El ajuste de resultados es un requisito normativo que conduce a la definición del cortante basal mínimo para diseño. Con INESA TECH aprenderás los conceptos fundamentales para aplicar eficazmente las prescripciones de código relacionadas con el diseño sismorresistente de edificaciones. Si te motiva ir más allá y utilizar correctamente las herramientas computacionales, continúa leyendo la información que te presentamos en este artículo.
Marco normativo (NSR-10)
En su numeral A.5.4.5, el Reglamento Colombiano de Construcción Sismorresistente, NSR-10, prescribe el ajuste que debe hacerse en los resultados del análisis dinámico para efectos del diseño sísmico de las edificaciones. Los cortantes basales mínimos para estructuras regulares e irregulares se obtienen como 0,80Vs y 0,90Vs, respectivamente, siendo Vs el valor de cortante sísmico obtenido mediante la aplicación del método de la fuerza horizontal equivalente (FHE) que se detalla en el capítulo A.4 del mismo reglamento.
Es importante tener en cuenta que, para cumplir los requisitos normativos, el período de vibración con el que se calcula la cortante basal Vs no debe exceder el valor CuTa, que puede interpretarse como el período máximo aproximado. En los casos en los que se obtengan cortantes basales dinámicos, Vtj, inferiores a los mínimos, todos los parámetros de la respuesta dinámica (derivas, fuerzas en los pisos, entre otros) deberán modificarse por los siguientes factores:
Implementación computacional – modelo de análisis en ETABS
Con el objetivo de mostrar la aplicación de los requisitos normativos del NSR-10 para el ajuste de resultados del análisis dinámico, se formuló un modelo en ETABS de un edificio de concreto reforzado de cuatro niveles. La estructura, para uso de oficinas, cuenta con dimensiones máximas en planta de 28,0 m (dirección longitudinal) y de 15,0 m (dirección transversal). En su costado norte, la edificación tiene una longitud de 18,0 m; situación que configura una esquina reentrante que fue evaluada desde el punto de vista de las irregularidades en planta.
Las vigas y columnas que conforman el sistema de resistencia sísmica tienen dimensiones de sección transversal de 0,40 m x 0,60 m y de 0,60 m x 0,60 m, respectivamente. La losa maciza que conforma el diafragma tiene un espesor de 0,18 m. La estructura que se evaluó tiene una altura de entrepiso constante de 3,00 m y presenta un vacío de 6,00 m de largo y 2,40 m de ancho para alojar las escaleras, no consideradas en el modelo de análisis. La vista tridimensional general de la estructura modelada, así como sus configuraciones en planta y en elevación se muestran en la figura siguiente:
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Factores de modificación de rigidez
En el modelo de análisis, la rigidez efectiva de los elementos que conforman los pórticos resistentes a momento de concreto reforzado se implementó con los factores permitidos en el numeral C.10.10.4.1 del NSR-10. Para tener en cuenta la fisuración de los elementos en condición sísmica, se asignaron factores de modificación de la rigidez a flexión de vigas y columnas de 0,35Ig y 0,70Ig; respectivamente. No se tuvo en cuenta ningún modificador de rigidez para la losa de entrepiso.
Cargas actuantes
Sobre la estructura bajo estudio se aplicó una carga sobreimpuesta de 2,8 kN/m² para tener en cuenta el peso de los acabados de piso, de las instalaciones y de las particiones (livianas). El valor anterior se tuvo en cuenta en los tres primeros niveles, mientras que en la cubierta se utilizó una carga uniforme de 0,75 kN/m². En cuanto a la carga viva, se asignó un valor de 2,00 kN/m² en los tres primeros niveles y de 1,80 kN/m² en la cubierta.
Para la estimación de las cargas laterales actuantes sobre la estructura se seleccionó una zona de amenaza sísmica alta y un perfil de suelo tipo D, de manera que se obtuvieran demandas significativas en los elementos que componen su sistema de resistencia sísmica. El espectro elástico de aceleración de diseño implementado en el modelo de análisis se indica en la siguiente figura:
Evaluación de irregularidades
Con base en lo establecido en los numerales A.3.3.4 y A.3.3.5 del NSR-10, se concluyó que la edificación analizada presenta irregularidades en planta del tipo 1bP (torsional extrema) y 2P (retrocesos excesivos en las esquinas). En elevación, la estructura no presenta irregularidades.
La condición de irregularidad tendrá como consecuencia un incremento en el porcentaje de fuerza cortante basal (calculada con el método FHE) con el que deberá realizarse el diseño estructural. En la figura que se presenta a continuación se muestran las irregularidades presentes en la edificación:
Ajuste de resultados del análisis dinámico
Teniendo en cuenta que la estructura presenta irregularidades en planta, el ajuste de cortante basal se realizó tomando como valor mínimo el 90 por ciento de la cortante que se obtiene de la aplicación del método de la fuerza horizontal equivalente. Los valores calculados se muestran en la siguiente tabla para cada una de las direcciones de análisis:
Los factores de ajuste anteriores se incorporaron en cada uno de los casos de carga sísmica que se incluyeron en el modelo de ETABS. Estos modifican el factor de escala utilizado en el análisis inicial (aceleración de la gravedad).
La distribución de las fuerzas cortantes de piso que se obtiene mediante la aplicación del método de la fuerza horizontal equivalente (FHE) y del análisis dinámico (escalado), se muestra en la figura siguiente para la dirección Y, siendo esta la que cuenta con un mayor factor de modificación:
Comentarios finales
El procedimiento de ajuste o corrección del cortante basal dinámico con base en los valores mínimos del método de la fuerza horizontal equivalente es crucial a la hora de realizar el diseño sísmico de una edificación. Su implementación sirve también a los efectos de evaluación de la estructuración considerada, puesto que valores de ajuste exageradamente altos indican que el modelo de análisis puede tener algún inconveniente numérico o que la estructura es demasiado flexible.
Del ajuste de resultados se derivan todas las demandas de fuerza y deformación con las que se revisará el edificio. En ese sentido, es importante que las labores de diseño estén enfocadas a realizar una valoración juiciosa del factor de ajuste obtenido, de manera que se puedan tomar acciones correctivas en cuanto a configuración estructural y modelación se refiere.
Referencias
[1] Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10, Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2012.
[2] Seismic Loads: Guide to the Seismic Provisions of ASCE 7-16 / Finley A. Charney, Thomas F. Heausler, Justin D. Marshall, 2020. https://doi.org/10.1061/9780784415504
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