Influencia del coeficiente sísmico en el diseño de estructuras de

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural
INFLUENCIA DEL COEFICIENTE SÍSMICO EN EL DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO EN
SAN LUIS POTOSÍ. UNA PROPUESTA DE NORMATIVIDAD
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Jorge Alberto Pérez González , Luis Fernando Laguna Zárate y Andrés Gómez Rubio
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RESUMEN
Se estudia el efecto del análisis sísmico en el diseño de estructuras de acero de diferentes alturas y condiciones de
desplante, para lo cual se realizó el diseño bajo cargas gravitacionales y, en base a este, se obtuvieron índices de
sobre-peso de la estructura por efectos del diseño sísmico. Se concluye que para edificaciones desplantadas en
terreno firme el número máximo de niveles para los que el sismo tiene poco efecto es tres y no cuatro como lo señala
la normativa vigente; para construcciones en terrenos blandos o de transición el efecto sísmico rige el diseño en
todos los casos.
ABSTRACT
We studied the effect of seismic analysis in the design of steel structures of different heights and rudeness condition,
for which the design was performed under gravity loads and, based on this, rates of overweight of the structure were
obtained by effects of seismic design. We conclude that for buildings on firm ground the maximum number of levels
for which the earthquake has little effect is three and not four, as stated in the regulations; for construction in soft
ground or transition seismic design effect governs in all cases.
INTRODUCCIÓN
Desde el año de 1969 en que apareció por primera vez el Manual de Diseño por Sismo de la Comisión Federal de
Electricidad, el criterio para tomar en cuenta el peligro sísmico y su efecto en las estructuras civiles derivó en el uso
de espectros de diseño en base a una regionalización del territorio mexicano y una clasificación de los tipos de
terreno de desplante, procedimiento que significó un gran avance en la descripción de las variaciones de las
intensidades sísmicas debidas al tipo de terreno y a la cercanía del sitio al epicentro (CFE, 2008). Para realizar esta
división se utilizaron los catálogos de sismos de la República Mexicana desde inicios de siglo, grandes sismos que
aparecen en los registros históricos y los registros de aceleración del suelo de algunos de los grandes temblores
ocurridos recientemente; estas zonas representan un reflejo de la frecuencia de los eventos sísmicos en las diversas
regiones y la máxima aceleración del suelo a esperar durante un siglo.
Hasta antes de la edición de 2008 del Manual de la CFE el territorio nacional se hallaba dividido, según el peligro
sísmico al que están sujetas las construcciones, en cuatro regiones, A, B, C y D, de menor a mayor riesgo
respectivamente (CFE, 1993). En la zona A, al norte del país y la península de Yucatán, no se cuentan con registros
históricos ni se han reportado sismos en los últimos 100 años; las aceleraciones esperadas del suelo no rebasan el
10% de la aceleración de la gravedad. En la zona D, que abarca el litoral del Pacífico al sur de la República
Mexicana, la ocurrencia de sismos es muy frecuente y las aceleraciones del suelo pueden sobrepasar el 70% de la
aceleración de la gravedad. Las otras dos zonas, B y C, en el interior del país, son zonas intermedias donde se han
registrado sismos con escasa frecuencia y son afectadas por altas aceleraciones pero que no sobrepasan el 70% de la
gravedad. Si bien es cierto que de manera reciente se tienen avances en materia de sismología y sismicidad así como
en tecnología computacional que permiten describir el peligro sísmico con mayor refinamiento que el que representa
1
Profesor Investigador, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Facultad de Ingeniería. Av. Dr. Manuel Nava
No. 8, Zona Universitaria, 78290 San Luis Potosí, S.L.P. Tel (444) 826-23-31; perezjor@uaslp.mx
2
Becario, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Facultad de Ingeniería. Av. Dr. Manuel Nava No. 8, Zona
Universitaria, 78290 San Luis Potosí, S.L.P. Tel (444) 826-23-31
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la regionalización tradicional en nuestro país, la realidad es que, por su simplicidad, dicho procedimiento sigue
siendo utilizado en su gran mayoría por los ingenieros estructuristas, sobre todo en zonas de moderado a bajo riesgo
sísmico, incluso existen hoy en día códigos de diseño en nuestro país, actualmente en vigor, que aún siguen estos
mismos criterios, tal como las normas y especificaciones del Instituto Nacional de la Infraestructura Física Educativa
(INIFED, 2011), tan solo por mencionar uno de ellos.
Para tener una idea del riesgo sísmico que prevalece en el estado de San Luis Potosí, este se halla, en términos de la
antigua regionalización sísmica de la CFE, en el territorio limítrofe entre las zonas A y B. La sismicidad instrumental
en la entidad comienza prácticamente a partir de 2001 con la realización de monitoreos sísmicos por parte del Centro
de Geociencias de la UNAM (Montalvo et al, 2008); anterior a ello las únicas evidencias de la sismicidad histórica
consistían en documentos hemerográficos, archivos históricos y descripciones orales de la población en su gran
mayoría, todas ellas muy pobres e imprecisas. Datos más recientes muestran que la mayor parte de la actividad está
definida por sismos de magnitud moderada a pequeña y dicha actividad ha afectado, en diferentes momentos,
principalmente los municipios de la región Huasteca Sur y Zona Media del Estado, en las inmediaciones de la Sierra
Madre Oriental. Según datos del Instituto de Geología de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí, entre los
años 2008 y 2010 se registraron más de 200 sismos en la región, aunque estos rara vez sobrepasaron los 4.0 grados
de magnitud.
Aun cuando la sismicidad en el norte del país es prácticamente nula, algunos códigos de construcción de los estados
de la República que se hallan en dicha zona especifican la obligatoriedad de recurrir al análisis sísmico en el diseño
de las estructuras desplantadas en su territorio. Tal es el caso, por ejemplo, del Reglamento de Construcciones y
Normas Técnicas para el municipio de Chihuahua (2001), actualmente en vigor, que en su artículo 6.08.01 señala:
“La ciudad de Chihuahua y zonas circunvecinas se consideran áreas con movimientos sísmicos, por lo que todos los
edificios, estructuras y partes que los componen deberán diseñarse y construirse para resistir efectos sísmicos de
acuerdo al coeficiente sísmico definido en el artículo siguiente…”. Lo mismo ocurre con el Reglamento de
Construcciones para el Municipio de Durango(2011) y el Reglamento de Construcciones para el Estado de
Tamaulipas (2007), ambos vigentes actualmente, cuyo texto en los artículos 137 y 135 respectivamente,
prácticamente es similar: “En el diseño de toda estructura deberán tomarse en cuenta los efectos de las cargas
muertas, de las cargas vivas, del sismo y del viento…”, aun cuando una versión de este último, la de 1978, en su
artículo 279 deja abierta la posibilidad de que, para ciertos casos no se deba recurrir al diseño sísmico: “Las
construcciones deberán poseer sistemas estructurales que les permitan resistir las fuerzas horizontales actuando por
lo menos en dos direcciones ortogonales, según lo especificado en el capítulo de diseño sísmico, aun si por su
tamaño y/o destino no se calculen para resistir sismos” (Periódico Oficial del Gobierno del Estado de Tamaulipas,
1978). Otras normas, como la del Estado de Zacatecas (1983), deja ambigua dicha disposición: “Cuando se
consideren los efectos del sismo, deberán revisarse que no se excedan los límites fijados en el artículo 212 de este
Reglamento”, sin especificar en qué casos deben ser considerados dichos efectos.
Algunos códigos de diseño manejan la cuestión sísmica de manera opcional y la dejan a juicio del calculista o de la
autoridad correspondiente. El Reglamento de Construcciones para el Estado de Coahuila (1996), en su artículo 85,
señala: “El Estado es considerado como zona asísmica, sin embargo, a solicitud de la Dirección, el interesado
deberá presentar análisis técnicos mediante el método simplificado según las normas técnicas”, y el del municipio
de Monterrey (2010), en su artículo 107: “El diseño por sismo en las construcciones, por ser este territorio
municipal de pocas posibilidades sísmicas se analizará el caso según las normas técnicas”.
El Reglamento de Construcciones del Municipio de San Luis Potosí (1994), actualmente en vigor con algunas
adiciones y modificaciones, pertenece a esta última categoría. En su artículo 202 del Título Sexto, señala: “Deberá
considerarse el diseño estructural contra sismos para edificaciones con más de cuatro niveles de altura y
estructuras consideradas como de alto riesgo en el inciso c) del artículo 191 de este reglamento. Sin embargo,
quedará a juicio del calculista el efectuar el diseño contra sismos para edificaciones hasta de cuatro niveles,
tomando en cuenta la estructuración propuesta y su posible comportamiento desfavorable bajo éstas acciones.”.
Como se sabe, cuando existen irregularidades en la estructuración de las edificaciones, tanto de resistencia o de
rigidez, en la geometría de la planta o discontinuidades en el plano vertical del sistema, o bien en la distribución de la
masa del edificio, ellas conducen a distribuciones en las fuerzas laterales y deformaciones provocadas por los sismos
muy diferentes a las supuestas por el método estático, pero el código de construcción deja la decisión al criterio de
quien realiza el diseño estructural de tomar o no en consideración los efectos sísmico para edificios de hasta cuatro
niveles en función de dichas irregularidades; esta disposición es producto, más que de un análisis exhaustivo del
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problema, de la propia experiencia empírica del legislador. En este trabajo se pretende estudiar el efecto del análisis
sísmico en el diseño de estructuras de diferentes alturas de acuerdo con la normatividad establecida para la región
por la Comisión Federal de Electricidad, “documento que se adopta como única referencia para fines de obtención
del coeficiente sísmico” de acuerdo con el reglamento municipal, a fin de contar con una base más racional en la
elección del tipo de análisis que debe considerarse en diseños rutinarios.
Por otro lado, como muchas otras en el país, en años recientes la ciudad de San Luis Potosí ha visto cobrar un auge
cada vez mayor la construcción de edificios con estructura metálica, desde centros comerciales y estacionamientos
de tres o cuatro niveles, hasta edificaciones de mediana altura para uso habitacional o de oficinas de hasta diez
niveles, y no únicamente la construcción de edificios para uso industrial como ya se venía haciendo en las últimas
décadas. La zona metropolitana, que abarca el municipio de la capital y se extiende hasta el de Soledad de Graciano
Sánchez, cuenta en su mayor parte con un tipo de suelo muy rígido a nivel superficial, sin embargo, existen algunas
regiones con estratos conformados por depósitos aluviales tales como las márgenes de lechos secos de ríos que
atraviesan la ciudad, mismos que pueden considerarse como suelos de transición. Los resultados obtenidos de este
análisis son aplicables únicamente a edificaciones para uso de oficinas y con alturas no mayores de diez niveles,
resueltas estructuralmente con marcos rígidos a base de perfiles de acero, con planta y elevación sensiblemente
regulares y desplantadas en ambos tipos de terreno arriba descritos; para otro tipo de estructura, éstos deberán
tomarse con las debidas reservas.
METODOLOGÍA
MODELOS DE ANÁLISIS
Para evaluar el efecto del análisis sísmico en el diseño de estructuras de acero de diferentes alturas en la zona
metropolitana de San Luis Potosí, se efectuó el dimensionamiento de cuatro edificios tipo de planta y elevación
regulares, de tres, cuatro, seis y diez niveles, respectivamente; las plantas arquitectónicas de todas las edificaciones
planteadas son similares, de sección cuadrada, con tres crujías en cada dirección con claros a ejes de 5.00 mts, para
una dimensión total de 15.00 mts; las alturas de cada entrepiso son de 3.00 mts medidas a ejes de trabes, de tal
manera que las alturas totales de las edificaciones son de 9, 12, 18 y 30 mts, respectivamente. La figura 1 muestra
perspectivas de los modelos de las estructuras postuladas.
Con el fin de minimizar la amplificación de comportamientos desfavorables bajo el efecto de acciones sísmicas por
irregularidades geométricas o mecánicas, enfocando el análisis comparativo de las estructuras bajo estudio
únicamente en su respuesta directa ante las cargas laterales, los modelos de dichas edificaciones consideran
condiciones de estructuras regulares de conformidad con el Manual de Diseño por Sismo de la CFE en su edición del
2008. Para tal efecto, adicionalmente a la postulación de plantas y elevaciones sensiblemente simétricas respecto a
los ejes ortogonales de la propia estructura, sin ningún tipo de entrante o saliente ni aberturas en los sistemas de
cubiertas en cada nivel, evitando de esta manera la concentración importante de esfuerzos cortantes y de tensión, se
ha considerado que la distribución de masas, muros y otros elementos resistentes poseen también una distribución
simétrica respecto a dos ejes ortogonales, y que además estos son paralelos a los ejes principales de la edificación; en
cada uno de los entrepisos todas las columnas se encuentran lateralmente restringidas en las direcciones de los ejes
principales de la edificación por vigas y diafragmas rígidos horizontales y el peso de todos los niveles es similar,
salvo por las pequeñas diferencias debidas a los cambios en las dimensiones de los perfiles utilizados para vigas y
columnas; se ha cuidado también que la variación en el diseño de dichos elementos estructurales de un nivel a otro
no provoque variaciones en la resistencia y rigidez al corte que difieran en más del 50% de los niveles adyacentes; lo
anterior impide cambios en los modos naturales de vibración que eventualmente puedan invalidar las hipótesis
simplificatorias del método de análisis aquí utilizado para la determinación de las fuerzas sísmicas. La máxima
relación entre la altura del edificio y la menor dimensión de su base, correspondiente a las edificaciones de diez
niveles, no excede de 2.5; con esta máxima relación de esbeltez de la edificación se garantiza una baja importancia
de los efectos P- y menores deformaciones en los entrepisos intermedios y se minimiza la axialización de las
columnas de esquina en los niveles inferiores. De igual manera, con el objeto de reducir las incertidumbres en los
resultados obtenidos a partir de los métodos de análisis sísmico propuestos por el manual de la CFE respecto a la
respuesta real esperada, en los modelos analíticos se han considerado tan solo excentricidades torsionales
accidentales del 5% de la dimensión paralela a dicha excentricidad. Finalmente, se han propuesto plantas de sección
cuadrada en todas las edificaciones ya que en edificios de planta alargada la mayor flexibilidad de sistemas de piso
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trabajando como diafragmas horizontales puede reducir la eficiencia de los sistemas resistentes verticales e introducir
nuevos modos de falla.
Figura 1 Geometría general de los modelos de las edificaciones estudiadas
Todos los sistemas de cubierta, tanto de entrepiso como de azotea, consisten en losas sólidas de concreto reforzado
de 140 mm de espesor, con una resistencia a la compresión simple f´c de 24.5 MPa (250 kc/cm2), y en su
dimensionamiento se ha considerado un trabajo en dos direcciones, lo que significa que cuentan con apoyo
perimetral en las vigas de acero del marco estructural, a las que transmiten su peso de manera uniforme. Las vigas y
columnas de la estructura principal son de acero A36 con esfuerzos de fluencia de diseño fy de 248 MPa (2530
kg/cm2) y consisten en perfiles tipo W. En algunos casos, sobre todo en las edificaciones de mayor altura bajo
mayores solicitaciones sísmicas, y con el fin de limitar los desplazamientos laterales, se tuvo necesidad de colocar
contravientos en las crujías de los niveles inferiores a base de perfiles tubulares.
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ANÁLISIS SÍSMICO
Debido a que todas las estructuras aquí analizadas cumplen con las condiciones de regularidad establecidas por el
Manual de Diseño Sísmico de la CFE, y en ningún caso se excede la altura de 30 mts, de conformidad con la misma
referencia se recurrió, por su sencillez, al método de análisis estático para la determinación de las fuerzas sísmicas
laterales. Se obtuvieron para cada una de las edificaciones los parámetros de los espectros de diseño utilizados, esto
es, por un lado la aceleración máxima en terreno rocoso, y por otro lado los factores de comportamiento lineal del
suelo (factor de sitio y factor de respuesta) y los factores de comportamiento no lineal (factor de no linealidad y
factor de velocidad), en dos sitios de la ciudad de San Luis Potosí con diferentes condiciones de terreno, uno de ellos
considerado como terreno firme y el otro con las características de un terreno de transición; a partir de estos se
calcularon las ordenadas máximas espectrales y sus correspondientes factores reductivos por redundancia y sobre
resistencia (con valores de 1.25 y 2.0 respectivamente, en función del tipo de estructuración propuesta, acorde a las
especificaciones del manual de la CFE), sin estimar el período fundamental de la estructura, obteniendo así valores
del orden de 0.14 para terreno firme y de 0.30 para el terreno de transición, para estructuras del Grupo B, con un
grado de seguridad convencional. La estructuración propuesta para las edificaciones en estudio consiste en un marco
rígido a base de perfiles de acero con ductilidad reducida, en algunos casos provistos de un sistema de contraventeo
de ductilidad normal, esto es, no se realizó la revisión de los requisitos para ser considerados marcos dúctiles, por lo
que se consideró un factor de comportamiento sísmico Q = 2, ello para fines de cálculo del factor reductor por
ductilidad. El amortiguamiento estructural es del 5% y no se consideraron efectos de interacción suelo-estructura.
Las fuerzas inerciales debidas a los efectos sísmicos fueron calculadas considerando que las aceleraciones de las
masas de la estructura varían linealmente con la altura y que la fuerza cortante basal es igual a la ordenada máxima
espectral, esto es, el coeficiente sísmico con todas las reducciones arriba consideradas, multiplicado por el peso de la
construcción, sin tomar en cuenta, como ya se mencionó, el período fundamental de la estructura; dichas fuerzas
fueron aplicadas en el centro de masa de cada uno de los entrepisos, considerando una excentricidad accidental del
5% de la dimensión de la edificación en ambas direcciones ortogonales de análisis.
DIMENSIONAMIENTO ESTRUCTURAL
El diseño estructural de cada una de las edificaciones se realizó de conformidad con las especificaciones del Instituto
Americano de Construcción en Acero AISC (1999), bajo el criterio de Factores de Carga y Resistencia, considerando
tres diferentes conjuntos de combinaciones de carga. El primero de ellos involucra únicamente acciones
gravitacionales y, ya que lo que se busca es el establecimiento de un criterio racional que permita definir en qué
casos se deben considerar los efectos sísmicos, este será utilizado como el parámetro de referencia. Los otros dos
conjuntos de combinaciones involucran las fuerzas sísmicas calculadas conforme el apartado anterior, para desplante
sobre suelo firme y sobre suelo de transición respectivamente; la comparación de los diseños efectuados bajo estas
consideraciones en términos del diseño bajo cargas gravitacionales, permitirá dilucidar en qué casos el diseño
sísmico tiene un efecto apreciable en el dimensionamiento definitivo de la estructura.
La revisión de la seguridad estructural de las losas que conforman los sistemas de cubierta fue realizado bajo los
lineamientos que para tal efecto señalan las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de
Estructuras de Concreto del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal (2004).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Una vez efectuado el dimensionamiento de cada uno de los elementos que conforman la estructura principal de las
edificaciones, esto es, vigas, columnas y contraventeos básicamente, para cada uno de los cuatro edificios tipo, de
tres, cuatro, seis y diez niveles, y para las tres consideraciones de solicitaciones, bajo cargas gravitacionales y bajo la
acción combinada de éstas con los efectos sísmicos en terreno firme y en terreno de transición respectivamente, se
obtuvo, con fines comparativos, el peso total de la superestructura con el objeto de determinar el efecto del sismo en
su diseño definitivo. Se optó por considerar este parámetro, el peso de la estructura, como una medida del efecto que
se trata de estudiar, y no otros que tienen que ver con la resistencia ante cargas laterales como el cortante basal, por
ejemplo, ya que aquél es proporcional e incide directamente en el costo final de la construcción, función objetivo que
se desea minimizar sin menoscabo de la seguridad de la estructura (Memari, A.M. y Madhkhan, M., 1999).
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Las tablas 1 a 4 muestran una primera comparativa de los resultados obtenidos para cada una de las cuatro
edificaciones.
Tabla 1 Pesos comparativos. Edificio de tres niveles.
Tipo de
solicitación
Peso de Vigas
Peso de Columnas
Peso de Columnas y
Contravientos
Peso Total
Tn
%
Tn
%
Tn
%
Tn
%
Cargas
gravitacionales
8.67
100.0
5.63
100.0
5.63
100.0
14.30
100.0
Combinación
con sismo en
terreno firme
8.94
103.1
6.83
121.3
6.83
121.3
15.76
110.3
Combinación
con sismo en
terreno blando
8.94
103.1
8.04
142.9
8.66
153.7
17.59
123.0
Tabla 2 Pesos comparativos. Edificio de cuatro niveles.
Tipo de
solicitación
Peso de Vigas
Peso de Columnas
Peso de Columnas y
Contravientos
Peso Total
Tn
%
Tn
%
Tn
%
Tn
%
Cargas
gravitacionales
11.62
100.0
10.33
100.0
10.33
100.0
21.95
100.0
Combinación
con sismo en
terreno firme
12.42
106.9
12.30
119.0
12.30
119.0
24.72
112.6
Combinación
con sismo en
terreno blando
12.42
106.9
14.48
140.1
15.51
150.1
27.93
127.3
Tabla 3 Pesos comparativos. Edificio de seis niveles.
Tipo de
solicitación
Peso de Vigas
Peso de Columnas
Peso de Columnas y
Contravientos
Peso Total
Tn
%
Tn
%
Tn
%
Tn
%
Cargas
gravitacionales
17.52
100.0
18.77
100.0
18.77
100.0
36.28
100.0
Combinación
con sismo en
terreno firme
19.13
109.2
26.85
143.0
26.85
143.0
45.97
126.7
Combinación
con sismo en
terreno blando
19.13
109.2
32.39
172.6
33.94
180.9
53.07
146.3
Tabla 4 Pesos comparativos. Edificio de diez niveles.
Tipo de
solicitación
Peso de Vigas
Peso de Columnas
Peso de Columnas y
Contravientos
Peso Total
Tn
%
Tn
%
Tn
%
Tn
%
Cargas
gravitacionales
29.31
100.0
39.00
100.0
39.00
100.0
68.31
100.0
Combinación
con sismo en
terreno firme
32.89
112.2
64.61
165.7
64.61
165.7
97.50
142.7
Combinación
con sismo en
terreno blando
35.48
121.0
70.14
179.8
83.56
214.3
119.04
174.3
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En ellas se muestran los pesos de los perfiles agrupados en Vigas, Columnas y Columnas + Contravientos, así como
el peso total de la superestructura. Si establecemos un límite en el peso de la estructura diseñada bajo la acción
sísmica que pueda considerarse razonable, digamos 10% adicional al peso obtenido del diseño considerando
únicamente cargas gravitacionales, y aceptando que este es un rango admisible para despreciar el efecto del sismo en
el diseño de la estructura, entonces, es posible apreciar en dichas tablas que las edificaciones de tres niveles
desplantadas sobre terreno firme se encuentran en dicho límite; no así las de cuatro niveles, cuyo sobre peso es del
orden del 13%.
Es interesante observar también la necesidad de emplear contraventeos en las crujías de los niveles inferiores de
todas las edificaciones, cuando éstas están desplantadas sobre terreno blando, con el fin de limitar los
desplazamientos laterales, lo que también da una idea de la relevancia de los efectos del sismo en estos caso.
Otro aspecto interesante tiene que ver con la comparación del subconjunto de las vigas en cada una de las
edificaciones; como puede observarse, el efecto del sismo en el diseño de dichos elementos comienza a cobrar cierta
importancia en las estructuras más altas, de seis niveles o más, en los edificios de poca altura su diseño permanece
prácticamente inalterado en relación con las combinaciones que consideran únicamente efectos gravitatorios, lo que
viene a corroborar el concepto de su escasa participación en la rigidez lateral en términos comparativos con el
subconjunto de las columnas u otros elementos; además, para ambos tipos de terreno de desplante en consideración,
su dimensionamiento prácticamente permanece inalterado en términos porcentuales, a excepción del edificio de diez
niveles, en el que hay una clara diferenciación en el diseño sobre ambos tipos de terreno. Lo anterior puede
visualizarse de manera más gráfica en la figura 2, en la que se muestra, para cada uno de los cuatro edificios, la
gráfica comparativa de los niveles de sobre peso en el diseño de las vigas bajo condiciones sísmicas en terreno firme
(con un coeficiente sísmico de 0.14) y en terreno blando (con el valor del coeficiente sísmico de 0.30), tomando
como valor de referencia del 100% el peso de las vigas diseñadas bajo condiciones de cargas gravitacionales (lo que
equivale a emplear un coeficiente sísmico nulo).
Figura 2 Porcentaje de sobre peso de vigas por diseño sísmico
en relación al diseño bajo cargas gravitacionales
Los índices de sobrepeso total por efectos de diseño sísmico, considerando el dimensionamiento de la totalidad de
los elementos estructurales, vigas, columnas y contraventeos, para cada una de las edificaciones y para los dos tipos
de desplante, en terreno firme y en suelos blandos, pueden ser apreciados en la figura 3.
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Figura 3 Porcentaje de sobre peso de la superestructura por diseño sísmico
en relación al diseño bajo cargas gravitacionales
Como ya se había comentado, contrariamente a lo que presupone el reglamento de construcciones de la localidad, el
efecto de las cargas sísmicas en el dimensionamiento estructural comienza a cobrar importancia aún en edificaciones
de poca altura desplantadas sobre terreno firme. En estos casos, el diseño bajo cargas sísmicas de la estructura de
cuatro niveles presenta un 13% de peso adicional en relación al propio diseño considerando únicamente efectos
gravitacionales; en suelos blandos estos valores crecen más allá del 20% incluso en los edificios de tres niveles y
para las edificaciones de diez niveles este valor llega a ser del orden del 75%.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En base a los resultados obtenidos se concluye que para las condiciones sísmicas de la ciudad de San Luis Potosí, las
edificaciones con estructuración a base de marcos rígidos de acero, con o sin contraventeo, de planta y elevación
sensiblemente regulares, destinadas al uso de oficinas o con cargas vivas similares y desplantadas sobre estratos
rocosos, el número máximo de niveles para los que el sismo tiene efectos poco apreciables desde el punto de vista
del diseño estructural es de tres y no cuatro como lo señala la normativa vigente; para construcciones desplantadas en
terreno blando el efecto sísmico rige el diseño de la estructura prácticamente en todos los casos, por lo que en esta
zona es necesario considerar dicho efecto independientemente del número de niveles con que cuente la edificación.
Se recomienda cambiar la redacción de la última parte del artículo 202 del Reglamento de Construcciones del
Municipio de San Luis Potosí de la siguiente manera: “Deberá considerarse el diseño estructural contra sismos para
edificaciones con más de tres niveles de altura desplantadas sobre terreno firme, y en todos los casos cuando el
desplante de la estructura se efectúe sobre suelos blandos o de transición, así como en estructuras consideradas
como de alto riesgo en el inciso c) del artículo 191 de este reglamento. Sin embargo, quedará a juicio del calculista
el efectuar el diseño contra sismos para edificaciones hasta de tres niveles, tomando en cuenta la estructuración
propuesta y su posible comportamiento desfavorable bajo éstas acciones.”
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REFERENCIAS
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