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]
Yajaira Gómez Machado [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).
