30 Mar Impacto de un modelo incorrecto en el análisis estructural para estructuras tipo B2 en Cypecad

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Ing. Joaquín Bojórquez Acuña 30 de marzo de 2021. Hermosillo, Sonora, México.

Realizar modelos incorrectos para el análisis estructural en softwares comerciales, impacta directamente en el costo de ejecución de obra y sobre todo incrementa el riesgo por un mal diseño de los elementos estructurales.

Cypecad, es un software comercial para el análisis estructural y que comúnmente lo utilizan ingenieros estructurales o pioneros en el área. Sin embargo, su facilidad de utilización puede brindar confianza y a consecuencia del desconocimiento de sus códigos de cálculo, puede repercutir en el resultado “memoria de cálculo”. Es por ello que las empresas que distribuyen este y otros tipos de softwares, deslindad la responsabilidad al analista u operador.

Las normas técnicas complementarias del reglamento de construcción de Hermosillo, remiten al MDOC-2015 para el análisis de sismo y que de manera predeterminada Cypecad construye espectros probabilistas de referencia para estructuras tipo B1, A1 y A2. Sin embargo, es común que el analista u operador utilice este módulo para todo tipo de proyecto, por lo que es incorrecto. Como ejemplo, para las estructuras tipo B2 que son edificaciones menores o igual a 13 metros de altura o igual o menor de 400 m2 de construcción, el MDOC-2015 recomienda que se construyan espectros de aceleración constante para suelo tipo I, II y III seleccionando el más crítico para el proyecto porque se desconoce el tipo de suelo en el que se desplantará la edificación.

Esta deducción la hago dado que el software exige al analista u operador que capture el periodo de vibración y el tipo de suelo. Haciendo referencias a publicaciones anteriores, te recuerdo que para poder caracterizar el suelo es necesario conocer el VS30 y el Ts que se obtienen realizando MASW o Vibración Ambiental respectivamente como lo indica el MDOC-2015.

Considerando lo anterior, es necesario que elabores tu propio código para construir los espectros de aceleración constante y captures manualmente en Cypecad sus ordenadas para los dos ejes ortogonales de la estructura teniendo en cuenta su redundancia. Si desconoces la metodología para obtener estos espectros, te recomiendo que requieras del servicio de un especialista que preste este servicio y posteriormente hagas el análisis de los elementos.

A continuación, te presento un ejemplo de espectros de aceleración constante y selección del crítico para un proyecto tipo B2 calibrado de un nivel realizados mediante un código propio y comparativa con el considerado en Cypecad:

Si te preguntas cuál es el más crítico, te recuerdo la primera Ley de Newton o también denominada como Ley de Inercia: Fuerza=(masa)x(aceleración). Conociendo el periodo estructural mediante un análisis modal, puedes determinar la pseudo-aceleración correspondiente según el espectro considerado. Sin embargo, Cypecad es limitado cuando modelas mampostería que te puede llevar a cometer errores en el cálculo de las fuerzas inerciales.

El problema de esto, radica que si pretendes modelar diferentes plantas para que considere el confinamiento en muros por cerramientos. Como por ejemplo, la imagen que a continuación se muestra de un edificio de 150 m2 y una altura de 4.95 metros:

Como puedes observar, en la imagen anterior la estructura es como se vería físicamente. Sin embargo, Al momento de considerar diferentes plantas, el programa considera la conformación de diafragmas sin masa y sin arriostramiento a los muros convirtiéndola en un sistema de múltiples grados de libertad y con ello el incremento de los modos de vibración para lograr un desplazamiento de masa por encima del 90% como lo exigen diversos códigos de análisis incluyendo el MDOC-2015.

Si conoces del análisis modal, sabes que esto no es posible y normalmente esperarías que los modos fundamentales se dieran en los primeros 3. La consecuencia de esto, es que el programa selecciona de manera incorrecta la pseudo-aceleración y es por ello, que te quedan elementos demasiado robustos encareciendo el proyecto y en algunos casos quedando por debajo de las solicitaciones de sismo poniendo en riesgo la integridad estructural.

En la siguiente imagen, te comparto la misma estructura pero con modos de vibración coherentes. Esto se logra, realizando un modelo con una sola planta de azotea y que considere un sistema de un grado de libertad encontrando el periodo estructural aproximadamente de 0.10 segundos y con ello la pseudo-aceleración correcta.

Con el objetivo para que el presente artículo sea de utilidad para el diseño de tus proyectos, queda claro que la Ingeniería Estructural e Ingeniería Civil requieren de años de preparación o especialización y que en lo particular considero como pilares de desarrollo de las ciudades cuidando la integridad de sus habitantes de manera ética y responsable.

En el Colegio de Ingenieros Civiles de Sonora A.C. (CICS) se cuenta con especialistas como el grupo de Calculistas y Estructuristas de Sonora A.C representando a SMIE y el ACI capítulo Noroeste que te pueden apoyar en el desarrollo de tu proyecto.

Joaquín Bojórquez Acuña

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Ingeniero Civil con Maestría en Valuación Inmobiliaria, Industrial y de Bienes Nacionales, Maestría en Ingeniería Económica y Financiera, Maestría en Estructuras Urbanas, Máster internacional en Estructuras de Edificación con CYPE, Maestría en Ingeniería Estructural y Sísmica, colaborador del consejo INCIDE, miembro del Colegio de Ingenieros Civiles de Sonora A.C, miembro de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural A.C. SMIE, miembro del grupo de Calculistas y Estructuristas de Sonora A.C., emprendedor PYME.

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