Revista Internacional de Ingeniería de Estructuras
La “Revista Internacional de Ingeniería de Estructuras” inició su publicación en 1996 como una necesidad de contar con artículos destacados en el campo de la Ingeniería Estructural, en español. En particular se pretende estimular la publicación de artículos sobre: Peligrosidad, Vulnerabilidad y Riesgo Sísmico; Estructuras con aisladores sísmicos o disipadores de energía; Estructuras de acero y de hormigón armado; Reforzamiento sísmico de estructuras, entre otros temas. La revista tiene 28 años de vida y ha logrado posicionarse entre los investigadores de hispano américa; es así que se empezó publicando dos números al año y ahora se publican 3 números en forma regular (Periodicidad: Cuatrimestral en los meses de Enero - Abril / Mayo - Agosto / Septiembre - Diciembre).
Conexiones rígidas trabe-columna precalificadas del anteproyecto de la especificación AISC 358-27
En este trabajo se presenta una visión panorámica y un análisis de la evolución de las conexiones precalificadas trabe columna de acero estructural del anteproyecto de la Especificación AISC-358-27 con base en la actualización reciente del comité CPRP (Connection Prequalification Review Panel) del AISC. Se definen las características y limitaciones de cada uno de los once tipos de conexiones precalificadas. Se clasifican las conexiones de acuerdo con el lugar donde se realizan (taller o campo), de acuerdo con su constructibilidad (diseño estructural y fabricación) y economía. Se mencionan las ventajas y desventajas de cada una de ellas en función de su factibilidad de uso en los países de América Latina. Finalmente, se comenta la experiencia del autor adquirida en la ejecución de pruebas experimentales de laboratorio para precalificar conexiones alternas en zonas de alta sismicidad de la Ciudad de México (zona de transición y del lago).
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Construcción de la cimentación del edificio Luz de 20 pisos, equipado con disipadores de energía SLB, en Quito
El edificio Luz, ubicado en Quito frente al parque La Carolina, es una estructura de hormigón armado de 20 pisos y cinco subsuelos equipada con disipadores de energía SLB de cuarta generación. Este artículo describe el proceso constructivo de su cimentación, uno de los elementos más complejos del proyecto debido a su gran tamaño, alta densidad de armadura y exigencias de control térmico. La cimentación está compuesta por un sistema de vigas y losas acopladas a los muros estructurales. Por sus dimensiones, la cimentación se ejecutó en tres fases de construcción, definidas en zonas de menor transmisión de esfuerzos para optimizar la constructibilidad y reducir la fisuración. Dada la elevada congestión de acero —con separaciones locales de aproximadamente 2 cm— se empleó un hormigón autocompactante (HAC) con resistencia de diseño de 25 MPa. El uso de este material garantizó el llenado y la compactación adecuados, mientras que el curado se controló mediante mantas térmicas y monitoreo de temperatura. La experiencia adquirida aporta conocimientos prácticos valiosos para la construcción de cimentaciones en edificios altos en Quito y en contextos similares de la región.
PROTOCOLO DE INSTALACIÓN DE UN DISIPADOR SLB DE CUARTA GENERACIÓN
En el Ecuador se están construyendo dos edificios de altura, el uno de 22 pisos, ubicado en la ciudad de Manta denominado “Mawa 22” y el otro en Quito denominado “Luz” de 20 pisos. Los dos edificios tienen cada uno dos núcleos conformados por muros estructurales en forma de “C” donde se encuentran las escaleras y los ascensores. Cada núcleo tiene dos “C” que se encuentran unidos por una viga corta y en la mitad de ellos se tiene un disipador de energía Shear Link Bozzo (SLB) de la cuarta generación, que trabaja al corte en sentido vertical. En este artículo se presenta con detalle el protocolo de instalación de un disipador SLB en los muros estructurales del piso 15, del edificio Mawa 22. De paso se debe manifestar que este edificio en la actualidad es el de mayor altura de la ciudad de Manta.
CONEXIONES TRABE-COLUMNA PRECALIFICADAS DEL CAPÍTULO 11 DE LA NORMA NTC-DCEA-2023
El presente artículo aborda el tema de las conexiones rígidas trabe-columna precalificadas de edificios de acero, enfocándose en el Capítulo 11 de la Norma Técnica Complementaria de Diseño y Construcción de Estructuras de Acero de la Ciudad de México (NTC-DCEA-2023). Se analiza la importancia del uso de estas conexiones para garantizar un comportamiento sísmico adecuado en zonas de alta sismicidad de la Ciudad de México, particularmente en la zona del lago y de transición. Se presenta un análisis crítico de las conexiones rígidas trabe-columna precalificadas incluidas en el Capítulo 11 de la NTC-DCEA-2023, las cuales están basadas en la Especificación AISC 358-22 y anteproyecto AISC-358-27.En el artículo se exponen las razones por las cuales ciertas conexiones del estándar AISC fueron excluidas y Se describen sus características generales, incluyendo sus ventajas y desventajas en la práctica profesional mexicana. Además, se hace una comparación entre las prácticas profesionales de diseño y de construcción de las conexiones rígidas trabe-columna de acero estructural en México y de otros países, como Japón y Estados Unidos. Se enfatiza la importancia de ampliar las líneas de investigación en el tema del comportamiento sísmico de las conexiones rígidas trabe-columna de acero estructural innovadoras y resilientes por medio de pruebas experimentales en laboratorios de estructuras a escala real tomando en cuenta las condiciones locales de los países latinoamericanos para precalificarlas y aumentar su número conforme a las prácticas de diseño y construcción que prevalecen en América Latina. Finalmente, se invita a las empresas del sector de la construcción de estructuras de acero de la región a participar en investigaciones experimentales para innovar conexiones más eficientes y resilientes para el futuro inmediato. El artículo se basa en un proyecto de investigación del autor sobre la evaluación del comportamiento sísmico de conexiones trabe-columna de acero estructural en zonas de alta sismicidad.
RIGIDEZ EFECTIVA A FLEXIÓN DE COLUMNAS Y VIGAS DE CONCRETO REFORZADO, EN PÓRTICOS ESPECIALES A MOMENTO DE BAJA ALTURA
Este estudio analiza la variabilidad de la rigidez efectiva a flexión en elementos de pórticos especiales resistentes a momento de concreto reforzado, considerando factores como la ubicación en la estructura, la distorsión angular de piso y la relación demanda/capacidad (D/C). Los resultados muestran que los elementos en pisos inferiores tienen menor rigidez, que la distorsión angular impacta más en elementos con carga axial baja (<5 % de su capacidad), y que a medida que la relación D/C se aproxima a 1, la rigidez inicial disminuye significativamente. Estos hallazgos sugieren que los valores de rigidez efectiva comúnmente empleados en la etapa de diseño, no estarían reflejando con precision la rigidez de la estructura.
Evaluación y rehabilitación de viviendas informales en Quito
Este artículo presenta una propuesta técnica para contribuir con la evaluación y rehabilitación sísmica de viviendas informales en la ciudad de Quito, Ecuador, específicamente aquellas de hasta tres pisos construidas sin control técnico ni normativo, las cuales representan más del 60 % del parque habitacional urbano. A través de un enfoque sistémico, se analizaron 2469 edificaciones mediante inspecciones visuales y con modelos matemáticos lineales y no lineales para determinar su desempeño estructural, identificando siete prototipos representativos. La intervención propuesta en las viviendas consiste en la colocación de enchapes de concreto reforzado con malla electrosoldada sobre las paredes de mampostería, dimensionados según propiedades de rigidez y resistencia para cumplir con los criterios de desempeño definidos por la normativa ASCE 41 (2017), FEMA-356 (2000), Hazus (2022) y la NEC (2015). Los resultados muestran que esta técnica reduce significativamente las derivas y el periodo de vibración, mejorando el desempeño estructural desde condiciones cercanas al colapso hasta niveles de daño leve, sin alterar el comportamiento modal predominante. Esta estrategia representa una solución viable y replicable para contextos urbanos de alta vulnerabilidad sísmica con predominancia de construcción informal.
Optimización sísmica de marcos de acero considerando consecuencias económicas por la metodología FEMA P58
El diseño sísmico dirigido por metaheurísticas busca desarrollar estructuras con desempeño sísmico superior y más sostenibles mediante el uso óptimo de recursos. Sin embargo, los estudios publicados hasta la fecha sobre optimización estructural no investigan la relación entre los objetivos prestacionales y los costos económicos generados por los diseños. Por ello, en este trabajo se evalúan las consecuencias económicas de diseños sísmicos con distintos objetivos prestacionales usando la metodología FEMA P58 [1]. Como caso de estudio, se analizó un marco plano de acero de mediana altura ubicado en una región de suelo blando de la Ciudad de México. El algoritmo de optimización empleado fue el de Estrategias Evolutivas y se consideraron restricciones normativas de resistencia y deformación. Como objetivos prestacionales, se establecieron valores permisibles de distorsión de entrepiso del 1%, 1.5% y 2%. Los resultados muestran que los diseños con una distorsión permisible del 1% presentan una menor probabilidad de falla en comparación con aquellos que permiten mayores distorsiones. Además, los costos de reparación asociados a sismos pueden alcanzar hasta el 80% del costo inicial en diseños con valores de distorsión permisible más altos, mientras que, en diseños con objetivos prestacionales más restrictivos, estos costos pueden reducirse hasta un 14% del costo inicial. Dadas sus implicaciones, se espera que estos resultados permitan un mejor planteamiento de los problemas de optimización que efectivamente optimicen el uso de recursos en los diseños sísmicos.
Propuesta de formulario para la identificación de daños, en inmuebles asegurados, causados por sismos con epicentro en la región costa ecuatoriana
Ecuador es considerado un país con alto riesgo sísmico, por lo que las compañías de seguros desempeñan un papel importante para los propietarios de bienes inmuebles en general, sin embargo, el procedimiento para las indemnizaciones por este tipo de siniestro se ve envuelto en situaciones caóticas. En la actualidad, el proyecto de ajuste realizado por la compañía ajustadora se encuentra determinado únicamente por el criterio técnico que, al no contar con una guía para la identificación de daños relacionados directamente con el sismo, pueden ser confundidas con las patologías propias de la edificación. En respuesta a esta problemática, la presente investigación tiene como objetivo establecer un formulario referencial simplificado que sirva como guía para el levantamiento de los daños causados por sismos, en función de los parámetros de vulnerabilidad de las edificaciones ante un evento sísmico y la intensidad de este. Con esta herramienta se logró crear una guía para la identificación de daños por sismos desde 4 a 6.9 grados de magnitud de momento (Mw) con epicentros en la zona costera del país, el cual permitirá realizar las indemnizaciones por parte de las compañías de seguros de una manera certera.
ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS DEL EDIFICIO DE BIENESTAR ESTUDIANTIL NO. 41 DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ.
Este estudio analizó las causas de los asentamientos diferenciales que afectan al edificio 41 de la Universidad Técnica de Manabí. Se aplicó un enfoque multidisciplinario, con análisis detallados del suelo y la estructura. Se emplearon técnicas de exploración y caracterización del suelo, incluyendo ensayos SPT, granulometría, límites de Atterberg y pruebas geofísicas (MASW y sísmica de refracción). Los resultados permitieron determinar las propiedades geotécnicas del estrato y evaluar su capacidad portante. Se examino la condición estructural del edificio, considerando su tipología, materiales y estado actual. Las causas de los asentamientos fueron atribuidas a la heterogeneidad del suelo y a la deficiencia de la cimentación original. Se propuso un plan de refuerzo integral con la instalación de pilotes pre-excavados fundidos in situ para transferir las cargas a estratos de suelo más resistentes y mejorar la estabilidad de la estructura. Además, se sugirió mejorar la respuesta dinámica con elementos que aumenten la rigidez y la ductilidad de la edificación. La solución representa una alternativa técnica y económicamente viable para solucionar los problemas de asentamiento del edificio y garantizar su durabilidad. Los resultados de este estudio pueden aplicarse a la rehabilitación de otras edificaciones con características similares, mejorando la seguridad y sostenibilidad
Análisis Estructural Considerando Daño Sísmico Acumulado en el Tiempo
A lo largo del tiempo, las estructuras experimentan cambios en las propiedades mecánicas de sus elementos debido a la acción de factores ambientales y cargas cíclicas. Durante un sismo, esta degradación puede ser súbita, afectando la rigidez y la resistencia debido a las deformaciones plásticas generadas. Además, el daño no se limita a un único evento, sino que se acumula con las réplicas o futuros sismos. Sin embargo, los métodos tradicionales de análisis estructural no consideran este daño acumulado. En este artículo, se presenta un enfoque para evaluar el daño acumulado mediante índices de daño aplicados a un edificio de hormigón armado ubicado en Portoviejo, Ecuador. Se realiza un análisis no lineal con secuencias sísmicas, demostrando la importancia de incorporar la acumulación de daño en el diseño estructural.
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Modelo Híbrido de Fuente Sísmica para la Zona Sismogenética de Puná: Integración de Fallas Activas y Sismicidad Regional
En este estudio se evaluó la peligrosidad sísmica en la región del Golfo de Guayaquil mediante un enfoque híbrido que combina fuentes sismogenéticas y fallas activas modeladas individualmente. El proyecto del Quinto Puente, que implica la construcción de infraestructuras sobre el río Guayas, reveló la presencia de cuatro fallas geológicas cercanas, catalogadas por Chunga et al. (2019), lo que subrayó la necesidad de ajustar las metodologías tradicionales de evaluación sísmica. Las zonas sismogenéticas utilizadas se basan en las propuestas de Beauval et al. (2018), y el desarrollo del catálogo sísmico utilizado en este estudio, incluyendo la fusión de los datos del ISC-GEM y el USGS, fue publicado por Cagua et al. (2023). Con base en este nuevo catálogo, se obtuvieron nuevas rectas de Gutenberg-Richter para todas las zonas. Además, se ajustaron las geometrías de las zonas BGN y Puná, creando las versiones BGN Mod y Puná Mod, para asegurar que las fallas seleccionadas estuvieran completamente contenidas dentro de una sola zona sismogenética. El HybridModel, siguiendo la metodología de Rivas-Medina et al. (2018), se aplicó para integrar tanto la sismicidad general de la zona como el potencial sísmico de las fallas activas cercanas. Esto proporcionó una evaluación más específica del potencial sísmico de las fuentes tipo falla y zona en comparación con los enfoques tradicionales que asumen una sismicidad uniforme en toda la zona. Estos resultados son especialmente relevantes para proyectos de infraestructura como el Quinto Puente, donde la peligrosidad sísmica debe considerar tanto la sismicidad de fondo como la actividad de las fallas presentes en la región.
Influencia del Sistema de Aislamiento Sísmico en la Respuesta No Lineal de un Edificio de Esquina
Recientemente la necesidad de investigación en los distintos aspectos del diseño estructural que emplean análisis no lineales, ha ido incrementando como consecuencia del desarrollo de proyectos que implementan sistemas de protección pasiva, tales como el aislamiento sísmico. Estos sistemas son relacionados a una incrementada capacidad de amortiguamiento, así como a la reducción de aceleraciones y fuerzas cortantes basales en una estructura. Además, se sabe que para suelos de rigideces medias y bajas son capaces de disminuir las fuerzas cortantes en la base hasta 1/10 de los valores originales (Cancellara & De Angelis, 2017; Islam et al., 2012). Por ello, el presente trabajo discute sobre la variación en las máximas respuestas torsionales y el comportamiento inelástico en los principales elementos estructurales tras la incorporación de un sistema de aislamiento sísmico elastomérico. En consecuencia, se realizó un marco comparativo indicando las principales respuestas obtenidas en un edificio de esquina, con la particularidad de presentar irregularidad torsional alta y teniendo en consideración propiedades no lineales en sus elementos estructurales. El comportamiento inelástico se concretó mediante métodos de análisis estáticos no lineales y análisis dinámicos no lineales de tiempo-historia, adicionalmente obteniéndose con estos análisis los niveles de desempeño de la estructura inicialmente empotrada. La nueva configuración formada al incluir el sistema de aislamiento sísmico se sometió igualmente a análisis no lineales y evaluaciones del desempeño sísmico. La estructura que incorpora el sistema de aislamiento es una edificación de vivienda multifamiliar en concreto armado y ubicada en la ciudad de Lima, Perú. Con esto en consideración, se trabajó con registros sísmicos de Perú y Chile, empleando principalmente la norma peruana E.031 “Aislamiento Sísmico” (Ministerio de Vivienda Construcción y Saneamiento, 2019) y las consideraciones del código norteamericano ASCE/SEI 7-16 (American Society of Civil Engineers, 2016).
Análisis de Resistencia a Esfuerzos de Vigas de Madera con Ensambles Tipo Rayo de Júpiter
En este estudio se presenta el resultado experimental del comportamiento estructural del ensamble de madera conocido como “rayo de júpiter” para el uso en conexiones de vigas de madera. Se realizaron ensayos comparativos entre vigas sin la conexión, con la conexión y con refuerzos metálicos, técnicas empleadas en la construcción tradicional de casas de madera en Manabí – Ecuador. La metodología empleada fue experimental, utilizando especímenes de madera de moral y ensayados en el Laboratorio de Estructuras de la Universidad Técnica de Manabí, con métodos de fotogrametría para capturar datos de desplazamiento y resistencia. Se prepararon siete especímenes de vigas de madera, dos de ellas reforzadas con tornillos metálicos y tres sin refuerzos, siguiendo técnicas tradicionales de ensamblaje más dos vigas completas sin la conexión. Los resultados mostraron que las vigas sin refuerzo metálico exhibieron un comportamiento causi-lineal desde cargas pequeñas hasta el punto de fallo, con la Viga 2 destacando un MOR de 10.5 kN, indicando una excelente distribución de tensiones y alta capacidad de carga. Al contrario, las vigas con refuerzo metálico presentaron mayores desplazamientos, pero menores valores de MOR (2.47 kN y 2.40 kN para las Vigas 4 y 5, respectivamente), sugiriendo que los refuerzos incrementan la flexibilidad, pero introducen concentraciones de tensiones que reducen la capacidad de carga. Se encontró que el ensamble tipo rayo de Júpiter permite una conexión eficiente entre los segmentos de la viga, la adición de refuerzos metálicos no incrementa significativamente la capacidad de carga máxima debido a la introducción de puntos de debilidad.
DISEÑO ESTRUCTURAL CON LA METODOLOGÍA FEMA P-58 PARA ESTIMAR RESILIENCIA SÍSMICA EN UNA VIVIENDA MULTIFAMILIAR EN LIMA - PERÚ
La Norma de Diseño Sismorresistente E.030 - 2018, tiene una naturaleza prescriptiva, por lo cual no asegura un desempeño o resiliencia sísmica adecuada de una estructura. Esto ha originado que se planteen otras metodologías que permitan el diseño y construcción de edificios con una comprensión realista. Es así que en la presente investigación se realiza el diseño estructural según la metodología FEMA P-58 para optimizar la capacidad de resiliencia sísmica en una vivienda multifamiliar de 6 niveles en el distrito Santiago de Surco - provincia y departamento de Lima. La investigación realizó: Primero un establecimiento de objetivos de resiliencia para la edificación en estudio, para luego realizar una evaluación sísmica modal espectral, el diseño estructural y el análisis no lineal estático y dinámico tiempo historia. Todo ello para evaluar el desempeño sísmico de la edificación; y determinar si se alcanzó los objetivos de resiliencia sísmica establecidos, en base al costo de reparación, tiempo de reparación y fatalidades y heridos, mediante una metodología cuantitativa de tipo aplicada, de nivel predictivo y diseño no experimental. Como resultado se tiene que después de un evento sísmico cuyo periodo de retorno es igual a 475 años, para un periodo de vida de 50 años, la edificación tendrá un costo estimado de reparación igual al 7% del costo total, un tiempo de reparación igual a 5.3 meses y una cantidad de heridos igual a 3. En conclusión, el diseño estructural según metodología FEMA P-58 permitió optimizar la capacidad de resiliencia sísmica de la vivienda multifamiliar de 6 niveles ubicado en el distrito Santiago de Surco, respecto al diseño realizado siguiendo los lineamientos de las Normas Técnicas Peruanas vigentes; pues el costo de reparación se redujo en US$29,700.00, lo cual representa una reducción del 9% respecto al costo total. Asimismo, el tiempo de reparación disminuyó en 2.2 meses. Además, respecto a la cantidad heridos se tuvo la reducción de un herido.
OPTIMIZACIÓN DE NUDOS HÍBRIDOS EN VIGAS DE HORMIGÓN ARMADO PARA UN EFICIENTE PROCESO CONSTRUCTIVO
En el presente estudio se desarrolla una propuesta de optimización de nudos híbridos en vigas de hormigón armado debido al notable aumento que han tenido las construcciones mixtas de hormigón y acero en todo el mundo, con el fin de lograr un eficiente proceso constructivo garantizando que sean resistentes ante todo tipo de solicitaciones que puedan afectar la integridad de una estructura, ya que generalmente se utilizan vigas de acero pasantes que invaden totalmente la viga de hormigón armado y que generan un gran perturbación en la misma afectando su comportamiento. Se elabora una serie de modelos numéricos dimensionando perfiles de acero requeridos y que forman un nudo híbrido con la viga de hormigón armado utilizando los principios del Método Puntal Tensor, proponiendo una nueva conexión híbrida en busca de disminuir la variedad de dispersiones constructivas existentes.
ESTUDIOS POST TERREMOTO DE ESTRUCTURAS AFECTADAS POR EL SISMO DE 2016
Luego del terremoto de abril del 2016 se realizaron varios estudios para evaluar la vulnerabilidad sísmica y proponer alternativas de reforzamiento de varios edificios de las ciudades más afectadas, como: Portoviejo, Manta, Bahía de Caráquez y Chone. A 8 años del terremoto, es importante conocer cuántos edificios fueron derrocados, reparados, reforzados y el estado actual de funcionamiento. Se analizaron 4 estudios: PLANCONSTRUC y CVA (Consultora Vera & asociados) en Portoviejo; MENCONSTRUC en Manta y Telmo Sánchez en Bahía de Caráquez. Para cada consultoría se presenta un listado de las edificaciones, con el nombre, tipología estructural, número de pisos; grado de intervención, estado actual de funcionamiento. Se prepararon fichas de cada edificio para que el lector tenga una idea de cómo se encuentran en la actualidad. Con datos disponibles en los estudios se obtiene el indicador de rigidez H/T, que relaciona la altura del edificio con el periodo fundamental. La mayoría de las estructuras no se reforzaron, a su vez, la mayor parte de los edificios demolidos estuvieron en el sismo de 1998. Es probable que el daño acumulado influyera en la respuesta en el 2016.
NUEVAS RELACIONES DE RECURRENCIA PARA ESTUDIOS DE PELIGROSIDAD SÍSMICA EN ECUADOR
El trabajo de Beauval et al. (2018) constituye el estado del arte para definir las zonas fuentes del Ecuador al 2023. Sin embargo, es necesario actualizar los coeficientes que definen las relaciones de recurrencia de cada zona fuente, debido a que la base de datos sísmicos con la que trabajaron es hasta el 2013. Para lograr este objetivo, en este artículo se presenta como se obtuvo un nuevo catálogo fusionando los catálogos del ISC-GEM (International Seismological Centre, s. f.) con el catálogo del USGS (United States Geological Survey, s. f.) y posteriormente se presentan las nuevas relaciones de recurrencia para el Ecuador, en las zonas fuentes de Beauval et al. (2018). Del estudio realizado se demuestra que, para algunas fuentes sísmicas, la tasa anual de sismos del trabajo de Beauval et al. (2018) reporta valores bajos para sismos de magnitudes altas con relación a los que se obtienen con la fusión de los dos catálogos y esto indudablemente que repercute en la determinación de los espectros de diseño. Para la obtención del nuevo catálogo sísmico al 2023, se realizó en primer lugar la homogenización de las magnitudes, para tener solo en magnitud de momento; luego se realizó la depuración, eliminado los premonitores y réplicas para trabajar solo con el evento principal; después se obtuvieron ventanas de tiempo donde se considera que la muestra es estable para diferentes magnitudes; se clasificaron los sismos en las zonas fuentes de Beauval et al. (2018). Para la determinación de los parámetros de recurrencia se realizaron programas en Matlab, donde se empleó el método de mínimos cuadrados y en OpenQuake trabajando con el método de máxima verosimilitud. Se encontraron relaciones de recurrencia de Gutenberg y Richter para los modelos truncado y modificado.
Estudio y recomendaciones del uso de acelerogramas para el análisis dinámico
El análisis paso a paso en el tiempo para diseñar estructuras sismorresistentes, cumple con las diferentes demandas de desempeño. Se requiere que los registros de acelerogramas empleados en los análisis representen de la manera más acertada los movimientos de suelo que pueden incidir al comportamiento de dichas estructuras. Se reviso extensamente de los métodos existentes en el diseño basado en el desempeño y las técnicas disponibles para seleccionar y modificar registros de movimientos de suelo, con el fin de realizar un análisis paso a paso en el tiempo no lineal y cuantificar el impacto de los diferentes métodos en la respuesta. En el presente documento se estudia el comportamiento de tres edificaciones. El análisis paso a paso en el tiempo realizado se ejecuta mediante el programa Matlab con registros sísmicos obtenidos de base de datos del movimiento del suelo. Se analizo los parámetros de respuesta ingenieril de los tres modelos.
RIGIDIZACIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN UNA LOSA ENCASETONADA PARA CONTROLAR VIBRACIONES POR CAMINAR HUMANO
Se evalúa la rigidización de los componentes estructurales en losas encasetonadas como una medida para controlar la aceleración producida por el caminar humano. Los componentes estructurales rigidizados fueron: la losa de concreto, vigas principales, nervaduras, los casetones de los bordes. La rigidización de la losa de concreto se realizó con el incremento del módulo de elasticidad del concreto, así como con el incremento del peralte, utilizando concreto con peso normal y aligerado. El incremento de la rigidez de vigas y nervaduras se realizó con el incremento del peralte, con lo que se incrementa el momento de inercia. La evaluación de la rigidización de estos elementos estructurales para controlar vibración se realizó en modelo de elementos finitos de un panel. El modelado del panel fue detallado, en el que la losa y los capiteles se mallaron con elementos finitos cascarón, las vigas, las nervaduras y las columnas con elementos viga-columna. Los modelos numéricos se calibraron y validaron con la frecuencia natural calculada de pruebas experimentales de vibración ambiental. La losa de concreto se apoya sobre nervaduras en dos direcciones, las cuales se apoyan en tres vigas principales y sobre un muro. Tres vigas principales se apoyan en las esquinas sobre capiteles apoyados sobre columnas, pero una viga se apoya sobre un muro. Com resultado de la evaluación de la rigidización de elementos estructurales en los modelos numéricos de losas encasetonadas, medidas para controlar la aceleración inducida por actividades humanas son: el incremento del peralte de las nervaduras y la rigidización de los bordes con el relleno de concreto de los casetones. No se recomienda la rigidización de las vigas principales, ni de la losa de concreto para controlar vibraciones, pues las aceleraciones incrementan.
Optimal maintenance times of corroded bridges including climatic change and Kernel improvement to the simulation process
La corrosión degrada la capacidad de puentes de modo que se acelera su vulnerabilidad y su mantenimiento levanta serias preocupaciones. Si a esto se agrega el efecto del cambio climático, el proceso de corrosión se acelera y la predicción del tiempo requerido para hacer un trabajo de mantenimiento debe ser planeado de manera cuidadosa. Las incertidumbres son también de la máxima importancia y, en particular, el peligro de corrosión requiere un modelado probabilístico, En este trabajo, se propone un procedimiento para evaluar los tiempos óptimos de mantenimiento en puentes de concreto preesforzado y se pone énfasis en el modelo de la tasa de corrosión, que se considera aleatoria. Se proponen varios escenarios de cambio climático y se reconociendo que en una red de puentes el nivel de importancia del puente impacta también los tiempos de mantenimiento. La reducción, tanto de la confiabilidad como de su tasa, son indicadores para identificar la prioridad de las necesidades de mantenimiento. El cálculo de probabilidad de falla del puente hace uso de técnicas de simulación de Monte Carlo y, dado que el proceso crudo Monte Carlo es muy lento, se aplican técnicas Kernel para mejorar su eficiencia. Esto se ejecuta para 3 escenarios de cambio climático y se generan recomendaciones para estos escenarios y para 2 niveles de importancia del puente. Como se espera, a medida que el efecto de cambio climático es más severo, el tiempo de mantenimiento debe anticiparse más. Los puentes más importantes requieren una mayor anticipación del tiempo de mantenimiento.
MODELADO Y CALIBRACIÓN DE AISLADORES ELASTOMÉRICOS CON RESTRICTORES AL DESPLAZAMIENTO VERTICAL UTILIZANDO SOFTWARE COMERCIAL
Dada la tendencia al alza a nivel mundial del empleo del aislamiento sísmico en edificios altos y esbeltos en tiempos recientes, será cada vez más frecuente intentar dar soluciones seguras a proyectos donde se presenten grandes demandas de tensión y/o fuerzas de alzamiento en los aisladores de esquina y de perímetro. Por ello, será necesario implantar aisladores que dispongan de dispositivos que restrinjan su desplazamiento vertical y que hayan sido diseñados para ello. Existen desde hace tiempo soluciones de este tipo para aisladores elastoméricos y cuya eficacia ha sido demostrada en ensayes en mesa vibradora. Sin embargo, su uso en edificios existentes no ha sido documentado todavía, entre muchos otros factores, porque quizás son poco conocidos o no se encuentran disponibles comercialmente. Además, no existen modelos constitutivos específicos que se encuentren disponibles en las librerías del software comercial. Esto dificulta, a-priori, su inclusión expedita en modelos tridimensionales de edificios para proyectos de diseño. En este trabajo se presenta cómo se pueden modelar razonablemente elastómeros laminados con dispositivos restrictores al alzamiento utilizando elementos ya disponibles en la librería del programa ETABS. El modelado propuesto se calibra y compara con los resultados reportados en la literatura para ensayes realizados en mesa vibradora, obteniéndose una aproximación bastante razonable.
MODELADO CON SOFTWARE DE PÉNDULOS DE FRICCIÓN CON RESTRICCIÓN AL ALZAMIENTO
La aplicación racional de sistemas de aislamiento sísmico puede resultar en una reducción significativa de las fuerzas de inercia desarrolladas en una estructura durante un sismo severo. Si bien esto implica una reducción deseada de los momentos de volteo en la estructura, las fuerzas de alzamiento desarrolladas pueden ser lo suficientemente grandes en estructuras altas y/o esbeltas, como para ser motivo de preocupación, debido a la incapacidad inherente de los aisladores deslizantes y pendulares, para resistir fuerzas de tensión. Se han propuesto ya péndulos de fricción capaces de restringir adecuadamente el desplazamiento vertical ante cargas de alzamiento. En este trabajo se presenta cómo operan estos dispositivos y cómo se pueden modelar de manera práctica utilizando elementos ya disponibles en la librería del programa ETABS. El modelado propuesto se calibra y compara con los resultados obtenidos en ensayes experimentales, obteniéndose una buena aproximación.
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DISEÑO SÍSMICO RESILIENTE DE UN EDIFICIO ESBELTO DE ACERO CONFORME A LAS RECOMENDACIONES DE AISLAMIENTO SÍSMICO DE MÉXICO
La aplicación del aislamiento sísmico a nivel mundial va aumentando día a día, debido tanto a la confianza que se ha ganado la tecnología, como al hecho que cada vez existe una mayor comercialización de distintos dispositivos. Con el aislamiento sísmico se obtienen grandes ventajas en el diseño sismo-resistente de estructuras desplantadas en terrenos esencialmente firmes en zonas de bajo, moderado o alto peligro sísmicos. El mayor número de aplicaciones a nivel mundial ha sido en estructuras de baja altura y en estructuras industriales. Existen pocas aplicaciones en edificios esbeltos o altos, la mayoría de estos casos, en Japón. En este trabajo se reporta un estudio realizado sobre la aplicación del aislamiento sísmico en un edificio esbelto de acero estructural, ubicado en terrenos firmes para una zona del mayor peligro sísmico en México: Oaxaca. El edificio se diseñó, empleando aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento (HDRB), con el objetivo de ser sísmicamente resiliente ante el sismo máximo de diseño. El diseño se hizo conforme a las normas de aislamiento sísmico del Manual de Obras Civiles de CFE para la ciudad de Juchitán, Oaxaca. El diseño realizado se evaluó mediante análisis dinámicos no lineales, ante la acción bidireccional y tridireccional de los movimientos del terreno registrados durante el sismo de Tehuantepec del 7 de septiembre de 2017 (Mw = 8.2) y el sismo de Manzanillo del 9 de octubre de 1995 (Mw = 8.0). Con base en los resultados obtenidos, se demuestra que se pueden obtener diseños sísmicos resilientes de edificios esbeltos de acero con HDRBs. Sin embargo, se debe tener particular atención en monitorear que las fuerzas netas de tensión en los aisladores y su potencial alzamiento se encuentren dentro de límites razonablemente seguros. Las demandas de fuerzas de tensión y de alzamiento en los aisladores se aumentan con la inclusión de la componente vertical de los movimientos del terreno, por lo que su potencial impacto debería no despreciarse en el diseño de este tipo de edificios.
ANÁLISIS NO LINEAL DE SISMOS DESTRUCTIVOS. TERREMOTO DE ECUADOR DEL 16 DE ABRIL DE 2016
El perfil costero de América del Sur es una de las zonas con mayor actividad sísmica de la región y del mundo. El terremoto de Chile de 1960, es el de mayor magnitud registrado instrumentalmente con magnitud de momento Mw=9.5. En los últimos 10 años, se han registrado eventos sísmicos destructivos en el denominado cinturón de Fuego del Pacífico. En el caso particular de Ecuador, el evento más importante recientemente es el terremoto del 16 de abril de 2016 (16A) de magnitud 7.8Mw. En este trabajo se analizan los registros de aceleración del suelo para el terremoto del 16A, en las ciudades de Pedernales, Esmeraldas, Portoviejo y Manta. Se calcula la respuesta elástica e inelástica en el tiempo para sistemas de un grado de libertad aplicando el método el método beta de Newmark. Finalmente se presenta un código de MATLAB para calcular los espectros de ductilidad constante para diferentes valores de ductilidad en las cuatro estaciones en estudio.
EVALUACIÓN DE LA VULNERABILIDAD SÍSMICA DE VIVIENDAS DE SILTEPEC, CHIAPAS (MÉXICO)
Se presenta un estudio en que se evalúa la vulnerabilidad sísmica de 74 viviendas de 13 manzanas del núcleo urbano de Siltepec, Chiapas, México. Para este fin, se emplean dos métodos: 1) el basado en la clasificación tipológica según la Escala Macrosísmica Europea (EMS-98) y, 2) el del Índice de Vulnerabilidad Sísmica (MIV) de RISK-UE. El segundo método es un refinamiento del primero, ya que cuantifica mejor los factores de construcción y comportamiento de cada edificio, los cuales inciden directamente en la estimación de su vulnerabilidad. Los resultados obtenidos se presentan en tablas y figuras que resumen la vulnerabilidad sísmica estimada, y muestran que en la zona estudiada predominan las viviendas con clases de vulnerabilidad alta (B) y muy alta (A). Se observa que la estimación de la vulnerabilidad sísmica aplicando los criterios de la Escala EMS mejora significativamente al aplicar MIV, ya que se detecta un incremento de construcciones de clase A (de 26 a 44) y una disminución de las de clase B (de 26 a 20) y C (de 20 a 10), respecto a la evaluación realizada con EMS.
ACTUALIZACIÓN DEL REGLAMENTO ARGENTINO INPRES-CIRSOC 103 – II (2021)
Argentina cuenta con un amplio espectro de peligrosidad sísmica, siendo muy elevada en el centro oeste y atenuándose hacia el este. Esto radica en la necesidad de contar con normativa actualizada para el diseño sismo resistente de estructuras. El Instituto Nacional de Prevención Sísmica es el encargado de redactar la normativa sismorresistente de Argentina y, para el diseño de estructuras de hormigón armado bajo acciones sísmicas está vigente el INPRES-CIRSOC 103-II (2005). En 2020 se puso en discusión pública nacional una nueva versión que, desde 2021 está en trámite de aprobación, manteniendo la filosofía del diseño por capacidad. En este trabajo se analizan y comparan los cambios entre ambas versiones y, en algunos aspectos con otras normativas internacionales. Se destacan cambios importantes en prescripciones de materiales, cuantías de armadura longitudinal de vigas y tabiques. Los cambios son mostrados con gráficos y tablas comparativas entre ambas versiones.
INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA EN EDIFICACIONES
La presente investigación está orientada a resolver uno de los problemas actuales de la Mecánica Estructural, específicamente, la metodología de cálculo de edificaciones con diversos tipos de cimentaciones, considerando la flexibilidad de la base de fundación. Dicho sistema constructivo suelo-estructura se usa con mucha frecuencia en la práctica y se considera un campo abierto en la investigación sísmica. Se fundamentan los modelos dinámicos elegidos, donde se describen los efectos de flexibilidad y propiedades inerciales de los suelos. Se describe la metodología de modelación de edificaciones con diversos tipos de cimentación en condiciones reales del Perú y con la aplicación del programa SAP2000, analizándolo por los diversos modelos dinámicos elegidos ante la acción sísmica con diversos ángulos de inclinación y considerando la disipación de energía en la base. Asimismo, se modeló la misma edificación por el programa LIRA y se calculó a través de la Norma Rusa SNIP II-7-81*, cuya comparación de resultados tiene especial interés. También se modeló la edificación con ayuda de elementos sólidos espaciales a través del programa COSMOS, cuyos resultados tienen cercanía con los daños estructurales en columnas ocasionados por sismos importantes. La comparación de resultados, nos permite indicar que el mayor efecto de flexibilidad de la base de fundación se da en el modelo dinámico V.A. Ilichev (sin disipación de energía) y el menor efecto en el modelo dinámico de la Norma Rusa SNIP 2.02.05-87. Los otros modelos dinámicos, se encuentran entre los dos modelos dinámicos anteriores. Del análisis espectral por la Norma Peruana E030-2018, se concluye que es solo referencial, ya que sus valores están por debajo de los obtenidos por los acelerogramas de Lima (1966) y Moyabamba (2005) y de la Norma Rusa SNIP II-7-81*. Analizando las primeras formas de vibración, llegamos a la conclusión que surge el efecto de alabeo en la losa del último piso, en la tercera, cuarta, sétima y octava formas de vibración libre. También, se realizó el diagnóstico estructural de las causas del colapso del parque de agua de Moscú “Transval – Park”, utilizando para su modelación los programas ANSYS, LIRA, STADIO y SCAD, realizando los siguientes tipos de análisis: - Estático, incorporando al suelo de fundación, de acuerdo a los ensayos in-situ de mecánica de suelos y estudios topográficos. - Dinámico, para determinar las formas de vibración libre y la influencia del viento, sismo y cargas hidrodinámicas sobre la estructura. Para que el cálculo sea más real, se incorporó la no-linealidad física (curva esfuerzo-deformación de los materiales, después de la extracción de los núcleos y contrastación con la degradación durante el tiempo) y geométrica (curva desplazamiento-deformación). De los resultados obtenidos, se demostró por medio del programa ANSYS, que existieron problemas constructivos en el nudo superior de una de las columnas en su conexión, originando deformaciones plásticas por el orden de 19,8% y la pérdida de estabilidad de dicho elemento estructural, lo que ocasionó fisuras subradiales en la cubierta, producto de grandes desplazamientos y relajación del concreto. Como conclusión final, se recomendó el uso responsable de programas informáticos en la evaluación de estructuras y la contrastación de resultados con los experimentales in-situ.
EVALUACIÓN ESTRUCTURAL DE CONEXIONES RÍGIDAS DE ACERO CON COLUMNAS DE PERFILES HSS MEDIANTE LA MECÁNICA COMPUTACIONAL
Se estudian conexiones de momento de marcos de acero resistentes a momento entre vigas I y columnas HSS. Se modelaron y calibraron dos prototipos ensayados experimentales, con simulaciones numéricas utilizando el software ANSYS Workbench. En estos modelos, se calcularon aproximaciones suficientemente buenas con respecto a los resultados experimentales reportados. Se analizaron prototipos adicionales con elementos finitos no lineales, se modelaron algunas conexiones entre vigas I y columnas tubulares HSS con diafragma externo y otras conexiones con columnas tubulares rellenas de concreto (CFT). Algunas de las variantes estudiadas son los diafragmas externos con anillo perimetral, con anillo perimetral y placas laterales parciales, y con anillo perimetral y placas laterales completas. También se analiza la variación del ancho de la junta entre los patines y la placa de la columna. Las resistencias y rigideces se comparan entre conexiones con relleno y sin relleno. Los análisis de elementos finitos no lineales mostraron que las conexiones fallan en ángulos de distorsión de entrepiso superiores al 2.0 %. Estos resultados son la base de un procedimiento de diseño dúctil para edificios de acero con este tipo de conexiones.
EVALUACIÓN DINÁMICA DE LOSAS DE CONCRETO COLADO SOBRE LÁMINA ACANALADA Y CORRUGADA DE ACERO ANTE ACTIVIDADES HUMANAS
Se presentan los resultados de pruebas de vibración ambiental y forzada realizadas en un tablero interior de losa de concreto colado sobre lámina acanalada de acero acanalada y corrugada (LCSLA). El tablero se apoya sobre vigas secundarias, que a su vez se apoyan sobre vigas principales. El modelado de las LCSLA es detallado, el concreto se malló con elementos finitos tipo sólidos 3D, la lámina con elementos finitos tipo cascarón, las vigas y columnas con elementos finitos tipo viga-columna y la malla electrosoldada con elementos tipo barra. Los modelos numéricos se validan con la frecuencia natural y aceleraciones por actividades humanas obtenidas de las pruebas experimentales. Se realiza un estudio paramétrico de las variables que influyen en la frecuencia natural y aceleración de sistemas de LCSLA sujetos a actividades humanas. Las variables que se estudian son: calibre de lámina, espesor de la capa de concreto sobre la parte superior de la lámina de acero, separación de vigas secundarias, tamaño de tableros, incremento de inercia de vigas principales, secundarias y columnas, incremento del módulo elástico del concreto, así como uso de concretos ligeros en la losa de concreto. Del estudio paramétrico se tiene que las variables que más influyen en la frecuencia natural de la LCSLA es el espesor de la losa de concreto, la separación de las vigas secundarias y principales, pero el espesor de la lámina de acero no tiene influencia. Para reducir la aceleración producida por actividades humanas se sugiere el incremento de vigas secundarias, incremento de espesores de losa de concreto, pero con concreto ligero, e incremento del módulo elástico del concreto. Se demuestra que existen otros modos, distintos al modo fundamental, que tiene mayor participación en la respuesta bajo actividades humanas.
FACTIBILIDAD DE PROTEGER CON AISLAMIENTO SÍSMICO UN EDIFICIO DE VIVIENDA SOCIAL EN EL PERÚ
Los edificios de muros de ductilidad limitada (EMDL) son predominantemente empleados como viviendas sociales en el Perú. Debido a algunas de sus características, se estima que su desempeño sísmico es menor que el de los edificios con muros convencionales de concreto armado. Para mejorar su desempeño sísmico, en esta investigación se trata de evaluar la viabilidad económica implementar un sistema de aislamiento sísmico a un edificio de muros de ductilidad limitada (EMDL) representativo de los existentes en la zona de mayor peligro sísmico en el Perú. Por lo cual se plantearon dos edificios: uno con base fija al suelo y otro con aisladores sísmicos en la base. Aunque el aislamiento sísmico redujo las solicitaciones sísmicas del EMDL, los costos de implementación no fueron compensados por la reducción de costos en la superestructura. Finalmente, se concluye que no es atractivo económicamente implementar el sistema de aislamiento sísmico propuesto en el EMDL elegido.