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Comportamiento estructural de muros portantes

 

Structural behavior of bearing walls

 

Comportamento estrutural das paredes do rolamento

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: andres.orellana.01@est.ucacue.edu.ec

 

 

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas �

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 23 de julio de 2022 *Aceptado: 18 de agosto de 2022 * Publicado: 30 de septiembre de 2022

 

 

1. Ingeniero Civil, Estudiante de la Maestr�a en Ingenier�a Civil con Menci�n en Estructuras Sismo Resistentes, Universidad Cat�lica de Cuenca, Cuenca, Ecuador.
2. Maestro en Ingenier�a Civil, Docente, Universidad Cat�lica de Cuenca, Cuenca, Ecuador.

 

 

 

 

Resumen

El comportamiento de muros portantes est� basado en el an�lisis computacional de una estructura combinada entre vigas de acero y muros de hormig�n con un estudio complementario de mec�nica de suelos en el sector de Challuabamba y Misicata en la ciudad de Cuenca en la provincia de Azuay, proporcionado por la Direcci�n General de Gesti�n de Riesgos del GAD Municipal del Cant�n Cuenca.

La edificaci�n analizada consta de planta baja, 6 plantas altas y una cubierta, misma que tiene un uso ocupacional de viviendas departamentales y locales comerciales.

Se estudi� el comportamiento de la estructura frente a fuerzas s�smicas y cargas aplicadas seg�n la Normativa Ecuatoriana NEC que actualmente se encuentra vigente. De acuerdo a la Normativa se establecieron los par�metros fundamentales para elaborar el espectro el�stico e inel�stico con la finalidad de definir el per�odo fundamental de la estructura.

Como punto inicial se han modelado 3 estructuras similares en cuanto a la geometr�a y aplicaci�n de cargas, pero con variables en su materialidad estableciendo un conjunto de estructuras simult�neas que permitan valorar su comportamiento individual y de esa manera compararlo con los resultados del modelo principal.

Los par�metros analizados son: peso de la estructura, desplazamientos, deformaciones, diagramas de fuerzas cortantes, diagramas de momentos, per�odo fundamental, participaci�n de masa modal, modos de vibraci�n, derivas, distribuci�n del cortante basal por piso.

Se resume que el desempe�o de la estructura con muros portantes supera a los otros modelos analizados, debido a que su configuraci�n genera mayor ductilidad y rigidez a todo el conjunto de vigas y losas.

Los par�metros analizados para cada modelo cumplen los rangos dictados por la normativa ecuatoriana de la construcci�n NEC 2015, as� como para los elementos de hormig�n y acero con la normativa ACI 318-19 y AISC 360-16 respectivamente.

Palabras claves: Muros; An�lisis; Deformaci�n; Capacidad; Hormig�n; Acero.

 

Abstract

The behavior of load-bearing walls is based on the computational analysis of a combined structure between steel beams and concrete walls with a complementary study of soil mechanics in the Challuabamba and Misicata sectors in the city of Cuenca in the province of Azuay, provided by the General Directorate of Risk Management of the Municipal GAD of the Cuenca Canton. The analyzed building consists of a ground floor, 6 upper floors and a roof, which has an occupational use of departmental housing and commercial premises. The behavior of the structure against seismic forces and applied loads was studied according to the Ecuadorian NEC Regulation that is currently in force. According to the Regulations, the fundamental parameters were established to elaborate the elastic and inelastic spectrum in order to define the fundamental period of the structure. As a starting point, 3 similar structures have been modeled in terms of geometry and application of loads, but with variables in their materiality, establishing a set of simultaneous structures that allow their individual behavior to be assessed and thus compared with the results of the main model. The parameters analyzed are: weight of the structure, displacements, deformations, shear force diagrams, moment diagrams, fundamental period, modal mass participation, vibration modes, drifts, base shear distribution per floor. It is summarized that the performance of the structure with load-bearing walls exceeds the other models analyzed, because its configuration generates greater ductility and stiffness to the entire set of beams and slabs. The parameters analyzed for each model meet the ranges dictated by the Ecuadorian construction regulations NEC 2015, as well as for concrete and steel elements with the ACI 318-19 and AISC 360-16 regulations, respectively.

Keywords: Walls; Analysis; Deformation; Ability; Concrete; Steel.

 

Resumo

O comportamento de paredes portantes � baseado na an�lise computacional de uma estrutura combinada entre vigas de a�o e paredes de concreto com um estudo complementar de mec�nica dos solos nos setores Challuabamba e Misicata na cidade de Cuenca na prov�ncia de Azuay, fornecido pelo Dire��o Geral de Gest�o de Riscos do GAD Municipal do Cant�o de Cuenca. O edif�cio analisado � constitu�do por r�s-do-ch�o, 6 pisos superiores e cobertura, que tem uma utiliza��o ocupacional de habita��o departamental e estabelecimento comercial. O comportamento da estrutura frente �s for�as s�smicas e cargas aplicadas foi estudado de acordo com o Regulamento NEC equatoriano atualmente em vigor. De acordo com o Regulamento, foram estabelecidos os par�metros fundamentais para elaborar o espectro el�stico e inel�stico para definir o per�odo fundamental da estrutura. Como ponto de partida, foram modeladas 3 estruturas semelhantes em termos de geometria e aplica��o de cargas, mas com vari�veis ​​na sua materialidade, estabelecendo um conjunto de estruturas simult�neas que permitem avaliar o seu comportamento individual e assim comparar com os resultados das principais modelo. Os par�metros analisados ​​s�o: peso da estrutura, deslocamentos, deforma��es, diagramas de for�as cortantes, diagramas de momentos, per�odo fundamental, participa��o modal da massa, modos de vibra��o, desvios, distribui��o de base cortante por piso. Resume-se que o desempenho da estrutura com paredes portantes supera os demais modelos analisados, pois sua configura��o gera maior ductilidade e rigidez a todo o conjunto de vigas e lajes. Os par�metros analisados ​​para cada modelo atendem �s faixas ditadas pelas normas equatorianas de constru��o NEC 2015, bem como para elementos de concreto e a�o com as normas ACI 318-19 e AISC 360-16, respectivamente.

Palavras-chave: Paredes; An�lise; Deforma��o; Habilidade; Concreto; A�o.

 

Introducci�n

En la ciudad de Cuenca en la provincia del Azuay se han implementado estructuras de tipolog�a general consistente en sistemas de p�rticos de hormig�n armado y/o acero para viviendas y edificaciones de altura promedio entre 15 a 20 metros. Para edificaciones de mayor altura se han construido en su mayor�a con sistemas de hormig�n armado y losas alivianadas por su versatilidad y rigidez que ofrece tras un evento s�smico frente al sistema de acero que por su ventaja de r�pido armado es m�s flexible y amigable con sus componentes estructurales, sin dejar de lado su comportamiento d�ctil en sismos.

Tras el sismo ocurrido en la ciudad de Pedernales el 16 de abril de 2016 se ha podido verificar que el sistema constructivo regular es medianamente deficiente en viviendas y edificaciones con m�s de 20 a�os de vida �til. Sin embargo, las construcciones m�s contempor�neas han resistido en cierta medida el sismo, pero con da�os considerables y otras que han colapsado.

Una de las fallas al momento de la construcci�n es la modelaci�n, pues en ciertos casos las normativas vigentes han sido ignoradas en cuanto a sus recomendaciones e indicaciones para las diferentes zonas s�smicas de nuestro pa�s.

De tal forma que para el an�lisis del comportamiento de muros portantes se han modelado 2 tipos de edificaciones con igual consideraci�n de dimensiones,� cargas y fuerzas accidentales (sismo) de acuerdo a su tipolog�a teniendo en consideraci�n la Norma Ecuatoriana de la Construcci�n NEC 2015 misma que tiene como referencia la ACI 318 para elementos de hormig�n y la AISC 360-16 para elementos de acero, pues el modelo de muros portantes considera �stas normativas para un correcto comportamiento de cada modelo realizado para evaluar su comportamiento frente a un mismo sismo.

Las consideraciones del suelo para la base de las estructuras han sido proporcionadas por la Direcci�n General de Gesti�n de Riesgos del GAD Municipal del cant�n Cuenca que tiene informaci�n sobre los distintos tipos de estratigraf�as que se encuentran en el cant�n, as� como su clasificaci�n, capacidades portantes l�mites de asentamientos, mapas de peligrosidad y zonas de riesgo. Esta informaci�n se utiliz� para general el espectro el�stico e inel�stico de las estructuras seg�n su materialidad, pero con la misma geometr�a.

La evaluaci�n de los resultados que se obtengan de los an�lisis servir� para determinar el comportamiento estructural m�s id�neo y de la misma manera verificar el costo beneficio que representan para su construcci�n dentro del sistema econ�mico de la ciudad.

 

Metodolog�a

Para el an�lisis del comportamiento de muros portantes se han creado 2 modelos adicionales en hormig�n y acero con la misma geometr�a, cargas y fuerza para poder comparar sus resultados frente al modelo principal, pues estos 2 descritos son los m�s comunes en la ciudad de Cuenca.

Los modelos analizados tienen un uso ocupacional para viviendas las cuales est�n sometidas a cargas vivas y muertas. A continuaci�n, se muestra:

 

Figura 1: Modelo computacional en Acero

 

Figura 2: Modelo computacional en Hormig�n

 

Figura 3: Modelo computacional en Muros Portantes

 

Las cargas vivas fueron asumidas mediante la normativa NEC 2015 en su c�digo NEC-SE-CG apartado 4.2. Carga Viva: sobrecargas m�nimas.

Viviendas (Unifamiliares y bifamiliares) = 2.00 KN/m2 � 205 kg/m2 (Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, 2014)

Las cargas muertas fueron consideradas de acuerdo a su utilidad, es decir:

�         Cargas de mamposter�as y cielo raso,

�         Cargas de recubrimientos (losas y paredes),

�         Cargas de Sistemas Sanitarios y

�         Cargas de Sistemas El�ctricos.

Dando un total de 290 kg/m2 para cada entrepiso.

De la misma forma para el piso de cubierta la Norma NEC2015 tiene un peso de carga viva correspondiente a 0.70 kN/m2 (75 kg/m2) para cubiertas planas, inclinadas y curvas. (Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, 2014)

Se calcula la fuerza del cortante basal est�tico y el espectro el�stico e inel�stico en base la zona de ubicaci�n y las condiciones del suelo proporcionadas por la Direcci�n General de Gesti�n de Riesgos del GAD Municipal del cant�n Cuenca, para zonas de mayor peligro s�smico estableciendo el suelo como tipo D de acuerdo a su clasificaci�n y estratigraf�a.

La zona analizada corresponde a Challuabamba ubicada al Noreste de la ciudad, la zona presentada tiene una estratigraf�a que comprende arcillas expansivas y su capacidad de carga es baja, debido a ello el modelo adopta estas caracter�sticas y se obtiene el espectro mostrado:

 

Figura 4 Espectro El�stico e Inel�stico

 

Resultados

Modelo estructural de edificaci�n con muros portantes

En el programa ETABS versi�n 19 se model� la estructura para obtener los resultados que permiten evaluar su comportamiento individual.

La masa que se considera para el an�lisis es el 100% del peso propio y la sobrecarga y el 25% de la carga viva. (Marcelo Guerra Avenda�o, 2020)

De acuerdo a la normativa NEC 2015 se han establecido las combinaciones de carga, estados de carga y coeficientes s�smicos de carga. (Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, 2014)

Para estructuras de hormig�n armado se toma como inercia agrietada 0.6g para muros estructurales en base a la normativa. (American Concrete Institute, 2019)

 

Elementos estructurales

Las secciones y materiales utilizados para el an�lisis son:

 

Figura 5: Secciones y Materiales para el an�lisis

 

Configuraci�n en planta y elevaci�n

La edificaci�n tiene unos funcionales para viviendas por lo que se ha establecido una configuraci�n en planta y elevaci�n correspondiente a 3 m de altura en cada entrepiso desde planta baja a cubierta dando un total de 21 m de altura para la edificaci�n.

 

Resultados del an�lisis est�tico y din�mico

Desplazamientos

Para el an�lisis de los desplazamientos se han tomado nudos de control en el piso de terraza que es el punto m�s alejado de la base, pues el piso de cubierta final es �nicamente el techo de cubierta de escaleras y ascensor.

Por tanto, los nodos a controlar son: Nodo 6 y Nodo 1 para los casos de carga de Sx-Sy-Dx-Dy que son los sismos est�ticos y din�micos.

 

 

 

 

 

 

Figura 6: Cuadro de desplazamientos nodales

 

Verificaci�n de derivas

Establecidos los desplazamientos de piso de acuerdo al nodo de control se verifican las derivas de piso en base a la normativa NEC 2015 para lo cual se calcul� mediante la f�rmula:

D�nde:

�         R= Factor de reducci�n de resistencia

�         Δe= Desplazamiento obtenido en la aplicaci�n de las fuerzas laterales de dise�o reducidas

 

Figura 7: Derivas analizadas

 

De acuerdo a la normativa en su apartado 4.2.2. L�mites permisibles de las derivas de los pisos; se expone que las mismas en base a su tipolog�a estructural no debe exceder 0.02 (2%). Como es posible observar los l�mites calculados est�n dentro del rango normativo. (Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, 2014)

 

 

Per�odo y participaci�n de masa modal

Se eval�an los modos de vibraci�n de acuerdo al n�mero de pisos y los grados de libertad por cada uno, dando un total de 21 modos de vibraci�n.

 

Figura 8: Per�odos y Participaci�n de masa modal

 

De acuerdo al per�odo calculado en el espectro se obtiene T= 0.54 seg y el per�odo calculado en ETABS es T= 0.59 seg en su modo 1.

De la misma forma se establece que en el primer modo de vibraci�n existe una participaci�n de masa del 67% al igual que el modo 2 y en el modo 3 un 68%.

La participaci�n de masa modal que alcanza el 90% corresponde al modo 8, 9 y 10.

����������� De acuerdo a la participaci�n de carga modal se cumple con m�s del 90% de la misma como se indica en el cuadro siguiente:

 

Figura 9: Participaci�n de carga modal

 

Distribuci�n del cortante basal por piso

Para verificar los esfuerzos aplicados en cada piso por efecto de la carga s�smica est�tica aplicada por carga de cortante basal es posible determinar la distribuci�n de ella por piso y determinar si �sta se encuentra correctamente aplicada en base a las masas.

De igual forma se analiz� los cortantes aplicados de cada piso y de esta forma compararlos con el cortante basal general calculado.

El valor del cortante basal calculado es de -131.99 Ton. Para Sx (Sismo en direcci�n X) y Sy (Sismo en direcci�n Y).

 

Ajuste del cortante basal est�tico y din�mico

Establecidas las fuerzas actuantes se procede a verificar y corregir los coeficientes de cortante basal en relaci�n a la normativa NEC 2015 misma que en su apartado:

�M�todos de an�lisis para el DBF, numeral 6.2.2. Procedimientos din�micos de c�lculo de las fuerzas s�smicas; literal b Ajuste del corte basal de los resultados obtenidos por el an�lisis din�mico, al respecto establece:

El valor del cortante din�mico total en la base, obtenido por cualquier m�todo de an�lisis din�mico, no debe ser:

�         < 80% del cortante basal V obtenido por el m�todo est�tico (Estructuras regulares)

�         < 85% del cortante basal V obtenido por el m�todo est�tico (Estructuras irregulares)

Se determin� el valor del cortante basal en funci�n del peso reactivo de la estructura y el coeficiente del cortante basal. (Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, 2014)

Inicialmente se calcul� un coeficiente de cortante basal de 0.1085 para la direcci�n X y Y.

Por tanto, se ha procedido a realizar el ajuste debido para el modelo dando como resultados las fuerzas equilibradas para el an�lisis final. Se muestran a continuaci�n los datos obtenidos.

Para sismo est�tico

�         Peso total de la estructura= 839.74 ton,

�         Carga muerta= 376.74 ton,

�         Peso total de la estructura + Carga muerta= 1216.48 ton,

�         Cortante basal inicial= 0.1085 ton, y

�         Fuerza horizontal calculada= 131.99 ton.

Para Sismo din�mico

�         Fuerza Dx= 132.20 (eje x-x)� 9.55 (eje y-y)

�         Fuerza Dy= 9.57 (eje x-x)����� 131.53 (eje y-y)

De esta forma se obtiene el an�lisis de la estructura modelada con muros portantes, estableciendo que sus valores resultantes est�n bajo la normativa ecuatoriana de la construcci�n NEC 2015.

 

Comportamiento estructural

Para la evaluaci�n del comportamiento estructural de la edificaci�n con muros portantes es importante verificar los resultados de los modelos adicionales en hormig�n y acero respectivamente y de esta manera establecer rangos de desempe�o, seguridad y su costo beneficio frente al modelo de la edificaci�n de muros portantes.

 

Diagramas de interacci�n y momento-curvatura de muro

Se muestra el diagrama de interacci�n y la relaci�n momento curvatura de la secci�n de muro para conocer la capacidad de ductilidad por curvatura y la m�xima capacidad a flexi�n de tal forma que as� se obtiene un valor referente para las demandas que se tienen por dise�o. (Aguiar, 2015)

 

Figura 10: Diagrama de Interacci�n

�

Figura 11: Diagrama Momento � Curvatura

 

Resultados del modelo en hormig�n armado y acero

El modelo de la edificaci�n est� considerado en una tipolog�a de sistema de p�rticos armados con igual geometr�a, cargas permanentes, accidentales, espectro de acuerdo a la normativa NEC 2015 y par�metros geot�cnicos.

Modelo hormig�n

Materiales:����� Hormig�n, Resistencia a la compresi�n= 240 kg/cm2 y 280 kg/cm2

Secciones:������ Columnas:������ 50x50 cm Pisos 1-4; 40x40 cm Pisos 5-7

����������������������� Vigas:������������ 50x35cm; 40x30 cm

Losa:�������������� Alivianada tipo waffle (ETABS)

Macizado:������ Losa tipo Drop 30 cm (ETABS)

Modelo acero

Materiales:����� Acero ASTM A-36; Hormig�n f�c= 240 kg/cm2

Secciones:������ Columnas:������ 2C 350x350x8 mm

����������������������� Vigas:������������ 2G 300x100x30x4mm; 2G 200x50x15x3 mm

Losa:�������������� Novalosa 5cm

 

Resultados del an�lisis est�tico y din�mico

Desplazamientos

Para el an�lisis se consideraron los mismos nodos de control para X y Y, considerados en el modelo de muros portantes, es decir, nodo 6 para la direcci�n X y nodo 1 para la direcci�n Y.

Modelo Hormig�n

Sx= 1.1629 cm (Terraza - Nodo 6)��������������� Dx= 1.106 cm (Terraza - Nodo 6)

Sy= 1.0743 cm (Terraza - Nodo 1)��������������� Dy= 1.0088 cm (Terraza - Nodo 1)

Modelo Acero

Sx= 3.5073 cm (Terraza - Nodo 6)��������������� Dx= 3.2935 cm (Terraza - Nodo 6)

Sy= 3.1144 cm (Terraza - Nodo 1)��������������� Dy= 2.934 cm (Terraza - Nodo 1)

Es evidente la diferencia de desplazamientos entre estructuras de diferente materialidad puesto a que el acero tiene mayor flexibilidad frente a la rigidez del hormig�n. Para disminuir los desplazamientos de la estructura de acero se podr�a optar por arrostramientos diagonales.

 

Derivas

Con igual criterio normativo se evaluaron las derivas de cada modelo, llegando a los siguientes resultados:

 

Figura 12: Derivas de los modelos en Acero

 

Figura 13: Derivas de los momentos en hormig�n

 

Es evidente el incremento de derivas de piso que presenta el modelo en acero debido a su materialidad.

Al igual que los desplazamientos se debe considerar disminuir las derivas de pisos mediante arrostramientos o rigidizando las columnas con el vertido de hormig�n.

 

 

 

Per�odo y participaci�n de masa modal de modelos adicionales

 

Figura 14: Periodo y participaci�n de la masa modal - Modelo de Hormig�n

 

Figura 15: Periodo y participaci�n de la masa modal - Modelo de Acero

 

Cortante basal por piso

Se eval�a tambi�n la distribuci�n del cortante basal por piso con el cual se puede ver la edificaci�n m�s sensible al mismo.

 

Figura 16: Resumen de Fuerzas Cortantes

 

Resumen de resultados para modelos adicionales

Los resultados de los an�lisis para los modelos en acero y hormig�n establecen un precedente importante debido al material que se usar�a para una misma edificaci�n, que por el contrario al modelo de muros portantes ofrece ventajas sobre �stos.

En resumen, la estructura de acero al ser m�s flexible permite mayor desplazamiento y derivas debido a las fuerzas de corte basal que absorbe de un mismo c�lculo de espectro de dise�o, pues al ser menos r�gido que la estructura de hormig�n su periodo fundamental incrementa considerablemente.

Sin embargo, estos valores pueden mejorar con un criterio m�s conservador al implementar rigidizadores de cualquier tipo conocido, pero al mismo tiempo disminuye su conceptualizaci�n arquitect�nica con la que fue concebido.

Por otro lado, el modelo de hormig�n armado es m�s r�gido por lo que absorbe mayor fuerza de corte basal debido a su peso, y con esa ventaja lo hace menos vulnerable a cambios que afecten su principio arquitect�nico.

Esto no impide que existan tambi�n desfaces de per�odo, desplazamientos y derivas porque mientras m�s alta sea la edificaci�n, existe mayor fuerza de corte y los elementos de base ser�n m�s vulnerables y as� el punto de equilibrio (Ux, Uy y Rz) de la estructura se tendr� que estabilizar con otras estructuras complementarias como lo son los muros de corte, volviendo a la estructura m�s pesada y poniendo en desventaja su arquitectura.

 

S�ntesis de evaluaci�n y comportamiento estructural

Se ponen a continuaci�n en s�ntesis los datos obtenidos para los 3 modelos analizados:

 

 

 

 

Figura 17: S�ntesis de Resultados

 

Como es posible observar en los resultados de los modelos analizados existen variedad para cada par�metro, siendo la estructura de acero la m�s el�stica en comparaci�n los modelos de hormig�n y muros portantes debido a que su periodo fundamental el m�s extenso y su participaci�n de masa modal cubre equilibradamente al 80%, por tanto, sus derivas son m�s altas y en comparaci�n a las fuerzas basales de piso son menores.

El modelo estructural en hormig�n controla de mejor manera los desplazamientos en ambas direcciones manteni�ndolos entre 1.16 cm y 1 cm en condiciones de sismo est�tico y din�mico de igual forma el per�odo permanece en 0.60 seg lo que permite un mejor desempe�o modal espectral como se puede observar en su participaci�n de masa, manteniendo bajas las derivas.

La estructura de muros portantes reduce el desplazamiento en la direcci�n Y y aumenta ligeramente en el sentido X, pues su geometr�a es rectangular y l�gicamente su eje m�s extenso es X. Este comportamiento tambi�n es evidente en cuanto a las derivas calculadas. Su per�odo es similar al modelo de hormig�n sin embargo su participaci�n de masa modal bordea los 67% a 68% asumiendo mayor carga de fuerza accidental (sismo).

 

An�lisis de beneficio constructivo

La situaci�n econ�mica actual en Ecuador establece l�mites constantes en el sector constructivo pues la calidad de los materiales se ve comprometida con la producci�n de materia prima para los diversos componentes estructurales como lo es principalmente el acero y el cemento, mismos que son primordiales en las edificaciones.

En raz�n de ello la econom�a limita la proporcionalidad de materiales a usarse en la construcci�n, por lo que para la mayor cantidad de poblaci�n ecuatoriana es preferible lo m�s econ�mico sin llegar a pensar en lo t�cnicamente adecuado de acuerdo a su zona local.

Con base en la tabla 12 se puede apreciar la cantidad involucrada de los elementos estructurales que intervienen en cada modelo, sin considerar varillas para elementos de hormig�n, malla de refuerzo para losas, encofrados, replantillos y cimentaci�n.

Estableciendo un rango de cantidades desde el m�s alto al m�s bajo se situar�n en el orden de: Hormig�n, Muros Portantes y Acero.

 

Figura 18: Lista de materiales

 

Ventajas

 

Figura 19: Ventajas de los Modelos

 

Desventajas

 

Figura 20: Desventajas de los Modelos

 

Recomendaciones

En resumen, se establece que, de acuerdo al an�lisis estructural para los 3 modelos con diferente materialidad y composici�n, pero de igual geometr�a tienen un comportamiento muy independiente uno del otro, en el cual, cada uno deja un precedente en cuanto a volumetr�a, peso, desplazamiento, derivas, participaci�n de masa modal.

Esto es muy claro cuando se observa su disposici�n de elementos estructurales en cada modelo como se muestra a continuaci�n:

 

Figura 21: Secciones de los Modelos

 

Analizado los 3 modelos estructurales m�s el giro econ�mico que entorna a Ecuador, la calidad de los materiales y la geolog�a del pa�s se recomienda:

�                    ESTRUCTURA EN ACERO

o   Configuraci�n estructural con arriostramientos tipo V o X seg�n arquitectura,�

o   Columnas compuestas (rellenas con hormig�n),�

o   Secciones variables en columnas,

o   Considerar conexiones a cortante y

o   Dise�o con sistemas IMF o SMF por la geolog�a ecuatoriana.

�                    ESTRUCTURA EN HORMIG�N

o   An�lisis estructural con inercias agrietadas,�

o   Modelo con interacci�n Suelo � Estructura,

o   Verificaci�n de elementos a flexo compresi�n y�

o   Considerar el criterio CF-VD (Columna fuerte � Viga d�bil).

�                    ESTRUCTURA CON MUROS PORTANTES

o   Dise�ar elementos de borde (cabezales de muros),�

o   Considerar inercias agrietadas para muros,

o   Modelo con interacci�n suelo estructura,

o   Considerar conexiones a cortante en vigas de losas y

o   An�lisis a corte unidireccional o bidireccional de cimentaci�n.

 

Conclusiones

Es necesario correlacionar par�metros como tipo de cimentaci�n escogida con el tipo de suelo antes de comparar costos sin embargo en suelos estables se puede conseguir modelos econ�micos y livianos formados por marcos resistentes con muros diafragmas en sus esquinas.

Es necesario considerar que en el Ecuador se han producido sismos de magnitud considerable que han dejado huellas y marcas mortales debido a colapsos de edificaciones de acero y hormig�n, es por eso que en esta investigaci�n se ha propuesto analizar cada sistema sus ventajas y desventajas, dentro del pa�s considerando suelos tipo D y E en el que las fuerzas s�smicas llegan con mayor intensidad a trav�s de las ondas expansivas que permite el suelo.

En s�ntesis, el modelo estructural en acero resulta m�s liviano, de r�pido montaje y de mayor accesibilidad econ�micamente, si no se consideran las recomendaciones descritas en el numeral anterior.

El modelo en hormig�n reduce considerablemente los desplazamientos y el periodo de vibraci�n pues como es l�gico su propio peso y sus conexiones r�gidas hacen trabajar la estructura de una manera m�s uniforme tomando mayor masa de la edificaci�n.

Por otro lado, la volumetr�a del material la vuelve m�s pesada y el suelo de baja capacidad se ver�a sobre esforzado por lo que se deber� prever un mejoramiento de la subrasante previa construcci�n de la cimentaci�n, o modificar el tipo de cimentaci�n a utilizar como zapatas corridas.

La cimentaci�n es otro par�metro a considerar se debe incluir un an�lisis de asentamientos diferenciales, capacidades portantes y punzonamiento en zapatas, para evitar incumplir la normativa en estos aspectos se debe implementar a los dise�os vigas corridas o losas de cimentaci�n el modelo de muros portantes exige cimentaciones corridas o continuas y en comparaci�n al modelo de hormig�n su peso es m�s ligero, pero m�s pesado que el modelo de acero.

Es evidente que el peso con muros portantes es menor al modelo de hormig�n, pero no al de acero, pues para este sistema se incorporaron vigas met�licas con conexiones a cortante para asentar la losa de piso, lo que explica su participaci�n de masa.

 

Referencias

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