28 Sep ¿Análisis o modelo para el diseño estructural?

Ing. Joaquín Bojórquez Acuña 28 de septiembre de 2020. Hermosillo, Sonora, México

La columna vertebral de todo proyecto arquitectónico es el proyecto estructural, dicho que tomo prestado de un colega del Colegio de Ingenieros Civiles de Sonora S.C “CICS” y que es apropiado para la presente publicación.

Cuando se pretende invertir en un desarrollo que requiere de la construcción de edificaciones, es importante considerar un análisis estructural adecuado que garantice la integridad de la estructura y sobre todo la de sus ocupantes.

Es común, que, muchos de los inversionistas requieran de los servicios de un especialista en estructuras que ayuden a concatenar el proyecto ejecutivo para la tramitología de licencias de construcción y posteriormente para su ejecución, sin embargo, se debe de tener cuidado y se tiene que saber en dónde buscar al profesional.

Hoy en día, existe una gran diversidad de cursos en internet que ayudan a cualquier persona y no necesariamente con inteligencia de arquitecto o ingeniero a realizar modelos muy espectaculares y coloridos de estructuras en 3D que le pueden ser atractivo a cualquiera.

Manifiesto, que eso no es lo importante, dado que esos modelos son meramente una interfaz gráfica de un análisis que se debe de realizar a profundidad y que por lo regular, el estructurista lo deja implícito en su memoria de cálculo y en ocasiones difícil de interpretar por personas que no tienen el conocimiento, pero fácil de detectar por profesionales especialistas y ratificar la falta de ética en muchos casos por no considerar la importancia del análisis y posteriormente el diseño estructural,  dado que se pone en riesgo la vida de las personas que ingresan a las edificaciones.

En el presente artículo, se ejemplifica un caso hipotético de un edificio de concreto f’c=250 kg/cm2 de 6 niveles. Del cual, se extrae un eje para realizar un análisis de marco plano considerando únicamente el peso propio de la estructura. Así mismo, se determina la pseudo-aceleración de los periodos estructurales para los primeros 6 modos de vibración en un espectro de diseño propuesto. Para el caso de modelo correcto (a) el módulo de elasticidad se calcula con la ecuación del ACI-318-2019 implícita en el artículo del 27/10/2020 dando como resultado E= 238,751.96 kg/cm2, en el caso (b) se utiliza el módulo de elasticidad E=238,751.96 kg/m2 con erudición del error.

Algunos pueden encontrar fácilmente la equivocación intencional y hasta el momento el inversionista basándose en la imagen anterior puede negociar el valor del diseño estructural y minimizar el costo de elaboración, ya que no requiere de mayor complejidad. Sin embargo, se aprecia que las dos estructuras son similares pero las frecuencias y periodos de vibración obtenidos mediante un análisis modal con ETABS-2018 difieren siendo los siguientes:

Una estructura tiene infinitos periodos naturales y Suárez (2014) expone que el más importante es el correspondiente a la frecuencia más baja o su inverso el periodo más alto denominado periodo fundamental de la estructura (Te). Bazán y Meli (2018) concluyen que el Te se relaciona con una mayor participación de masa.

Con la tabla anterior y el fundamento teórico antes citado, es cuando te encuentras en la frontera del sentido común y de la experiencia. Por lo que es necesario, elaborar algoritmos propios de análisis que sirven para auditar el modelado en softwares comerciales que en teoría debería de tener un análisis previo como el que a continuación se muestra mediante un análisis matricial de rigidez elaborado en MATLAB con programación propia y respaldado con un marco teórico.

Las frecuencias y periodos naturales obtenidos posteriormente al resolver la matriz de rigidez y valores propios de la estructura, son los siguientes:

Con los resultados obtenidos, es evidente que el caso “a” es el correcto, considerando las pequeñas diferencias obtenidas en el ejercicio hecho a mano y posteriormente programados ya que ETABS-2018 considera la contribución de cortante de columnas y en la matriz de rigidez calculada para efectos de la presente publicación no se consideró, adicionando el redondeo de la matriz de rigidez y la matriz de masa hechas en MATLAB. Sin embargo, se comprueba obteniendo la matriz identidad.

¿Y por qué son importante los cálculos anteriores?

La respuesta se justifica en la segunda ley de Newton, la cual menciona que “toda masa asociada a una aceleración constituye una fuerza de inercia la cual se opone al movimiento.” (Gómez, 2007, p.38)

De tal manera que, si el objetivo del análisis estructural es obtener la respuesta de la estructura mediante un análisis modal espectral sometida a un espectro de diseño para proponer las dimensiones, refuerzos, perfiles y calidades de materiales, es necesario obtener la pseudo-aceleraciones de los periodos calculados.

Revisando el primer modo de vibración de los dos casos de modelado en ETABS-2018 y el ejercicio a mano programado en MATLAB se obtiene lo siguiente:

La diferencia en pseudo-aceleración del caso “a” y el elaborado en MATLAB es de 0.02 m/s2 y para el caso “b” su tendencia es 0 m/s2.

Lo que significa la imagen anterior para el caso “b” es que la excitación de la estructura por solicitaciones sísmicas en ese modelo es nula, dado que el producto de la masa del edificio por la pseudo-aceleración del periodo estructural sería cero. De tal manera que el modelo no es representativo del comportamiento dinámico del proyecto por lo que la edificación está predispuesta a la falla estructural.

El artículo 2615 del código civil, establece que “El que preste servicios profesionales, sólo es responsable, hacia las personas a quienes sirve, por negligencia, impericia o dolo, sin perjuicio de las penas que merezca en caso de delito.”

Con lo anterior, la trasferencia de riesgo del Profesional- Inversionista de la edificación o también denominado arrendador – arrendatario es clara, por lo que es momento de actuar y ser resilientes respecto a la protección civil y evitar que siga ocurriendo lo que se expone en la siguiente imagen y que hace referencia a la publicación del 28 de mayo del presente año:

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 como delegación Noroeste y el equipo ACI capítulo Noroeste.

Se anexa, archivo del espectro de diseño modificado utilizado, código de análisis en MATLAB R2018b y modelos de análisis en ETABS-2018 elaborados para la presente publicación.

Archivos de soporte:

https://drive.google.com/file/d/1C3WSYKcldDho0-YlIQ1gKDscRH-PFznx/view?usp=sharing

Joaquín Bojórquez Acuña

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 con más de 10 años de experiencia.

Linkedin: https://www.linkedin.com/in/joaquin-bojorquez-a-04b2bb43/

• Se permite el uso, distribución y difusión del contenido publicado en  http://consejoincide.org/  toda vez que se cite la fuente, al autor, se vincule al artículo en nuestro sitio web y se mantenga la intención del contenido.