y 1.8 para
el caso del formulario de la NEC, resultados en los que fue
decisiva la irregularidad en elevación, patología de columna
corta y por otro lado el tipo D del suelo, en definitiva es de
gran importancia realizar un análisis por métodos más
detallados como el método cuantitativo con la aplicación del
análisis estático no lineal (Pushover). Véase Material
Complementario A2.
3.2. Método cuantitativo para la estimación de la
Vulnerabilidad Sísmica
En todo análisis estructural es recomendable iniciar por un
análisis lineal y posterior chequeo de las características que
posee la estructura y compararlas con los parámetros
mínimos de la normativa ecuatoriana de la construcción,
para tal fin se va a usar el software Etabs V 16, de la
compañía CSI, Programa especialista en el análisis y cálculo
estructural de edificaciones (García & Vásquez, 2021).
Las características fundamentales de los materiales son las
siguientes:
Barras de acero de refuerzo fy = 4200 Kg/cm².
Hormigón f´c= 210 kg/cm² (Resistencia obtenida del
ensayo esclerométrico).
Acero estructural A36 fy = 2530 kg/cm².
Cortante Basal Estático NEC-SE-DS, 2015
Para la determinación del cortante basal estático que es único
y exclusivo para esta estructura es necesario determinar
algunos aspectos que dependen de las características
geométricas y sitio de emplazamiento de la edificación.
Espectro de respuesta sísmica
Por estar en la Provincia de Tungurahua, el espectro de
respuesta corresponde a un factor z = 0.4g, y coeficiente de
Importancia de la edificación corresponde a 1.3 debido a que
se trata de una institución educativa, clasificada dentro de las
edificaciones de tipo especial, por otro lado, se seleccionó un
coeficiente de reducción de carga sísmica R=8 debido a que
el sistema estructural corresponde a pórticos especiales
resistentes a momento (SMF) (Figura 2).
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Figura 1: Resultados Formulario Nivel 1
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Figura 2: Espectro de respuesta NEC-SE-DS, 2015.
Una vez que se ha definido el espectro de respuesta sísmica
es conveniente determinar los coeficientes 𝐶t y ∝ Que
dependen netamente del tipo de edificio o del material del
que esté compuesto ya que su rigidez depende de eso (Tabla
1).
Tabla 1: Población y tasas de crecimiento.
Tipo de estructura
𝐶t
∝
Estructuras de acero
Sin arriostramientos
0.072
0.8
Con arriostramientos
0.073
0.75
Pórticos especiales de hormigón armado
Sin muros estructurales ni diagonales
rigidizadores
0.055
0.9
Con muros estructurales o diagonales
rigidizadoras y para otras estructuras basadas en
muros estructurales y mampostería estructural
0.055
0.75
Se seleccionó los valores de 𝐶t= 0.055 y ∝ = 0.9 debido que
el edificio se forma de hormigón, dando como resultado un
periodo T∝ = 0.296, con lo cual se tiene un espectro elástico
como se describe en la siguiente Figura 3.
Figura 3: Espectro Elástico NEC
También para el análisis se cargó a la estructura con Carga
viva y carga muerta, de acuerdo a la normativa. Para el caso
del quirófano, se ha sacado un peso distribuido que
represente a la cubierta de techo que ahí se ubica, dicho peso
se ha aplicado sobre vigas de hormigón armado presentes en
obra, se optó por realizarlo de esa manera par que el modelo
matemático fuese más sencillo y aplicable.
Chequeo de Resultados de Análisis Lineal
Se realizó la comparación entre los resultados obtenidos del
análisis del software Etabs con los parámetros mínimos
normativos (NEC-SE-DS, 2015) para cada caso que se
señala a continuación:
- Periodo de Vibración
Se realizó la comparación entre el periodo obtenido en las
ecuaciones y el periodo fundamental de vibración de la
estructura obtenido del análisis modal espectral del software
de diseño, el último periodo obtenido debe ser mayor que 1.3
veces el periodo obtenido en la ecuación. El periodo del
modelado es 0.38 seg y de la ecuación 0.296 seg. Con lo cual
se puede concluir que la estructura actual cumple con no
superar en un 30% el periodo normativo por lo que desde ya
se puede intuir que la estructura va a estar cumpliendo
derivas.
- Participación de masa modal
En la participación modal es importante que la estructura o
el porcentaje de la masa de la estructura que se excita sea por
lo menos el 90% en los primeros modos de vibración como
se puede apreciar en la siguiente Figura 4.
Figura 4: Participación de masa modal
Se puede observar que efectivamente existe una
acumulación de masa modal superior al 90% en ambos
sentidos, en el sentido X, esta acumulación se consigue en el
sexto modo de vibración, en el sentido Y se consigue en el
cuarto modo, esto se debe a que el primer modo de vibración
se da en el sentido Y de la estructura lo que es totalmente
lógico ya que la menor población de columnas es en ese
sentido, es decir el sentido Y es el que tiene menor rigidez lo
que hace que la masa se excite mucho más en ese sentido.
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- Torsión en Planta
Se verificó que los desplazamientos de la estructura en el eje
x, y y z en el eje y no superen el 30% para que no tenga un
movimiento torsional. En la siguiente Figura 5 podemos
apreciar los desplazamientos obtenidos en el análisis.
Figura 5: Desplazamiento x, y y z
De los resultados obtenidos anteriormente se puede notar
que, en efecto, los dos primeros modos de vibración son
rotacionales, lo que es recomendable, el tercer modo de
vibración en cambio es totalmente torsional lo que no señala
un grave problema debido a que la mayor cantidad de energía
ya se habrá disipado en los dos primeros modos.
- Cortante Basal Dinámico vs Estático
Debido a la irregularidad de la estructura el cortante basal
dinámico debe ser al menos el 85% del estático de acuerdo
con la Norma NEC-SE-DS, 2015 (Figura 6).
Para cumplir con los porcentajes de cortantes establecidos en
la NEC fue necesario hacer un reajuste a los casos de carga
dinámicos que se relacionan de manera directa con el
cortante basal dinámico, multiplicando a la gravedad del
caso de carga dinámico en X por un valor de 1.13 y a la
gravedad del caso de carga dinámico en Y por un valor de
1.09 obteniendo así fracciones de cortante dinámico en
función del estático del 86% en ambos casos.
- Chequeo de derivas de piso
Las derivas de piso deben cumplir con lo establecido en la
Norma NEC-SE-DS, 2015 señala que, para edificios de
hormigón armado, acero estructural y madera, la deriva
inelástica máxima es del 2% mientras que, para el caso de
edificios de madera, la deriva inelástica máxima es del 1%.
- Cálculo de derivas por fuerzas estáticas
Se deben chequear las derivas en los dos sentidos, tanto en
X como en Y, además de revisarlas para las fuerzas estáticas
y dinámicas, existen varias ocasiones en las que las derivas
por cortantes estáticos superan a los dinámicos, ahí la
importancia de revisarlas para todos los costos (Figura 7 y
Figura 8).
Figura 6: Diagrama de cortante estático vs dinámico en X y en Y.
Resistencia de Elementos Estructurales
Se verificó que los elementos estructurales cumplan con los
parámetros establecidos por la Norma NEC-SE-DS, 2015 y
sean capaces de soportar las cargas de diseño, además se
realizó el chequeo de vigas con inercias agrietadas de 0.5
para flexión y de 0.4 para corte, para el caso de columnas
unas inercias de 0.7 para flexión y 0.4 para corte (Figura 9).
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Figura 7: Deriva estática en X y en Y; Figura 8: Deriva Dinámica en X y en Y.
Figura 9: Porcentaje de acero en vigas
Se puede observar que la viga más demandada a flexión es
la que corresponde al eje 2, entre los ejes H e I, teniendo una
cuantía del 1.21% en su extremo, esto se explica porque bajo
acciones de sismo, las partes que sufren mayores daños
suelen ser los extremos, donde se generan las llamadas
rótulas plásticas.
También se verifico el comportamiento de las columnas
mediante el análisis de flexo – compresión y la
Demanda/Capacidad de estas, las cuales fueron analizadas
con el armado que se obtuvo del levantamiento (Figura 10 y
Figura 11).
Figura 10: Porcentaje de acero existente en columnas
Figura 11: Porcentaje de acero óptimo en columnas
La cuantía calculada por Etabs cumple con la normativa y se
observa que las secciones de columnas no están sub-
dimensionadas únicamente carecen de la cantidad correcta
de acero, lo que lleva a que se piense en un posible
reforzamiento de encamisado metálico o a un aumento de
acero desprendiendo el recubrimiento de la columna o a su
vez a un reforzamiento con fibra de carbono.
Análisis Estético No Lineal
Una vez que ya se ha realizado el análisis modal de la
estructura se procede a la realización del análisis estático no
lineal con la finalidad de obtener la curva de capacidad que
define a la estructura y con eso un punto de desempeño al
utilizar diferentes niveles de amenaza sísmica establecidas
por la norma ecuatoriana de la construcción NEC, de la
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misma manera el punto de desempeño se obtendrá bajo la
metodología FEMA 440.
En el análisis no lineal es importante la definición de
modelos constitutivos para los materiales, para el caso del
hormigón se va a usar el modelo de Mander 1984 en su
estado confinado y no confinado, el estado del hormigón
depende del acero transversal que se le coloca en el elemento
estructural y la ductilidad varía como se puede ver en la
siguiente Figura 12:
Figura 12: Modelo constitutivo del concreto según Mander
Por otra parte, para el comportamiento del acero se utilizó el
modelo propuesto por Park (1975). El acero para el cual se
va a utilizar es de 4200 Kg/cm2 y su curva de
comportamiento se presenta en la siguiente Figura 13:
Figura 13: Modelo constitutivo del acero según Park
Diagrama Momento – Rotación
La norma ASCE 41 – 13 brinda parámetros para el cálculo
de las rótulas plásticas para cada elemento según su función,
parámetros que también utiliza Etabs y que muestra
diagramas en base a factores a, b, c tal uy como señala la
siguiente Figura 14:
Figura 14: Diagrama Momento-Curvatura
Se muestran a continuación los parámetros calculados para
vigas dominadas por flexión de la norma ASCE 41-13,
cálculos realizados únicamente para la viga de hormigón
armado de sección 30 x 35 cm (Tabla 2 - Figura 15 y Figura
16).
Tabla 2: Propiedades calculadas de la rótula plástica en viga
30x35
Punto
Rotación
Rad
Momento
(Tn-m)
Escala
momento
M/My
E
-0.0502
-1.29
-0.2
D
-0.0273
-1.29
-0.2
C
-0.0273
-7.60
-1.2
B
-0.0030
-6.44
-1.0
A
0.0000
0.00
0.0
B
0.0030
6.44
1.0
C
0.0273
7.60
1.2
D
0.0273
1.29
0.2
E
0.0502
1.29
0.2
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Figura 15: Diagrama momento - rotación de viga.
Figura 16: Diagrama de momento - rotación con factores de
escala.
Se nota que la fluencia se representa por el punto B, este
punto indica el cambio del comportamiento lineal de la
sección a un comportamiento no lineal, entonces la
capacidad o el momento resistente esperado es de 6.44 Tn-
m con una rotación de 0.003 radianes.
Si la sección sufre una sobrecarga, eventualmente esta
llegará al punto C donde posee un momento resistente último
de 7.60 con una rotación de 0.0273 radianes.
Por último, la sección pierde súbitamente su capacidad y
falla hasta llegar un valor de momento remanente de 1.29
Tn-m lo que representa aproximadamente el 205 del
momento de fluencia con una rotación de 0.0273 radianes,
nótese que es igual a la anterior, lo cual tiene sentido porque
la falla es súbita.
Para la realización de las rótulas plásticas de la viga de acero
IPE 240 se toma como base la tabla 9-6 del ASCE 41-13 y
se obtienen los siguientes resultados (Figura 17).
Figura 17: Diagrama momento-rotación viga IPE 240
Para el caso de las columnas se tomó la sección de 40 cm x
40 cm, aquí se evidencia el cálculo de una rótula plástica para
un elemento sometido a esfuerzos de flexión y compresión
(Figura 18 y Figura 19).
Figura 18: Diagrama momento rotación de columna
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Tabla 3: Propiedades calculadas de rótula plástica e columna
Punto
Rotación Rad
Momento
(Tn-m)
Escala momento
M/My
A
0.0000
0.00
0.0
B
0.0014
10.00
1.0
C
0.0283
12.82
1.3
D
0.0283
2.00
0.2
E
0.0351
2.00
0.2
Figura 19: Diagrama momento rotación de columna
Niveles de amenaza sísmica
Los niveles de amenaza vienen representas como espectros
de aceleraciones de la NEC 2015, lo que corresponden a un
periodo de retorno de 72, 225, 475 y 2500 años, todos estos
parámetros se muestran en la Tabla 4:
Tabla 4: Niveles de amenaza sísmica
Nivel
Sísmico
Probabilidad
de excedencia
en 50 años
Periodo
de
retorno
Tr
(Años)
Tasa de
excedencia
(1/Tr)
PGA Rock
AMBATO
Frecuente
50%
72
0.0138
0.20
Ocasional
20%
225
0.0044
0.31
Raro
(Diseño)
10%
475
0.0021
0.40
Muy Raro
2%
2500
0.0004
0.65
Los espectros para cada nivel sísmico se obtendrán por
medio de las curvas de peligro sisimico para la ciudad de
Ambato que son proporcionadas por la NEC-SE-DS, 2015.
A pesar de que la estructura se encuentra ubicada en el
cantón Cevallos se utilizarán estas mismas curvas en base al
criterio de que ambas ciudades se encuentran en la misma
zona sísmica y que poseen un suelo muy parecido, además
no se encuentran registros de curvas de peligro sísmico para
el cantón Cevallos. Dichas curvas relacionan la aceleración
sísmica con la tasa anual de excedencia (Figura 20).
Figura 20: Espectros de respuesta conformes a los niveles de
amenaza sísmica
Curva de capacidad de la estructura
Figura 21: Curva de capacidad en X e Y
De la gráfica anterior se puede notar que la estructura posee
mucha más capacidad de deformación en sentido X Con un
desplazamiento último de 25.80 cm empujada por un
cortante basal de 508. 83 Tn mientras que en sentido Y tiene
una deformación última de 23.34 cm empujada por un
cortante basal de 470.17 Tn.
Curva de capacidad y su representación bilineal
Figura 22: Bilinealización de la curva de capacidad en X
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López et al. (2025) https://doi.org/10.56124/finibus.v8i15.002
La parte del desplazamiento que corresponde al rango entre
Δy – Δu se lo interpreta como la ductilidad que tiene la
estructura, es decir la capacidad de incursionar en
deformaciones inelásticas. Que para este caso se nota que es
bastante amplia (Figura 22 y Figura 23).
Figura 23: Bilinealización de la curva de capacidad en Y
Se nota que para el sentido Y la ductilidad es un tanto menor
que para el caso del sentido X, sin embargo, la ductilidad de
la estructura en ese sentido es bastante amplia también.
Desempeño sísmico de la estructura
Para la evaluación del desempeño se deben cumplir ciertos
objetivos, en este trabajo se van a usar los objetivos
planteados por el comité de Visión 2000 que relaciona el
desempeño y el daño estructural para tres distintos tipos de
edificaciones según su uso, evaluadas para los distintos tipos
de amenaza sísmica según su periodo de excedencia, tal y
como se presenta en la siguiente matriz (Figura 24).
Figura 24: Objetivos del desempeño
TO = Totalmente Operativo
O = Operativo
SV = Seguridad de vida
PC = Prevención de colapso
La estructura en análisis pertenece a una institución
educativa y se clasifica como una estructura especial o para
el caso de la matriz anterior como estructura esencial o
peligrosa se espera que el punto de desempeño para un sismo
ocasional sea totalmente operativo, para un sismo raro
(Sismo de diseño) sea operativa y para un sismo muy raro se
encuentre en seguridad de vida.
La norma ATC 40 realiza una sectorización de la
representación bilineal de la curva de capacidad para poder
calificar el desempeño que tiene la estructura, las áreas de
sectorización están en función al desplazamiento plástico
(Δp) y corresponden a los siguientes porcentajes; 30%
operacional, 30% seguridad de vida, 20% pre colapso y 20%
colapso.
En la siguiente Figura 25, se muestra esta esta sectorización.
Figura 25: Sectorización de la curva de capacidad. SEAOC, 1996
Evaluación del desempeño sísmico
Este análisis identifica el desempeño símico que tendrá esta
edificación al ser sometido a los diferentes niveles de
amenaza símica para cada sentido de manera independiente.
Desempeño de la estructura en sentido X (Figura 26).
Figura 26: Desempeño sísmico del edificio en X
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Análisis estructural del desempeño sísmico del Edificio del Hospital Universitario de la Universidad
Técnica de Ambato, mediante la medición de vibraciones.
Los aspectos más importantes a resaltar de lo mostrado en la
figura anterior, la cual representa el desempeño que tiene la
estructura en dirección X es que para un sismo frecuente el
desempeño de la estructura se encuentra en la zona
denominada Totalmente Operacional, en cambio para un
sismo Ocasional el desempeño de la estructura se encuentra
en la zona de Ocupación Inmediata, de la misma manera para
un sismo Raro, es decir un sismo de diseño la estructura se
encuentra en Ocupación Inmediata y por último para un
sismo Muy Raro el desempeño de la estructura se encuentra
en la Zona de seguridad de vida, con lo que se nota que los
objetivos del desempeño estructural planteados por el
Comité Visión 2000, para que los resultados sean más
visibles se realiza la siguiente Tabla 5:
Tabla 5: Matriz de niveles de desempeño en X
Desempeño de la estructura en sentido Y (Figura 27)
Figura 27: Desempeño sísmico del edificio en Y
La figura anterior muestra que esta estructura al ser sometida
a un sismo frecuente se desempeña dentro del área de
ocupación inmediata siendo el mismo caso si esta es
sometida a un sismo ocasional, en cambio si esta es sometida
a un sismo Raro (Diseño) se encuentra trabajando en el nivel
de seguridad de vida y para un sismo Muy raro se encuentra
en el límite de seguridad de vida y prevención de colapso por
lo que se pasa por cumplido los desempeño para esta
estructura en el sentido según con lo planteado planteados
por el Comité Visión 2000, para que los resultados sean más
visibles se realiza la siguiente Tabla 6:
Tabla 6: Matriz de niveles de desempeño en Y
4. Conclusiones
De la realización de ensayos preliminares se observa que
para el caso de la resistencia a compresión del hormigón en
los elementos estructurales se obtuvo un valor medio de
212.8 Kg/cm2 y que por motivos conservadores y prácticos
se optó por tomar un valor de 210 kg/cm2, valor obtenido
mediante la utilización de un esclerómetro digital.
En los ensayos preliminares se observó que para el caso del
perfil de suelo en el que se emplaza la estructura se utilizó el
método del Ensayo de Penetración Estándar (SPT)
obteniendo un valor promedio de golpes de N=30, número
que se encuentra en el rango 50 > N ≥ 15, una velocidad de
onda de corte Vs = 314.11 m/s misma que se encuentra
dentro del rango 360 m/s >Vs ≥ 180 m/s. Según los datos
mencionados anteriormente y en conformidad con la NEC
2015 corresponden a un perfil de suelo tipo D.
Por la realización del análisis modal espectral se observa que
el periodo fundamental de la estructura es de 0.38 segundos,
las torsiones en los dos primeros modos de vibración son del
1.05% en X y de 5.94% en Y siendo el valor máximo
admitido 30%, el cortante basal dinámico con relación al
cortante basal estático es del 86% en ambos sentidos siendo
el 85% como límite mínimo y derivas inelásticas de piso en
X del 1.7% en Y del 1.98%. Valores que cumplen con lo
dispuesto en la NEC – SE -DS 2015.
Al realizar el análisis estático no lineal de la estructura bajo
la guía de la metodología incremental (Pushover) y tomando
como Niveles de desempeño los planteados por el comité de
Visión 2000 se nota que para el sentido X, cuando la
estructura ha sido sometida a un nivel de amenaza
correspondiente a un sismo raro (Tr = 475 años), su
desempeño se encuentra en Ocupación Inmediata y que para
un nivel de amenaza por un sismo muy raro (Tr = 2500 años)
su desempeño se encuentra en seguridad de vida, asimismo
para el sentido Y cuando la estructura ha sido sometida a un
nivel de amenaza correspondiente a un sismo raro (Tr = 475
años), su desempeño se encuentra en Ocupación Inmediata y
que para un nivel de amenaza por un sismo muy raro (Tr =
2500 años) su desempeño se encuentra en el límite de
seguridad de vida, lo cual muestra que la estructura tiene un
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desempeño optimo, un desempeño esperado para este tipo de
estructuras.
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Material complementario
Están disponible en línea en Material Complementario. A1:
Resultados Formulario Nivel 2; A2:Resultados Formulario
NEC.
Contribución de los autores (CRediT)
López, L.: Conceptualización, Curación de datos y
contenidos, Análisis formal de datos, Investigación,
Metodología, Redacción- borrador original, Redacción-
revisión y edición. Yépez, A.: Conceptualización, Curación
de datos y contenidos, Análisis formal de datos,
Investigación, Metodología, Redacción- borrador original,
Redacción-revisión y edición. Barrera, E.:
Conceptualización, Curación de datos y contenidos, Análisis
formal de datos, Investigación, Metodología, Redacción-
borrador original, Redacción-revisión y edición. Gómez, Y.:
Conceptualización, Curación de datos y contenidos, Análisis
formal de datos, Investigación, Metodología, Redacción-
borrador original, Redacción-revisión y edición. Todos los
autores han leído y aceptado la versión publicada del
manuscrito.
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Vol.8, Núm.15 (ene-jun 2025) ISSN: 2737-6451
Análisis estructural del desempeño sísmico del Edificio del Hospital Universitario de la Universidad
Técnica de Ambato, mediante la medición de vibraciones.
Conflicto de intereses
Los autores han declarado que no existe conflicto de
intereses en esta obra.
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