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1. INTRODUCCIÓN La palabra estructura tiene diferentes significados. En su acepción más general se refiere a la forma en que se organizan las partes de un sistema u objeto. Desde el punto de vista ingenieril, las estructuras están ligadas a la construcción; así, son estructuras los puentes, los edificios, las torres, las presas, etc. De una forma más específica, y más adaptada a las modernas tipologías de construcción, entendemos por estructura aquella parte de la construcción que soporta el conjunto, es decir, que es capaz de resistir las diversas acciones que actúan sobre ella (peso propio, sobrecargas de uso, viento, movimientos sísmicos, etc.). El análisis de estructuras tiene, pues, como objetivo fundamental determinar las respuestas de las estructuras cuando estas se ven sometidas a las diferentes acciones que deben soportar durante su construcción y vida útil. Por respuesta estructural se entiende, básicamente, la determinación de los estados de tensión y deformación a los que la estructura va a estar sometida por efecto de los diferentes estados de carga que se consideran. La determinación de los estados de tensión necesaria de cara a satisfacer los criterios de resistencia que establecen las correspondientes normativas y los usos de buena práctica para garantizar la seguridad de las estructuras. Por su parte, la determinación de los estados de deformación suele ser necesaria para satisfacer los criterios de rigidez, que están a menudo ligados a requisitos de funcionalidad. El pre dimensionamiento de las estructuras es una de las etapas de mayor importancia en el proyecto de edificios. Las empresas dedicadas al diseño de estructuras ahorran trabajo cuando de entrada se acierta con las dimensiones de los elementos estructurales. Además, permite dedicar más tiempo a otras tareas que lo exigen como es el detallado y la revisión de los planos definitivos. Para la realización del análisis y diseño estructural, se idealizan tanto la geometría de la estructura como las acciones y las condiciones de apoyo mediante un modelo matemático adecuado. El modelo elegido debe ser capaz siempre de reproducir el comportamiento estructural dominante. En gran parte un buen diseño preliminar depende de la sabiduría y experiencia del ingeniero calculista. El objetivo principal de este trabajo es desarrollar una herramienta que permita lograr un predimensionamiento acertado de sistemas duales aligerando el proceso de análisis, reduciendo el número de intentos del análisis estructural que por lo general hay que realizar para dar con la cantidad de elementos estructurales necesarios y las dimensiones óptimas.

2. NORMAS EMPLEADAS Las consideraciones y cálculos correspondientes para el análisis y diseño estructural del edificio, se realizarán de acuerdo a lo especificado en las siguientes normas y estándares de diseño.  E020 – CARGAS.  E030 – DISEÑO SISMO RESISTENTE.  E060 – DISEÑO EN CONCRETO ARMADO 3. ESTRUCTURACIÓN El diseño conceptual y la estructuración de una edificación desde el punto de vista del diseño sísmico es fundamental ya que no se puede lograr que un edificio mal estructurado se comporte satisfactoriamente ante un sismo por mucho que se refinen los procedimientos de análisis y dimensionamiento. Se entiende que gran parte de la configuración estructural de un edificio queda definida por la arquitectura proyectada, es por eso de la importancia del trabajo en conjunto del Arquitecto y del Ingeniero para poder proyectar una estructura con las necesidades mínimas de rigidez, resistencia y regularidad que requiere la estructura. Las recomendaciones de estructuración en zonas sísmicas orientan a la estructura hacia formas regulares y robustas limitando la posibilidad del uso del espacio interno, así como de obtener formas novedosas en la estructura, por tanto, esto constituye un reto para los proyectistas de lograr un proyecto funcional, seguro y estéticamente atractivo. 3.1.

CARACTERÍSTICAS SÍSMICO

RELEVANTES

DEL

COMPORTAMIENTO

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Peso: Se debe procurar que este sea lo más ligero posible ya que las fuerzas de inercia son proporcionales a la masa y este en consecuencia al peso del edificio. Ya que las aceleraciones que se introducen al edificio cresen con la altura se debe tener en cuenta reducir el peso de las partes altas. Se deben evitar fuertes diferencias en los pesos de pisos sucesivos por que generan variaciones bruscas en las fuerzas de inercia y en la forma de vibrar del edificio. Se distribuirá simétricamente el peso del edificio en la planta de cada nivel, una distribución fuertemente asimétrica generará vibraciones torsionales.



Forma del edificio en planta: El principal aspecto que produce respuestas sísmicas poco convenientes es la asimetría de la planta, esta tiende a provocar vibraciones torsionales. Se debe evitar la presencia de alas muy alargadas en planta lo cual produce que estas vibren en direcciones

diferentes y traigan como consecuencia una fuerte concentración de solicitaciones en las esquinas interiores de las alas. Se recomienda que la planta del edificio no sea muy alargada ya que a mayor longitud mayor será la probabilidad de que difieran los movimientos en la base entre un extremo y otro. El mayor problema de esta característica es que la flexibilidad del piso puede provocar vibraciones considerables en planta las cuales traen como consecuencia un incremento sustancial en las solicitaciones en la parte central del edificio. 

Forma del edificio en altura: Es importante considerar, así como en la planta del edificio la sencillez, regularidad y simetría en la elevación de este ya que se podrían producir concentración de esfuerzos en ciertos pisos, así como amplificar la vibración en los niveles superiores del edificio. Se debe evitar la reducción brusca de la planta en pisos superiores ya que podrían crearse concentración de esfuerzos en la reducción y una amplificación de vibraciones en la punta. La esbeltez excesiva de la construcción puede provocar problemas de volteo, inestabilidad (efectos P-) y de transmisión de cargas elevadas a la cimentación y al subsuelo. Otra consecuencia es que se vuelven importantes los efectos de los modos superiores de vibración.

3.2.

CRITERIOS DE ESTRUCTURACIÓN:

Los principales criterios que es necesario tomar en cuenta para lograr una estructura sismo-resistente, son: 

Simplicidad y simetría: La experiencia ha demostrado repentinamente que las estructuras simples se comportan mejor durante los sismos. Cuando modelamos estructuras complejas realizamos simplificaciones las cuales nos alejan del comportamiento real de esta. Se desea simetría estructural en 2 direcciones ya que la falta de esta produce efectos torsionales que son difíciles de evaluar y son muy destructivos.

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Resistencia y ductilidad: Las estructuras deben tener resistencia sísmica adecuada en todas las direcciones. El sistema de resistencia sísmica debe existir por lo menos en dos direcciones ortogonales o aproximadamente ortogonales, de tal manera se garantice la estabilidad tanto de la estructura como un todo, como cada uno de sus elementos. Se debe garantizar una adecuada transferencia de cargas, por lo que se debe de proveer trayectorias continuas con suficiente resistencia y rigidez para garantizar dicha transferencia. Se deberá de proveer ductilidad a la estructura en aquellos puntos a los cuales les sea necesario proveer para de esta manera obtener un diseño económico. Teniendo en cuenta que la ductilidad depende de la carga que se le aplique al elemento y este efecto depende del tipo de material, para el concreto armado se deberá considerar en la estructuración que “un aumento en la carga se traduce en un aumento de la resistencia con disminución de la ductilidad”.

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Uniformidad y continuidad: Se debe tener una estructura continua tanto en planta como en elevación considerando que no haya elementos que cambien bruscamente de rigidez para de esta manera evitar concentración de esfuerzos. En el caso que se usen placas y haya la necesidad de eliminarla en un cierto nivel, se deberá considerar realizar una reducción paulatina de manera de poder obtener una transición.

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Rigidez lateral: Se considerará que para que los elementos estructurales tengan mayor resistencia a las fuerzas horizontales sin tener deformaciones considerables, habrá la necesidad de colocar en la estructura elementos que aporten rigidez lateral en sus direcciones principales. Una estructura flexible tiene dificultades en el proceso constructivo referidos al congestionamiento de la armadura en los nudos, además de que los elementos no estructurales pueden invalidar el análisis de esta ya que introducen a la estructura una distribución diferente de esfuerzos además de que las deformaciones laterales sean significativas o excesivas. Las estructuras rígidas no presentan mayor problema con el aislado y detallado de los elementos no estructurales, pero presentan el problema de no alcanzar ductilidades elevadas y tener un análisis más complicado.

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Diafragma rígido: En el análisis de una estructura consideramos la existencia de una losa rígida en su plano, lo cual permite idealizar a la estructura como una unidad en el cual las fuerzas horizontales se distribuyen en los elementos que proporcionan rigidez a la estructura (muros, columnas) en proporción a su rigidez manteniendo de esta manera una misma deformación lateral para un mismo nivel. Para el cumplimiento de lo mencionado anteriormente se deberá evitar losas con grandes aberturas que debiliten su rigidez, además se tendrá cuidado con estructuras con plantas alargadas ya que podrían sufrir diferentes movimientos sísmicos aplicados en sus extremos.

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Elementos no estructurales: Se tomará en cuenta la influencia de elementos no estructurales, estos contribuyen a un mayor amortiguamiento dinámico de la estructura, debido a que al producirse agrietamientos internos aumentan los rozamientos. En sismos violentos contribuyen a disipar energía sísmica aliviando a los elementos resistentes. Por otro lado, presentan efectos negativos en el sentido que, al tomar esfuerzos no previstos en el cálculo, distorsionan la distribución supuesta de esfuerzos. En una estructura rígida, la rigidez de los tabiques es pequeña en comparación con la de elementos de concreto armado por lo cual se puede despreciar en el análisis. En una estructura aporticada no se deberá despreciar en el análisis el aporte de la rigidez de los tabiques obteniéndose una rigidez del conjunto tabiqueríapórtico diferente a la de los pórticos solos.

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Cimentación: Se debe apuntar a obtener una acción integral de la cimentación durante un sismo. Para el diseño de la cimentación se considerará además de las cargas verticales la transmisión del cortante basal

de la estructura al suelo, proveer los momentos volcantes, la posibilidad de movimientos diferenciales en los elementos de la cimentación y la licuefacción de suelos. Para una cimentación en suelos distintos se deberá buscar la acción integral de la cimentación. Se deberá considerar la posibilidad de giro de la cimentación, ya que se acostumbra a idealizar un empotramiento en la base de las columnas y muros lo cual no es cierto en la mayoría de los casos. Mientras menos duro sea el terreno de la cimentación se deberá tener más cuidado con la posibilidad de giro el cual afecta desde la determinación del periodo de vibración, el coeficiente sísmico, la distribución de fuerzas entre placas y pórticos y la distribución de esfuerzos en altura hasta los diseños de los diferentes elementos estructurales. 3.3.     

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ESTRUCTURACIÓN DEL PROYECTO

Para la estructuración del proyecto del edificio se tomó en consideración la simetría en planta; y una elevación simétrica para los niveles típicos de 2.40m para un mejor control de los desplazamientos máximos del edificio. Se colocó muros de concreto a los costados de la escalera central para ayudar a la rigidez lateral en el mismo sentido a los muros. En este edificio por tener distancias entre ejes muy cortas se dispuso de muros de 0.15m los cuales reciben una losa aligerada de luz critica de 3.55m. Entre los ejes C y D se colocaron vigas peraltas apoyadas sobre vigas debido a la existencia de un tragaluz al centro del edificio el cual consta de 2 escaleras caracol y el patio de servicio. Entre los ejes 01-02 en A-B y E-F, se dispuso de 2 sentidos la losa aligerada y entre los 03-04 en A-B y E-F, se dispuso de 2 sentidos la losa aligerada mientras que para los demás ejes se dispuso de 1 sentido de losa aligerada en la dirección más corta de cada paño. Se procuró que la estructuración sea simple sin alterar la rigidez del edificio hasta donde lo permita la arquitectura.