2.3 Control Using Vision
2.3.1 Landmarks
Sistema Omniblock
Descripción del sistema
Especificaciones técnicas
Sistema tipo túnel Descripción del sistema
Sistema Constructivo Tipo Túnel y Omniblock
Como resultado de la investigación
Fuente: Faria (2009)
DERECHOS
C A P Í T U L O III
M A R C O M E T O D O L Ó G I C O
En el desarrollo de cualquier investigación es necesario seleccionar un diseño metodológico el cual permita alcanzar cada uno de los objetivos planteados y al mismo tiempo visualizar el alcance del estudio a efectuar. Por esta razón, en este capítulo se presenta la metodología considerada en la resolución del problema que es objeto de investigación: tipo, diseño, población y muestra, técnicas de recolección de datos, al igual que los procedimientos de investigación.
Tipo y nivel de Investigación.
La presente investigación está fundamentada como un estudio descriptivo; en tal sentido Chávez (2001), destaca que son todos aquellos estudios orientados a recolectar informaciones relacionadas con el estado real de las personas, objetos, situaciones o fenómenos, tal como se presentaron al momento de su recolección. En tal sentido Bavaresco (2001), expresa que las investigaciones descriptivas van en la búsqueda de aquellos aspectos en los cuales se desea indagar, conocer y en los cuales se pretende obtener respuesta.
Según Sabino (1999), las investigaciones descriptivas son “…aquellas cuyo objetivo principal es describir características fundamentales de los fenómenos utilizando criterios sistemáticos para destacar los elementos esenciales de la naturaleza”. De la misma manera, Arias (1999) destaca que las investigaciones
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descriptivas están fundamentadas en la caracterización de un hecho, fenómeno o grupo con el fin de establecer su estructura o comportamiento.
Dado que la tesis en desarrollo busca desplegar una comparación entre el sistema constructivo tipo túnel y el sistema Omniblock®, este proceso el cual conjuga una serie de pasos para indagar en dicho planteamiento, la clasificación de la presente tesis como tipo descriptiva está asequiblemente fundamentada, a la misma vez que se desarrollan comparativamente ambos sistemas desde el punto de vista estructural y económico.
Por ello, se dice que la investigación es del tipo comparativa (Hernández, Fernández y Baptista, 1998), debido a que permite recoger evidencias de hechos concretos e indagar por supuestas relaciones entre ellas y efectuar sus contrastaciones, basados en dos sistemas constructivos como elementos de comparación.
Diseño de la Investigación
Según Sabino (1999), el propósito fundamental del diseño de la investigación, es el de "…proporcionar un modelo de verificación que permita contrastar hechos con teoría". En tal sentido a continuación se presenta, desde el contexto metodológico o procedimental, la forma como se acometerá el desarrollo de la presente tesis. Para tal efecto, esta investigación se clasifica como del tipo no experimental, basado en lo indicado por Hernández, Fernández y Baptista (1999), donde manifiesta que este tipo de investigaciones se realizan sin
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manipular deliberadamente las variables de estudio y se observan los fenómenos tal y como se dan en su contexto original, para después analizarlos.
El diseño de la investigación fue en tal sentido, no experimental y transeccional, donde Hernández et al (1998), determinan a los diseños de investigación transeccionales o transversales como aquellos donde se “…recolectan los datos en un sólo momento, en un tiempo único. Su propósito es describir variables, y analizar su incidencia e interrelación en un momento dado”.
Para tal efecto, en la presente investigación para poder analizar y comparar los sistemas constructivos convenientemente, se debieron desarrollar y concebir los datos e informaciones o simplemente indagar sobre las unidades de análisis bajo esquemas similares desde el punto de vista temporal, es decir, se conservó el criterio práctico de trabajar sobre la muestra de estudio bajo un mismo momento y en el mismo instante.
Sin embargo, este criterio estaba más relacionado con la análisis de costos, el cual se desarrolló considerando la simultaneidad de condiciones, es decir, que las hipotéticas construcciones en la aplicación de cada sistema constructivo estuviera supeditada a la igualdad de escenario o circunstancias, y en el mismo momento o instante desde el punto de vista temporal.
Igualmente, la investigación realizada es una investigación de campo, dado a que toda la información es obtenida directamente donde se manifiesta el fenómeno. En tal sentido Tamayo y Tamayo (2002), plantea en referencia a los
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estudios de campo, la particularidad en donde los datos se recogen directamente de la realidad, cerciorándose de las verdaderas condiciones obtenidas de las mismas, facilitado la revisión o modificación en caso de surgir dudas.
Dado que la presente investigación estuvo fundamentada en base de un análisis considerando un diseño estructural y bajo el desarrollo de un estimado de costos producto de dicho análisis estructural, el investigador ejecutó todas estas actividades directamente en la realidad o el entorno donde se manifiesta, basados en el precepto de la simulación de características particulares de cada sistema constructivo considerado.
Sujetos de la Investigación Población
Según Chávez (2001), destaca a la población como el universo de la investigación sobre el cual se pretenden generalizar los resultados de la misma y está constituida por características y estratos que le permiten distinguir los sujetos uno de otros. Tal como lo explica Tamayo y Tamayo (2002), la población es la totalidad del fenómeno a estudiar, en donde las unidades de población poseen características comunes, susceptibles de observación, lo cual da origen a los datos de la investigación
No obstante, las características de la población se deben delimitar con la finalidad de establecer los parámetros muéstrales. Se incluye en esta totalidad los sujetos, objetos, fenómenos o situaciones que se desean investigar. En tal sentido, la población objeto de estudio de esta investigación está conformada por las
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diferentes edificaciones en Venezuela que pueden admitir la disposición de los sistemas constructivos tipo túnel y tipo Omniblock® como elementos y solución estructural. Para especificar mejor esta población se determina aquellas estructuras de poca altura (hasta 6 metros) construidas bajo el esquema de mampostería y muros estructurales ubicados en la ciudad de Maracaibo, dado a la caracterización sísmica que se aplicara dependiente de la zona. Dado a la amplitud de esta población la cual es técnicamente inaccesible, se determina entonces la clasificación de la presente investigación como del tipo infinita.
En tal sentido y según lo expresa Chávez (2001), las poblaciones infinitas son aquellas poblaciones constituidas por más de 100.000 unidades de estudio dado que el uso de cada sistema constructivo está supeditado a muy pocas restricciones de utilización. En tal sentido, fue necesario considerar una muestra representativa de esta población de carácter inaccesible en su totalidad espacial.
Muestra
Para Hernández et al (1998), la muestra es en esencia, un subgrupo de la población. Según Tamayo y Tamayo (2002), la muestra es “el conjunto de operaciones que se realizan para estudiar la distribución de determinados caracteres en la totalidad de una población, universo o colectivo, partiendo de una observación de una fracción de la población considerada.
Para tal efecto y en concordancia a lo expresado anteriormente, el tipo de muestreo empleado para distinguir la muestra fue de carácter intencional. Se
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seleccionó una planta de arquitectura tipo (edificio de 2 niveles) para el uso de oficinas, donde se analizó cada sistema constructivo los cuales conforman o son parte del análisis del presente estudio de investigación, bajo la aplicación de cada uno y los requerimientos estructurales exigidos para su definición. Para tal efecto, Sabino (1999) especifica a un muestreo intencional como aquel en el cual se “escoge sus unidades no en forma fortuita, sino en forma arbitraria, designando a cada unidad según características que al investigador le resulten de relevancia”.
Operacionalización de la Variable
Definición Nominal: Sistemas Constructivos
Definición Conceptual: Según Soto y Araujo (1999), los sistemas constructivos son los diferentes métodos o procedimientos por medio de los cuales se lleva a cabo la fabricación o construcción de una edificación u otro tipo de estructura.
Definición Operacional: Faria, (2009). Los sistemas constructivos son los diferentes métodos o procedimientos por medio de los cuales se lleva a cabo la fabricación o construcción de una edificación u otro tipo de estructura de 3 niveles, bajo el planteamiento del uso de los sistemas tipo túnel y Omniblock®
Técnicas de Recolección de Datos
Es de observar que esta etapa basada en técnicas e instrumentos consistió básicamente en recolectar los datos pertinentes en virtud de la variable involucrada en esta investigación, definida específicamente en base a los sistemas constructivos a utilizar. Para tal efecto, Chávez (2001), determina en referencia a
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lo expuesto y establece a las técnicas de recolección de datos como los diversos medios utilizados por el investigador para medir el comportamiento o atributos de las variables de estudio.
En el mismo orden de ideas, Hernández et al (1998), manifiestan que la recolección de datos implica tres actividades estrechamente relacionadas entre sí como: seleccionar un instrumento de medición de datos, aplicar el instrumento y preparar las mediciones obtenidas para poder ser analizadas convenientemente, es decir, el proceso de codificar los datos.
Por otra parte, según Bavaresco (2001), estas técnicas conducen a la verificación de problemas planteados. Cada tipo de investigación determinará las técnicas a utilizar y cada técnica establece sus herramientas, instrumentos o medios que serán empleados. En cuanto a las técnicas seleccionadas para esta investigación son la observación directa simple y la observación documental.
La observación directa simple se presenta en el momento que se prepararon los modelos de análisis basados en los sistemas constructivos tipo túnel y tipo Omniblock®. Estos modelos conforman la muestra de estudio y sobre estas se desarrollaron las diferentes actividades necesarias para el avance de la presente investigación en virtud del cumplimiento de los objetivos planteados.
Por otro lado, la observación documental o bibliográfica es definida por Bavaresco (2001), como la revisión de todo el material escrito que guarde relación
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con los estudios realizados, libros, folletos, manuales, entre otros. La aplicación de éstas técnicas permitió recolectar y procesar la información requerida para el desarrollo de las diferentes estructuras analizadas.
En tal sentido fue necesario indagar en los siguientes documentos base y que sirven de sustento teórico a las diferentes condiciones planteadas en el desarrollo de la presente investigación; estos documentos son: Normas nacionales (COVENIN) e internacionales (ASCI), folletos, especificaciones técnicas, textos, trabajos de investigación análogos, entre otros.
Igualmente, fue utilizada la observación directa simple a través del uso de un cuaderno de notas, en tal sentido Muñoz (1998), considera a la observación directa a la inspección que se hace directamente a un fenómeno dentro del medio en que se presenta, a fin de contemplar todos los aspectos inherentes a su comportamiento y características dentro de ese campo. En estos casos el observador entra en contacto directo con el fenómeno observado.
Procedimientos
Para obtener una información pertinente a la investigación ser realizó un abordaje teórico para establecer la relación entre la problemática planteada, los objetivos, las variables, dimensiones e indicadores. Por tal motivo fue necesario indagar en las especificaciones y el material disponible el cual describía a los sistemas constructivos determinados a comparar. En tal sentido fue necesario determinar cualidades, parámetros técnicos, condiciones normativas,
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planteamientos, metodologías y prácticas de construcción, costos, entre otros aspectos.
No obstante, para poder comparar costos y determinar las diferencias de carácter estructural, se realizo un diseño bajo una misma planta de cada sistema en específico, manteniendo igualdad de condiciones. La metodología general para el cálculo de las estructuras planteadas se siguió los siguientes pasos descritos a continuación:
Definición de la geometría del sistema: El modelo simulado se realizó según la arquitectura preparada para la comparación estructural. La simulación de las estructuras analizadas consistió en la elaboración del modelo físico-matemático que representa, con la mayor fidelidad posible, el comportamiento de la estructura.
Definición de los materiales de construcción: a) Acero de refuerzo: Tensión Cedente Mínima, fy = 4200 kg/cm2 (cedencia), b) Acero por temperatura (Malla Electrosoldada): Tensión Cedente Mínima, fy = 5000 kg/cm2 (cedencia)
Concreto: Resistencia a la compresión a los 28 días, f’c=250 kg/cm2. Las propiedades del concreto armado adicionales a utilizar en el cálculo del proyecto se presentan a continuación: Masa por unidad de volumen : 254,84 kgf/m2, Peso por unidad de volumen: 2.500 kgf/m3, Módulo de elasticidad Ec: 237.171 kgf/cm2, Relación de Poisson: 0,20 . Coeficiente de expansión térmica 9,9E10-6 °C-1
Estas características de concreto aplicarán para la construcción de los muros reforzados que definen el sistema tipo túnel y el concreto a utilizar para el
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relleno de los bloques del sistema Omniblock® de mampostería reforzada. Resistencia de los bloques de concreto sistema Omniblock® a los 28 dias: 128 kgf/cm2.
Establecimiento de las hipótesis de cálculo: No se consideraron los efectos por fuerza de viento sobre las estructuras por ser una estructura rígida con una masa importante, al utilizar los dos sistemas constructivos.
Determinación de las cargas actuantes: Las acciones gravitacionales a las que estarán sometidas las estructuras durante su vida útil son las cargas permanentes debidas al peso propio de la misma y las cargas variables, las cuales se encuentran especificadas en la Norma COVENIN-MINDUR 2002-88: “Criterios y Acciones Mínimas para el Proyecto de Edificaciones”, como cargas uniformemente distribuidas equivalentes. En tal sentido se asumirá una carga viva de 100 kg/m2 para las losas de techo y 300 kgf/m2 en los entrepisos considerando un uso de oficinas. Para la carga muerta en el caso del sistema tipo túnel se considerará una losa maciza de espesor constante relacionada a los muros que determinan el sistema. En el caso del sistema Omniblock® se estimarán losas nervadas.
Para el análisis y evaluación de la estructura se consideraron las cargas permanentes, variables y de sismo (debido a que son estructuras con una alta masa, se considerará solo el efecto sísmico sobre la misma). Las cargas mínimas a considerarse en el diseño de estas estructuras se basan en los siguientes tipos:
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Acciones permanentes (cargas muertas): las cuales consisten en el peso propio de la estructura y de todo el material unido o soportado permanentemente.
Acciones variables (cargas vivas): entendiéndose todo aquel efecto originado por toda carga no permanente.
Acciones accidentales (Sismo): Para la evaluación de la estructura existente se empleo el espectro de diseño y/o revisión según la Norma COVENIN 1756:2001- “Edificaciones Sismorresistentes”. El espectro de diseño utilizado para la acción simultánea de las componentes sísmicas horizontales en las dos direcciones ortogonales y posteriormente se aplicó la combinación de acciones del 100% en una dirección más el 30% en la dirección en la dirección ortogonal y viceversa, tal y como lo establece la Norma COVENIN 1756:2001- (Método CQC).
Según los datos del proyecto anteriormente proporcionados, la información sísmica utilizada para el análisis sísmico corresponde a la definida por la Norma Venezolana COVENIN 1756:2001 - “Edificaciones Sismorresistentes”, los datos necesarios para su realización se muestran a continuación: En cuanto a las masas sísmicas asumida se considero el 100 % de la carga muerta, el 50 % de la carga viva en el entrepiso y el 0 % en el techo de dicha carga. Para el diseño de los elementos, las respuestas sísmicas se combinan con las determinadas por las otras acciones según las combinaciones antes descritas. Los aspectos a considerar en el análisis dinámico son: Formas Modales, Periodos de Vibración y Derivas.
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Considerando un número de modos igual a 113 para el edificio de 2 niveles establecido bajo el sistema Omniblock® y 232 modos para el caso del edificio de 2 niveles con la misma distribución arquitectónica que la anterior utilizando el sistema tipo túnel, más del 90% de la masa participativa total de la estructura, tal y como lo establece la Norma Venezolana COVENIN 1756:2001 – “Edificaciones Sismorresistentes”, en su artículo 9.6.2.1 que expresa que deben ser considerados todos aquellos modos para los cuales la suma de las masas efectivas sea superior al 90% de la masa movilizada en el movimiento sísmico.
Se asignó el 70 % de la incidencia del espectro horizontal sobre el vertical, en tal sentido solo se asignarán tantos modos como para cumplir en un 90 % de masas participativas en los ejes horizontales (COVENIN 1756-2001). El primer modo de vibración de la estructura es el que presenta un mayor factor de participación modal, motivo por el cual es el de mayor interés a la hora de analizarla.
Por lo general, el primer modo tiene la contribución más grande al movimiento de la estructura y está asociado a un período mayor (frecuencia natural más pequeña). Según los datos del proyecto anteriormente proporcionados, la información sísmica utilizada para el análisis sísmico corresponde a la definida por la Norma Venezolana COVENIN 1756:2001 “Edificaciones Sismorresistentes”, los datos necesarios para su realización se muestran a continuación:
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Zona sísmica 3 Coeficiente de Aceleración Horizontal, Ao 0.20
Forma espectral S3
Factor de corrección, 0.90
Grupo B2 Factor de importancia, 1.00
Nivel de diseño ND3
Material Concreto Armado
TIPO III
Factor de reducción de respuesta, R 2 (Omniblock®) 4.5 (Tipo Túnel) Factor de magnificación promedio, 2.8
To 0.25 s
T* 1.0 s
T+ 0.1 s
P 1.0
Definición de las combinaciones de carga: Para el diseño de estructuras de concreto en el estado de rotura, se tienen las siguientes combinaciones:
U = 1.4 CP
U = 1.2 CP + 1.6 CV U = 1.2 CP + 0.5CV ± S U= 0.9 CP ± S
Donde:
U = Carga última de diseño
CP = Cargas permanentes CV = Cargas variables
S = Acción del sismo
En cuanto a las combinaciones de servicio para el chequeo de las deformaciones se tienen las siguientes:
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CP CP + CV
CP + CV ± 0.7 S 0.9 CP ± 0.7 S 1.1 CP + CV
Establecimiento de limitaciones a las deformaciones: Las cargas actuantes producen desplazamientos que deben ser limitadas para evitar excesivas deformaciones que comprometan la estructura o provoquen daños en elementos no estructurales como acabados, tuberías y equipos. Los desplazamientos controlan los daños que puedan causar el sismo al tipo de cerramiento utilizado en el edificio. Según la Norma Venezolana COVENIN 1756:2001 “Edificaciones Sismorresistentes”, los valores limites de vienen expresados en la siguiente tabla:
Cuadro No. 2
Deflexiones Máximas Permisibles EL E M E N T O ES T R U C T U R A L TI P O D E
DE F L E X I Ó N
MÁ X I M O
PE R M I S I B L E
Techos planos que no soportan ni están unidos a elementos no estructurales susceptibles de ser
dañados por grandes flechas. L/180
Entrepisos que no soportan ni estad unidos a elementos no estructurales susceptibles de ser dañados por grandes flechas.
Vertical.
Flecha instantánea debida a la acción de la carga variable
L/360
Techos o Entrepisos que soportan o están unidos a elementos no estructurales susceptibles de ser
dañados por grandes flechas. L/480
Techos o Entrepisos que soportan o están unidos a elementos no estructurales que no son susceptibles de ser dañados por grandes flechas.
Vertical.
Flecha total que se produce después de la fijación de los elementos no estructurales
L/240
Fuente: Covenin 1756:2001.
DERECHOS
El cálculo del desplazamiento lateral total viene expresado en la Norma Venezolana COVENIN 1756:2001 “Edificaciones Sismorresistentes” como:
0.8
i
R
ei
Donde:
R = Factor de reducción de respuesta
ei
= Desplazamiento lateral del nivel i, [L] usualmente en cm
Los desplazamientos controlan los daños que puedan causar el sismo al tipo de cerramiento utilizado en el edificio. En tal sentido, es necesario tener presente que se supone que la estructura se comporta elásticamente, motivo por el cual a los resultados de los desplazamientos obtenidos cuando la acción sísmica es definida mediante el espectro de respuesta normativo se les aplica la fórmula anterior.
Según el artículo 10.2 establecido en la Norma Venezolana COVENIN 1756:2001 “Edificaciones Sismorresistentes”, los valores limites de vienen expresados en el siguiente cuadro mostrado a continuación, y el cual debe ser considerado al momento de evaluar las deformaciones en las estructuras:
1
i i ih h
DERECHOS
RESERVADOS
Cuadro No. 3
Derivas Máximas Permisibles
EDIFICACIONES