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Diseño por sismo, consideraciones de uso de Vigueta y Bovedilla

La República Mexicana se encuentra entre las placas tectónicas del Caribe, Pacífico, Norteamérica, Rivera y Cocos. Las últimas dos se encuentran en subducción, es decir que se sumergen debajo de la placa de Norteamérica. Este contexto geográfico provoca gran cantidad de sismos cada día en gran parte del territorio, los que más han afectado en tiempos recientes a la Ciudad de México, son los terribles del 19 de septiembre de 1985 y el de 2017, ambos con condiciones diferentes, pero igualmente destructores. De acuerdo con el Servicio Sismológico Nacional, tan solo en octubre de 2021 se reportaron 2,337 temblores dentro del territorio nacional.

Cada sismo obliga a revisar y a replantear las condiciones estructurales de los edificios existentes y a que los edificios nuevos consideren cada vez situaciones más adversas en cuanto al cálculo estructural y su construcción. El Reglamento de Construcción de la Ciudad de México es quizá uno de los más exigentes, y sus Normas Técnicas Complementarias rigen las condiciones de las construcciones. Después del 2017 es revisado y corregido para garantizar --con su cumplimiento--, aún más la seguridad de las estructuras. Y como los sismos no se pueden predecir, los edificios deben estar construidos de tal manera que, ante cualquier eventualidad, resistan movimientos de grandes magnitudes.

 

Anotaciones de las Normas Técnicas Complementarias para el Diseño de edificios por sismos desde 2020

La estructura de un edificio está diseñada a partir de las cargas vivas y muertas que va a soportar. Las cargas muertas son el peso propio de la estructura y de los materiales con la que esté construida, las cargas vivas son las personas, los muebles, autos, etcétera, estos considerados en el sentido vertical, es decir, del peso propio que por gravedad se traslada al suelo a través de la cimentación. Mientras que las cargas vivas o “accidentales” son aquellas en el sentido horizontal o por movimientos horizontales que puede tener la estructura, ya sea por sismo, viento, lluvia y que son súbitas y breves. Para esto, las estructuras deberán mantenerse estáticas e indeformables. “Cuando los esfuerzos interiores no son capaces de oponerse a los exteriores el elemento falla y se rompe”.[1]

Para lograr esto se debe considerar el cálculo estructural como un sistema completo en el que todas las variables son tomadas en cuenta para que funcione como un todo. Desde el conocimiento del suelo sobre el que se desplantará, hasta los criterios de cimentación, de sistema constructivos y finalmente en su implementación con la construcción en obra. De acuerdo con las últimas modificaciones que se hicieron a las Normas Técnicas Complementarias en junio de 2020 dice el siguiente comentario:

 

“La edificación debe contar con un sistema estructural idóneo para resistir de manera adecuada los efectos del sismo, en sus dos direcciones horizontales ortogonales, combinados con los de las cargas gravitacionales y los de otras acciones”.[1]

 

El Reglamento indica que el método de cálculo de diseño por sismo deberá ser por medio del análisis modal espectral y que para edificios que excedan el límite de altura desde 80m, si la estructura es muy irregular, o de 120m si la estructura es regular, deberá ser con un análisis dinámico no lineal paso a paso. Donde también se deberán analizar:

  1. los efectos de torsión,
  2. efectos de segundo orden como las fuerzas axiales y cortantes,
  3. los efectos bidireccionales,
  4. el comportamiento asimétrico,
  5. el análisis de péndulos invertidos,
  6. los diafragmas de piso y,
  7. las cargas sísmicas durante la construcción.

Nos vamos a detener en los diafragmas de piso porque tiene que ver específicamente con el uso del sistema de entrepisos prefabricado de Vigueta y Bovedilla

Un diafragma rígido se define como “diafragma cuya máxima deflexión lateral en su plano es menor que la mitad de la distorsión promedio del entrepiso ubicado inmediatamente por debajo del diafragma. De manera alternativa, se considerará que se satisface la condición de diafragma rígido en aquellos sistemas estructurales cuyo sistema de piso esté estructurado con base en losas de concreto o de concreto colado sobre tableros de acero que en planta exhiban una relación de largo a ancho menor o igual a 4 y que cumpla con las Condiciones de Regularidad, requisitos 4 y 6 indicados en la sección 5.1”.[1] Los cuales, entre otras también mencionadas, son los siguientes:

            Requisito 4,[2] “Que la planta no tiene entrantes ni salientes de dimensiones mayores que 20 por ciento de la dimensión de la planta medida paralelamente a la dirección en que se considera el entrante o saliente”.

            Requisito 6, “El sistema de piso no tiene aberturas en algún nivel que excedan 20 por ciento de su área en planta en dicho nivel y las áreas huecas no difieren en posición de un piso a otro”.

Los requisitos anteriores son consideraciones de diseño en cuanto a la forma de un edificio que se aplican a cualquier tipo de sistema constructivo, el Reglamento está pensado para el cálculo de losas de concreto armado pues las características de las losas prefabricadas tienen diferencias en cuanto a los tipos que pueden existir en el mercado.

Sin embargo, es importante recordar que cada sistema tiene precálculos en cuanto a las cargas y esfuerzos que puede recibir de acuerdo con la sección de las viguetas, los claros que se requieran cubrir e incluso pueden estar presforzadas para tales fines.

 

Recomendaciones para la Vigueta y Bovedilla como diafragma rígido

El diafragma rígido también se puede definir como la estructura que está perfectamente unida en todos sus elementos y que cuando se somete a cargas laterales no tiene deformaciones, no tiene flexión y es capaz de transmitir la torsión a los elementos de principal resistencia. O, “si la deformación máxima es menor que el 50% del promedio de las deformaciones laterales de los planos estructurales ubicados en el entrepiso por debajo del diafragma”.[1]

Además de las Condiciones de Regularidad señaladas anteriormente por las Normas Técnicas, para que las losas prefabricadas de Vigueta y Bovedilla logren el efecto de diafragma rígido se deberán cumplir con las siguientes condiciones en su construcción:

  • Deberán de verificarse las conexiones de las viguetas a los elementos que las portarán ya sean muros de carga o trabes de carga y columnas, que no haya salientes o voladizos sin la estructuración adecuada, y que estén apoyadas mínimo 4cm en los elementos portantes o como lo indique la Guía de Instalación del sistema en particular.
  • La capa de compresión de concreto que se cuela en la mayoría de las losas prefabricadas tiene el objetivo de lograr el efecto diafragma al darle mayor comportamiento monolítico a una losa de entrepiso construida con elementos prefabricados. Es decir, deberán estar conectados todos los elementos con el armado de acero en trabes ahogadas, columnas y la malla electrosoldada que forme un colado monolítico donde el concreto deberá ser de mínimo de f’c= 250kg/cm².[2]
  • La Norma Técnica en el punto 7.8.3 menciona que el espesor del firme “no será menor de 60mm si el claro es mayor de 6m o más. En ningún caso será menor que 30mm”. [3]
  • 7.8.5 de la Norma Técnica dice que “el refuerzo mínimo por fuerza cortante no será menor de 0.0025. Si se utiliza malla soldada de alambre en firmes sobre elementos prefabricados, la separación de los alambres paralelos al claro de los elementos prefabricados no excederá de 250mm”.[4]
  • Punto 7.8.6 de la Norma Técnica menciona que, en los elementos de refuerzo en los extremos de la losa, o “barras de refuerzo longitudinal de elementos extremos deberán ser continuas y podrán ser unidas mediante traslapes, soldadura o
  • dispositivos mecánicos. En todo caso, deberán poder alcanzar su esfuerzo de fluencia”.[5]

Para mayor comprensión del diafragma rígido, recomendamos ver el video “Revisión de Diafragma Rígido con Sistemas de Piso Prefabricado” publicado por Cemposa, donde se explican de forma muy didáctica los cálculos que se deben realizar para la especificación técnica:

 

 

La utilización de los sistemas prefabricados como la Vigueta y Bovedilla tienen muchas ventajas reflejadas en los ahorros de materiales, tiempos de construcción y mucho más importante, garantizan la seguridad estructural de los edificios ante cualquier sismo, siempre y cuando estén calculados y construidos con estas consideraciones.

Los cálculos son inevitables en cualquier tipo de construcción, y siempre deberán ser realizados por un especialista. Acércate a Cemposa, para resolver cualquier duda técnica que puedas tener en las especificaciones del edificio que estás por construir.

 

[1] Comentario del punto 2.7.1 de la Norma Técnica Complementaria, ibid., p. 22 del pdf.

[2] Reinoso, A. et al. Manual de diseño de estructuras prefabricadas y presforzadas. Anippac. Instituto de Ingeniería UNAM. P. 47.

[3] Normas Técnicas Complementarias del Reglamento de Construcciones publicada en la Gaceta Oficial de la Ciudad de México. 15 de diciembre de 2017, No. 220 bis. P. 456.

[4] Normas Técnicas Ibidem. P. 456.

[5] Normas Técnicas Ibidem. P. 457.

 

[1] Versión comentada.., Ibidem p. 27 del pdf.

[2] Versión comentada…, Ibidem p. 49 del pdf.

 

 

[1] Versión comentada de la Norma Técnica Complementaria publicada en la Gaceta Oficial de la Ciudad de México el 9 de junio de 2020. P. 8 http://legismex.mty.itesm.mx/estados/ley-df/DF-N-ActualizaNormasTec2020_06.pdf

 

[1] Becerra B. Sistemas Estructurales. Lomo Sapiens. México, 2011. P. 14

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