edificios de concreto preesforzado en la ciudad de méxico. comportamiento sísmico y perspectivas
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TRABAJO DE INGRESO A LA ACADEMIA MEXICA DE INGENIERIA
"EDIFICIOS DE CONCRETO PRESFORZADO EN LA CIUDAD DE MEXICO. COMPORTAMIENTO SISMICO Y PERSPECTIVAS"
Presentado por: José Luis Cainba Castañeda
México, D.F. 10 de Septiembre de 1998
EDIFICIOS DE CONCRETO PRESFORZADO EN LA CIUDAD DE MEXICO. COMPORTAMIENTO SISMICO Y PERSPECTIVAS
1.- INTRODUCCIÓN
1.1.- ANTECEDENTES HTSTORICOS
1.2.- VENTAJAS Y LIMiTACIONES DEL PRESFUERZO EN ZONAS SÍSMiCAS
1.3.- DUCTILIDAD Y AMORTIGUAMIENTO, PRESFUERZO PARCIAL.
ESTRUCTURACIONES A BASE DE MARCOS RÍGIDOS Y/O MUROS DE RIGIDEZ
PRESFIJERZO ADHERIDO Y NO ADHERIDO
2.-EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE CINCO EDIFICIOS DE
CONCRETO PRESFORZADO
2.1.-LOS SISMOS DE SEPTWMBRE DE 1985 EN LACD DE MÉXICO
2.2.- ANALIS1S LiNEALES TRiDIMENSIONALES DE LOS MODELOS ESTRUCTURALES
CON [NTERACCION SUELO ESTRUCTURA.
2.3.- MEDIDAS DE ViBRACIÓN AMBIENTAL Y COMPARACION CON LOS RESULTADOS
DEL ANALISIS LNEAL
24.- ANALISIS NO-LINEAL UTILiZANDO EL METODO PASO A PASO
2.5.- DESCRIPCION DE LAS Cfl'1C0 ESTRUCTURAS ANALIZADAS
16.- 1'NTE1PRETAClON DE RESULTADOS
2.7.- RECOMENDACIONES DE D1SE1O
3.- PERSPECTIVAS
3.1.- CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA
3.2.- PRESFIJERZO EXTERNO
3.3.- CONCRETO PARCIALMENTE PRESFORZADO
1.- INTRODUCCION
1.1.- ANTECEDENTES HISTORICOS
En el año de 1933 fue por vez primera que apareció escrito el término presforzado
(précontralnt) por el ingeniero frances Eugene Freyssinet, en un artículo publicado por él. Este vocablo
ha adquirido desde entonces a la actualidad una celebridad muy grande.
El concreto presforzado, de acuerdo con su concepción original puede definirse como la
aplicación de fuerzas artificiales de compresión con objeto de eliminar o disminuir las tensiones
debidas a efectos gravitacionales. Esto hace del concreto presforzado el único material de construccion
activo" ya que induce efectos contrarios en forma permanente a los que producen los sistemas de
cargas verticales.
Los materiales utilizados son los concretos y aceros de presfuerzo de altas resistencias, estos
últimos con valores del orden de cuatro veces los esfuerzos de fluencia utilizados en el concreto
reforzado.
A continuación se describen las principales aplicaciones en diversos tipos de estructuras, que lograron
un desarrollo tecnológico muy importante gracias a la aplicación del principio del presfuerzo y mas
adelante. una comparacion de las ventajas y desventajas de éste, con relación al concreto reforzado
convencional.
En puentes es seguramente donde el concreto presforzado ha permitido las realizaciones mas
espectaculares, principalmente debido a la disminucion en peso que incide en la prefabricación y la
supresión de cimbras.
Una aplicación muy importante fue en los puentes en doble voladizo en las décadas de los 50's
y 60's y principios de los 70's, hasta la aplicación actual de los puentes atirantados que compiten en
claros con los puentes suspendidos.
Los tanques de almacenamiento así como los tanques para reactores nucleares, en los cuales
el agrietamiento del concreto es muy perjudicial, el presfuerzo proporciona un sistema ideal por su haa
probabilidad de agrietarse.
2
En el caso de las plataformas marítimas los cajones de concreto presforzado han permitido
que a base de cimbras deslizantes, disminuyen sensiblemente su peso y mejorando las condiciones de
impermeabilización y su traslado por flotación, la técnica del presfuerzo ha logrado una aplicación muy
amplia.
En el caso de las presas, el presfuerzo ha contribuido de manera importante ya que se puede
aplicar por un lado en el sentido clásico de oponerse a las acciones generadas por el empuje del agua y
por el otro a la estabilización mediante una fuerza exterior artificial, a base de cables tensados que se
anclan en mantos rocosos, mas profundos que la base misma de la presa.
En el caso de las edificaciones que es el tema que interesa principalmente en este trabajo el
concreto presforzado tiene ventajas considerables sobre el concreto reforzado como son:
• Si se trata de claros grandes por salvar, debido a que su mayor ligereza en esos rangos (digamos
20,30 o más metros) ya que compite con la estructura metálica.
• El auge notable en el desarrollo de la industria de la prefabricación, al obtener elementos del orden
del 50 al 60% menor en peso que sus equivalentes cii concreto reforzado, agregando las ventajas
consecuentes a su transporte y montaje.
• Mayor seguridad contra agrietamiento.
• Cuando se trata de claros menores a los señalados, pero existeii limitaciones de peralte.
• Sistemas de piso con valores importantes de sobrecargas o cargas vivas.
1.2.- VENTAJAS Y L1I\/IITACIONES DEL PRESFUERZO EN ZONAS S1SMICAS
1.21.- Las principales ventajas en general del concreto presforzado, algunas de ellas va
mencionadas en el inciso anterior comparadas con el concreto reforzado.
Secciones menores que las de las de concreto reforzado, para condiciones similares de
claros y sistemas de cargas, logrando estructuras mas ligeras y esbeltas.
Evitar el agrietamiento en condiciones de servicio.
Disminución de deflexiones, debido al efecto de contraflechas provocado por el presfuerzo.
Su capacidad para resistir sobrecargas no previstas es similar a la del concreto reforzado, ya
que se flexionan sensiblemente antes de la ruptura y en el estado último de falla, se
comporta como este último.
Su resistencia a la corrosión es mayor, sobre todo con presfuerzo adherido, debido a la
disminución o eliminación de grietas y al uso de concretos con resistencias mayores.
A pesar de requerir materiales de alta resistencia con costos unitarios mayores que los del
concreto reforzado, debido a las reducciones en cantidades de estos mismos, el costo es
comparable y en algunos casos menor que su homólogo reforzado.
1.22.- Limitaciones del concreto presforzado.
Su costo unitario, al utilizar materiales mas resistentes es mayor que el de concreto
reforzado
Requiere mano de obra mas especializada.
Su diseño y supervision necesitan mas atención.
Es mas frágil que el concreto reforzado.
De acuerdo con las ventajas y limitaciones mencionadas, se puede concluir que para estructuras
que requieren grandes claros, limitaciones impuestas de peraltes así como los casos de
elementos prefabricados, seguramente el concreto presforzado tendrá mejores oportunidades de
aplicación que el concreto no presforzado. En los demás casos, será necesaria una comparación
detallada que justifique el uso de cualquiera de los dos.
4
1.23.- El concreto presforzado sujeto a acciones sísmicas.
Las ventajas y limitaciones mencionadas en los parrafos anteriores se refieren básicamente a su
comportamiento bajo acciones gravitacionales, relacionadas con las condiciones de servicio.
Cuando los elementos de concreto presforzado forman parte de la resistencia para soportar los
efectos sísmicos, la aceptación de este material es menos aceptada por las razones siguientes:
Si bien han demostrado un comportamiento adecuado, se tiene menos información que los
elementos de concreto reforzado.
El concreto presforzado es un material que no tiene la ductilidad suficiente para desarrollar
grandes deformaciones inel ásticas.
Las investigaciones realizadas hasta el presente, muestran que las estructuras presforzadas
sometidas a efectos sísmicos, sus respuestas son mayores que las de una estructuración similar
en concreto reforzado.
Mas adelante se comenta con mas detalle estos aspectos, que estan relacionados con la
ductilidad y el amortiguamiento.
Conviene señalar que la inversión de esfuerzos que puede presentarse durante un sismo, es
diferente al fenómeno de la fatiga, debido a que el sismo es un evento relativamente de corta duración y
por lo tanto, el número de ciclos es muy pequeño en comparación con los ciclos necesarios para
provocar la ruptura por fatiga.
1.3.- DUCTILIDAD Y AMORTIGUAMIENTO.
1.31.- Ductilidad y disipación de energía
El uso de estructuras presforzadas cuando forman parte de los elementos que resistirán los
efectos de un sismo, es con frecuencia cuestionado debido a que tienen una menor ductilidad y
capacidad para disipar energía, si se comparan con estructuras de concreto reforzado.
A mediados de la década de los años 60's, T.Y. Lin, presentaba resultados sobre la capacidad de
absorber energía, concluyendo que las áreas bajo los diagramas momento-curvatura de trabes
preforzadas en flexión, mostraban una capacidad adecuada.
4M
(
901
A) CONCRETO PRESFORZADO
B) CONCRETO REFORZADO
Mas adelante, E. Rosenblueth aportaba sus comentarios al artículo de Lín, indicando la
importancia de considerar las curvas idealizadas en la rama descendente. En la década de los
70s. R. Park R. Blakeley y R. Englekirk entre otros, presentaron sus resultados de trabajos
analíticos y experimentables con modelos de estructuras con presfuerzo total de un grado de
libertad, con la misma resistencia y rigidez inicial y el mismo amorti(yuamiento viscoso, y de los
resultados mas significativos, esta el de obtener respuestas del orden de 30% mayores.
comparados con sistemas similares de concreto reforzado.
En los años ochentas Okada Kobayashi e [nowe. presentaron resultados sobre del
comportamiento no lineal de trabes presforzadas en flexión, encontrando frecuencias naturales
mas grandes y amortiguamientos mas pequeños que sus equivalentes reforzadas.
Una simplificación de las investigaciones mencionadas de estudios comparativos de marcos
rigidos con un grado de libertad, de concreto presforzado y reforzado respectivamente,
sometidos a cargas dinamicas, se muestra en las curvas idealizadas de las fig. 1 y 2, de cuya
interpretación se obtiene:
MOMENTO B ¡ /1 ENERGIA DISIPADA C,P
ENERGIA ABSORBIDA C.P
A,¿
Ø / ENERGIA DISI PADA C.R.
--
ENERGIA ABSORBIDA C.R
0 0 G C F CURVATORO
Fig 1. Idealizacion Momento - Curvaiura. Fig. 2. Disipación de la energía dci concrelo prcsforzado y del concreto reforzado.
El área bajo la curva OABC del concreto preforzado es semejante al área OAEF del concreto
reforzado, concluyendo que la capacidad para absorber energía en ambos materiales es del
mismo orden.
Sin embargo, cuando la masa desplazada vuelve a la posición inicial, la capacidad para
disipar energía en el concreto presforzado, representada por el área OABD es menor que el
área OAEG del concreto reforzado, indicando que el primero tiene una respuesta mayor,
como lo indican los anchos de los ciclos histeréticos.
Esto último se debe, entre otros factores, a que la presencia del presfuerzo retarda el
agrietamiento y por lo tanto al ser menor el deterioro del elemento presforzado limita su capacidad para
disipar energia.
Para estructuras de varios niveles, es mas dificil determinar la ductilidad de las mismas, pero si
se logra garantizar la formación de articulaciones plásticas en las trabes, se obtendrán mecanismos de
falla que desarrollen una ductilidad suficiente.
Las investigaciones mencionadas han mostrado que si el porcentaje del acero de presfuerzo en
una sección permanece bajo, se puede lograr una ductilidad adecuada, como sucede en el concreto no
presforzado
1.32.- AMORTIGUAMIENTO
El amortiguamiento elástico de las estructuras presforzadas es menor que el de las reforzadas,
del orden 2/3 de éstas últimas, pero superiores al amortiguamiento de las estructuras metálicas.
Nakano 1975, a través de una serie de modelos de marcos rígidos postensados sujetos a cargas
dinámicas, obtuvo amortiguamientos del 1.5% del crítico, antes de agrietarse, del orden del 4%
al agrietarse y cerca del 7% en el rango inelástico.
Es importante señalar como el agrietamiento en las estructuras de concreto reforzado, se
convierte en una ventaja sobre el presforzado, cuando se trata de efectos dinámicos, como son
las fuerzas inducidas por sismo, ya que la disipación de energía y el amortiguamiento son
mayores en el primero
1.33.- PRESFUERZO PARCIAL.
Los resultados obtenidos referentes a la menor ductilidad y capacidad de amortiguamiento de
las estructuras presforzadas, condujeron al concepto de presfuerzo parcial, que ha sido de gran
aplicación, ya que es un estado intermedio entre el concreto presforzado y el reforzado.
De acuerdo con estudios analíticos y experimentales sobre elementos parcialmente
presforzados, se concluyó que la disminución del acero de presfuerzo y la presencia de acero no
presforzado, el ancho de los ciclos histeréticos del concreto presforzado aumentan, (fig. 3) y que
la respuesta disminuye por consiguiente, al aumentar sensiblemente la disipación de energía.
7
M M M
A) CONCRETO B) CONCRETO C) CONCRETO REFORZADO PRESFORZADO PARCIALMENTE
PRESFORZADO
Fig 3 Diagraiiias Monicnlo - Curvatura idealiiados.
Las principales conclusiones que se obtuvieron de dichos estudios son:
Si disminuye el acero de presfuerzo, la curvatura aumenta.
La presencia de acero de refuerzo en la parte superior e inferior de la sección, incrementan
sensiblemente la ductilidad.
Existe una co-relación lineal entre la profundidad del eje neutro y el peralte efectivo de la
sección con el índice de refuerzo, en forma semejante a lo que sucede con una sección de
concreto no presforzado.
1.4.- ESTRUCTURACIONES A BASE DE MARCOS RIGIDOS CON TRABES
PRESFORZADAS Y MUROS DE RIGIDEZ
En el inciso anterior se comentó el caso de marcos rígidos con elementos preforzados(trahes)
que resisten los efectos sismicos.
Sin embargo, cuando se trata de un número importante de niveles (10, 20 o más), la presencia
combinada de marcos con muros de rigidez, es una solución mas recomendable, ya que por un lado
estos últimos tomarán una parte importante de los efectos sísmicos permitiendo disminuir
considerablemente los efectos en los marcos, y por el otro, el limitar los desplazamientos laterales.
Si además de lo anterior se utiliza el criterio del concreto parcialmente presforzado. las
condiciones de resistencia, ductilidad y amortiguamiento se verán incrementadas.
8
1.5.- PRESFUERZO ADHERIDO Y NO ADHERIDO
1.51.- Presfuerzo Adherido
En el caso de elementos con presfuerzo adherido, como es el caso del pretensado cuando se
trata de elementos prefabricados o de elementos postensados con cables adheridos a base de
inyecciones con lechada de cemento, cuando se presenta el momento flexionante último. el
comportamiento es semejante al de los elementos de concreto reforzado.
En general, en la sección donde ocurre el alargamiento plastico del acero de presfuerzo, se
forman agrietamientos pequeños en las zonas adyacentes a la sección mencionada.
La expresión empirica que propone el ACI 31 8 y las Normas Neo Zelandesas (NZRS) para el
esfuerzo en el acero cuando se presenta el momento ultimo de elementos con presfuerzo
adherido, es:
fsu'fs (1-0.5 pfs ) (1) f 'c
en la cual:
fsu = esfuerzo en el acero debido solamente al presfuerzo (# /in 2 )
f s = esfuerzo ultimo de tension en el acero
f c = resistencia en comprensión del concreto
p = As/bd
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1.52.- Presfuerzo no Adherido
Dada la importancia en la práctica del postensado no adherido, las Normas Técnicas
Complementarias del Reglamento de Construcción del Distrito Federal (1993), incorporaron
una serie de lineamientos para este tipo de presfuerzo por lo cual, considero importante se torne
en consideración los aspectos que a continuación se describen
El cálculo de la resistencia última para miembros no adheridos, debido a la falta de
adherencia del presfuerzo, significa que éste tiende a deslizarse dentro del ducto, y por lo
tanto, que la deformación en el cable sea aproximadamente igual en toda su longitud
ocurriendo algo semejante en el nivel de esfuerzos, incrementándose muy poco estos últimos
y presentándose el caso cuando el concreto llega a su deformación unitaria máxima. el
esfuerzo en el acero de presfuerzo esta por debajo de su resistencia última.
Experimentalmente se ha demostrado que los niveles de esfuerzos del acero de presflierzo
para elementos no adheridos, el valor en este acero cuando se presenta el momento último, es
del orden del 10 al 30% menor que la capacidad a flexión con relación a los elementos con
presfuerzo adherido. (Zhu y Su 1988)
Otra razón por la cual el esfuerzo ultimo en el acero de presfuerzo en elementos no adheridos se
mantiene en niveles relativamente más bajos que los adheridos, se debe a la aparición de varios
agrietamientos importantes en el concreto en lugar de otros mas pequeños pero mejor distribuidos. Esos
agrietamientos importantes tienden a concentrar las deformaciones unitarias en el concreto en estas
secciones, provocándose una ruptura prematura.
La expresión empírica del ACI ' ) 18-95 para el esfuerzo último en el acero de presfuerzo (#/in)
para elementos no adheridos es:
fsu = fse + 10,000 + (2) 100 p
El valor propuesto por las normas Neo Zelandezas NZRS es:
fsufse+ 15,000#/in 2 (3)
que resulta más conservadora que la del AC1.
Los inconvenientes mencionados del presfuerzo adherido, permiten concluir que este sistema
sea utilizado para sistemas de piso de elementos secundarios, tipo losas nervadas o macizas ya que
permiten economías en tiempo y costo, pero que no se aplique al de elementos sismo-resistentes, Gofio
es el caso de marcos rigidos.
2.- EVALUACION DEL COMPORTAMIENTO SISMICO DE CINCO
EDIFICIOS DE CONCRETO PRESFORZADO
2.1.- LOS SISMOS DE SEPTIEMBRE DE 1985 EN LA CD. DE MÉXICO.
En la ciudad de México los sismos del 19 y 20 de septiembre de 1985 constituyeron una prueba
rigurosa de la capacidad de las estructuras de edificios para soportar fuerzas sísmicas. Por tanto ofreció
una oportunidad unica para evaluar la práctica del diseño y los métodos de construcción. En
Rosenblueth y Meli (1986) se puede encontrar una descripción de los rubros estructurales principales
de este sismo
Aunque en esta ciudad no existían numerosas estructuras de concreto presforzado de muchos
pisos, unas pocas docenas de edificios en el rango de 4 a 12 pisos tenían estructuras de marcos
presforzados. Algunos de estos edificios ubicados en la parte más gravemente afectada de la ciudad
estuvieron sujetos a sacudimiento intenso. Pocos meses despues del sismo, Fintel (1986) y Camba
(1986) publicaron evaluaciones detalladas del desempeño de ediflcios de concreto presforzado.
Segun una evaluación, cinco de estos edificios sufrieron daños graves o colapso. De solo uno de
ellos se pudo obtener alguna información acerca del diseño estructural. Se ha concluido que, corno en
la gran mayoria de las estructuras de concreto reforzado dañadas, en este edificio el colapso no se debió
al comportamiento de miembros prefabricados o presforzados, ni a sus conexiones con las columnas,
sino a debilidad de éstas últimas. No obstante, se puede argumentar que la carencia de rigidez del
sistema de piso construido con miembros prefabricados podría haber causado concentración de fueizas
de cortante en algunas de las líneas de columnas, y así de alguna manera contribuyó a la falla.
Dentro de la gran variedad de sistemas constructivos con elementos preforzados utilizados en la
Cd. de México, se distinguen dos tipos:
Estructuras de marcos rígidos colados en el lugar con trabes postensadas, con acero de
refuerzo convencional en apoyos (fig. 4). Una variante de este sistema es a base de losas planas
po st ens ad as
Estructuras con columnas coladas en el lugar y con trabes prefabricadas pretensadas, con
acero de refuerzo de continuidad (fig. 5)
[ CABLES DE P ESFUERZO
\ ACERO DE
'EFU ERZO
TGENPREFAERICADAIJ> V RRETENNADa.
COLUMNA COLADA EN EL LUGAR
Fig. 4. Marcos con trabes postcnsadas. Fig. 5. Acero de continuidad en marcos 0011 trabes prefabricadas pretensadas.
El resto de los edificios de concreto presforzado, incluso los ubicados en el área más
gravemente afectada, no sufrieron daños estructurales significativos. Empero, en varios eran evidentes
signos de desplazamientos laterales excesivos, cuyas consecuencias fueron daños no estructurales como
agrietamiento de muros divisorios, y distorsión y caída de plafones. En algunos edificios muy esbeltos.
hincados en pilotes de fricción sobre terreno de arcilla muy blando, ocurrieron desplazamientos de la
base y rotaciones, inclusive alguna inclinación residual. En Camba ( 199 1 ) se presentan mas detalles del
comportamiento estructural
Como comentario aparte, el sismo del 17 de enero de 1994 en Northridge, Cal. provocó algunos
colapsos de edificios destinados a estacionamientos, a base de elementos prefabricados pretensados.
siendo una conexión deficiente, la principal causa de la falla.
2.2.- ANALISIS LINEALES TRIDIMENSIONALES CON INTERACCION SUELO-
ESTRUCTURA.
Se seleccionaron cinco edificios presforzados en la Cd. de México, de los cuales se pudieron
obtener planos estructurales completos. Estas cinco estructuras se analizaron en detalle, aquí se
presentan los resultados. En Camba y Mcli 1993, se presenta una versión mas detallada. Cada edificio
se inspeccionó para detectar daños causados por el sismo, posibles defectos de construcción y pata
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cotejar sus propiedades con respecto a lo consignado en los planos.
Para estudiar la respuesta sísmica de los cinco edificios se usaron modelos analíticos con
diversos niveles de sofisticación. Se investigó la respuesta lineal mediante un modelo tridimensional, a
base de marcos rigidos unidos a traves de un díafragma incluyendo la contribucion de la losa para las
trabes.
Los nudos se consideraron con inercias mas rígidas para tomar en cuenta la unión viga-
columna. Los muros de tabique se configuraron como columnas anchas.
El programa de computación SUPER ETABS fue utilizado para estos propósítos. Para tornar en
cuenta las deformaciones y rotaciones entre la estructura y el suelo blando, se agregó un nivel adicional
en la base » de tal forma que la rigidez lateral y axial de las columnas fuesen reproducidas por resortes
equivalentes simulando la rigidez rotacional y de translación del suelo circundante.
Del análisis lineal » las propiedades dinámicas de los edificios: períodos de vibración y formas
modales, primero se determinaron y compararon con las medidas de las pruebas de vibración
ambiental. La respuesta dinamica de cada edificio a movimientos del terreno ocurridos durante el sismo
de 1985 para condiciones del suelo similares a las de los sitios se computó mediante & análisis
dinámico paso a paso.
De los registros disponibles del sismo de 1985. el SCT-EW se seleccionó como el más
representativo del área antaño lacustre » y el VIV-EW para las zonas de terreno más firme. Sin embargo.
se debe tomar en cuenta que en cada zona las características del movimiento del terreno variaron
considerablemente Por tanto, para encontrar límites a la respuesta, la mayoría de los edificios se
analizaron para más de un movimiento del terreno. En la Fig. 6 se muestran los acelerogramas de los
dos registros aludidos. En ellos destacan grandes diferencias en amplitud máxima, duración y
frecuencia.
A pesar de alguna evidencia indicando de que los cocientes de amortiguamiento de las
estructuras de concreto presforzado son menores que los de estructuras de concreto reforzadas. en
ambos casos se supuso el valor de: 5%. Se asumió que la fuente principal de amortiguaniiento en
edificios es la fricción entre miembros estructurales y no estructurales; por tanto la diferencia entre
concreto presforzado y no presforzado no sería significativa.
La interacción suelo estructura se hizo de acuerdo con el Reglamento de Construcción del
Departamento del Distrito Federal 1987 » utilizando el método de los resortes equivalentes.
13
Acelerac
200
120
40 o
-40
- 120
¡ón, gais
:
Aceleración, gals
200
120
40 f 0
-40 '
-120
RWOR
-200
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 20 40 60 80
Tiempo, seg. Tiempo, seg.
SCT - EW (suelo blando del área más afectada) VIV- EW (zona de transición)
Fig. 6. Registros de movuniento del terreno en dos sitios afectados por ci terremoto dci 19 de septiembre
2.3.- MEDIDAS DE VIBRACION AMBIENTAL Y COMPARACION CON LOS
RESULTADOS DEL ANALISIS LINEAL
En los cinco edificios de concreto presforzado estudiados se hicieron mediciones de vibracion
ambiental. El tráfico de automóviles, el viento y eventos microsísmicos producen pequeñas vibraciones
que pueden ser registradas, mediante una distribución adecuada de acelerómetros. En Muriá (1989) se
encuentra una descripción detallada de tecnicas y resultados. El objetivo principal de tales mediciones
fue validar los modelos analíticos usados en este estudio. En la Tabla 1 se resumen los resultados
Como ejemplo, en la Fig 7 se muestra el espectro de aceleración para la vibración en la dirección
transversal del edificio QRO. Se pueden identificar al menos tres frecuencias modales. En la Fig. 8 se
muestran las formas de los tres primeros modos en la dirección transversal. Claramente se ilustran la
translación y el balanceo del edificio en la base.
01
14
N -10
N - 9
N-8
N-7 +
N -6
N -5
N-4
N-3
N-2
N-1
P. B.
s. -1 0
-e-- f=0.72Hz ler. Modo
N -10
N - 9
N - 8
N - 7
N - 6 1±
N - 2 +
-e- f=2.64 Hz 2o. Modo
N -10 i
N - 9
S.
-e- f5.04Hz 3er. Modo
Fig. S. Fonnas modales del edificio QRO en la dirección transversal.
Amplitud, cmlsec 2
0.0160
0.0120
0.0080
0,0040
0.0000 0 2 4 6 8 10
Frecuencia (Hz)
Fig. 7. Espectro de la aceleración en la dirección iransversal, Ediiicio QRO.
En un estudio de los resultados mostrados en la Tabla 1 se describe que, al menos para la
dirección sin relleno de muros (transversal), en general los periodos fundamentales de los edificios son
superiores a los deseables. Esto implica que los sistemas estructurales adoptados son muy flexibles y
que bajo efectos sísmicos son esperables grandes desplazamientos laterales.
Tabla 1. Comparacion de periodos computados y determinados para edificios de concreto presforzado
Íileriliticiicion Tipt ile
de pie".
1 Ipo de estnic0u Direecin ile
1; iiiedieicii
Pencicni1nii,id.
lseguiuls
Poncil. 1 etleieiiio le .111
iliciclil leIcenl , Iie le) rl
Filo Desplciicuiuoiil
QI11I III i lee II lcl,idcieUi CCII.. cii lii. 1 li 131 1.3
1 S u 0.113
3cOM 1 lrunsiei,i 1 lO 1 iiilieeliSieILscduis colide. cii ectu cii lic U -: ii U.3
031 1) l 1111
u - d 24 II 2ii 0.30
Y_A ir,rceiei,n 5 InI,> siCiie,ilue 1 eludute iii W11 cii bici) 1 0 1 III) 1 1111
1. 02) ) 121
II Oc 1.11 0.1.1
IMP l recciecci 1 jibe. mi1". iicl2liueiU,ce ((cree idee. 1 UO 1113 '.11
0.77 070
11.52 1132
SitiO Fitirie - luiinieç e realice prelihneadas ipreuladiel 1 111-1
Cuando se tornan en cuenta las deformaciones de la base del edificio hay buena correlación
entre los períodos medido y computado. Sólo en los edificios ubicados en terreno blando los peiíodos
de vibración y los desplazamientos laterales se incrementaron significativamente a causa de las
deformaciones (translación y rotación).
Se puede concluir que el modelo y las propiedades dinámicas supuestas para el análisis a fin de
representar la respuesta dinámica de los edificios fueron adecuados. No obstante, se debe apreciar que
15
para mayores amplitudes de vibración, como las inducidas por sismos fuertes, el nivel de esfuerzos es
superior, la rigidez estructural inferior y. por tanto, mayores los períodos de vibración. Esta
consideración tiende a insinuar que bajo movimientos fuertes del terreno en el modelo adoptado se
sobreestirna la rigidez real de la estructura.
El rango de los coeficientes de amortiguamiento computados de los registros de vibración fue 2
a 5%, muy similar al obtenido de las mediciones en edificios de concreto reforzado. Puesto que el
amortiguamiento se incrementa con la amplitud de la vibración, se puede concluir que el cociente de
S °/o de amortiguamiento supuesto en el analisis es una estimación razonable de lo esperable de sismos
moderados. Probablemente es conservador para movimientos del terreno muy fuertes.
El hecho de que tanto para edificios de concreto reforzado como presforzado se obtengan
coeficientes de amortiguamiento similares no significa que para amplitudes de vibración grandes se
obtenga el mismo resultado. Se espera que estructuras de concreto reforzado muestren mayor
amortiguamiento cuando estén sujetas a niveles altos de esfuerzos, debido a disipación de la energía
aportada por apertura y cierre de fisuras de flexión, y a ciclos de histéresis más anchos y estables para
miembros bien detallados.
2.4.- ANALISIS NO LINEALES tJTILIZANDO EL MET000 PASO A PASO
Los edificios en los que según los análisis lineales, la capacidad teórica de algunos miembros
estructurales se habría excedido respecto de la considerada para el movimiento del suelo, para
cuantificar el posible comportamiento inelástico se desarrollaron análisis no lineales de modelos
planos.
Para conservar lo mas posible las condiciones tridimensionales, se seleccionó un marco
representativo en cada dirección, aplicándole las masas de tal forma que en dicho marco provocaran
los mismos periodos y los mismos desplazamientos de la estructura tridimensional. El método paso a
paso se aplicó mediante el programa de computadora DRAfN-213. El paso seleccionado fue de 0.02
seg. y se hizo intervenir el efecto P-A.
A fin de representar este comportamiento no lineal de un miembro de concreto presforzado se
consideraron y compararon tres modelos:
Elasto-plástico clásico
De rigidez decreciente
Sigmoide (en S), que se ha propuesto para miembros de concreto presforzado (fig. 0)
16
MOMENTO MOMENTO
MOMENTO
VATU RA VATURA WATURA
a) BILINEAL
b) PERDIDA DE RIGIDEZ
c) CONCRETO PRESFORZADO
Fig. 9. Diagramas Momento - Curvatura idealizados.
Por otro lado, las curvas de respuesta de modelos con perdida de rigidez y de resistencias, seun
el modelo de Takeda, comparadas con las del modelo elesto plastico presentan una buena coherencia
Fig. No. 10
SA (cmlseg 2 .)
300
250
200
150
100
50
00
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 T (seg.)
PERDIDA DE RIGIDEZ
ELASTO - PLASTICO
Fíg. lO. Espéctros de respuesta S.C.T. 85 (Este - Oeste). ( 5%. Q = 4)
De los análisis realizados para el tipo de movimiento del terreno ocurrido en terreno blando de
la ciudad de México se infirió que, para períodos superiores a un segundo, la diferencia entre los
resultados de los tres modelos era pequeña. Puesto que en ninguno de los edificios estudiados se había
notado evidencia significativa de comportamiento inelástico, para aportar sólo una aproximación a la
deformación inelástica teórica se intentaron análisis no lineales. Por tanto se decidió usar el modelo
elasto-plástico, pues requería menor tiempo computacional, en dos etapas:
17
LAJA
)N DE N TAC ION
DE FR CION
DIMENSIONES EN METROS
PLANTA ELEVACION
Resistencias nominales de miembros estructurales normalmente usadas en diseño.
Para estimar la respuesta mas probable de los edificios se usaron datos de resistencias
esperadas promedio de miembros estructurales. Por tanto, en vez de valores especificos se
usaron los de resistencias promedio de material y capacidades últimas de miembros. Así mismo,
de éstos se consideró la contribución del refuerzo de losas a la resistencia flexional.
No se consideró el desplazamiento vertical, aún tratándose de estructuras presforzadas, porque
las aceleraciones verticales son pequeñas en comparación con las horizontales.
2.5.- DESCRJPCION DE LAS CINCO ESTRUCTURAS ANALIZADAS
EL EDIFICIO QUERETARO (QRO)
Consta de 10 pisos está ubicado en el área más gravemente dañada de la ciudad. En un radio de
200 m de esta estructura se colapsaron varios edificios. En planta es relativamente pequeño y elongado,
con claros uno en la dirección corta (transversal) y cinco en la longitudinal (Fig. 11).
Fig. 11, Planta Y elevacion del edificio QRO
La estructura es colada ui si/u: (en obra), con columnas de concreto reforzado y vigas con
cables presforzados. Refuerzos de acero grado duro aportan continuidad adicional a juntas vigas-
columnas. Todos los i'narcos en la dirección longitudinal están confinados con muros de tabique, que
contribuyen significativamente a la rigidez lateral. El edificio está hincado en pilotes de fricción bajo
un sótano y una caja de cimentación. En la Fig. 12 se muestran detalles típicos del presfuerzo y
refuerzo de miembros estructurales.
18
Una inspección del edificio después del sismo reveló fracturamiento intenso en los muros de
mamposteria en torno al cubo del elevador, y distorsión y falla de algunos paneles de plafones. En los
miembros estructurales principales no se encontraron fisuras. El edificio se inclinó (aproximadamente
2% de su altura) en su dirección corta, presumiblemente debido a efectos axiales a columnas causados
por fuerzas laterales.
Para computar la respuesta lineal -del edificio- al sismo de 1985 se usaron los datos de dos
movimientos del terreno:
El registro SCT. Se escogió porque es el único registro real obtenido del área más dañada.
Un registro obtenido cerca del edificio durante un sismo moderado se amplificó para estimar
el movimiento ocurrido en 1985 en ese sitio. En la Fig. 13 se muestra su espectro.
denominado Roma, 1989 y se observo que más fuerte que el espectro SCT de 1985.
Este resultado es consistente con el mayor daño ocurrido alrededor del sitio Roma con respecto
al del área del SCT. Por tanto, el registro amplificado Roma se usó también para estimar la respuesta
del edificio QRO
SaIg
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
O
o o 2#8
[ 258 258
4587 258
It /[ \ 10@20 E#4 @25 @25
REFUERZO IDE ACERO GRADO DURO (D
CABLES 12o7 MM
5¡12 CABLES 1207 ~MM CROQUIS DE CABLES PRESFORZADOS
A) VIGA TRANSVERSAL EN EL ler. PISO
DIMENSIONES EN CMS.
REFUERZO PRINCJPAL
54025
: .. SECC. TRANSVERSAL
5 ESTRIBOO
t L B) COLUMNA EN PLANTA BAJA O 1 2 3 4 T(seg)
a - EW89
ia - EW Ilificado para
mar el de 85
EW 85
Fig. 12. Detalles de refuerzo de niieinbros cstnicturales del
FIg. 13. Espectro de respuesta de movimientos dci edificio QRO
terreno usado para el análisis
Sólo para la dirección transversal se comenta la respuesta del edificio al movimiento del
terreno. Los efectos en la otra dirección fueron notablemente rnenores la respuesta permanecio
esencialmente en el rango elástico. Para ambos movimientos del terreno, en la Fig. 14 se ilustran los
desplazamientos laterales máximos en el nivel de cada piso.
De los resultados analíticos derivan tres observaciones:
19
POSITIVO 1 NEGATIVO
8
7
6
5
4
3
2
1
-5 +10 -10
10
8
6
4
2
o o 20 40 60 A,cm
ROMA SCT AMPLIFICADO NiO
9
8 7 6 5 4 3 2
El movimiento Roma amplificado provocó una respuesta superior al SCT por un factor de
aproximadamente 3: similar a los cocientes de las ordenadas de los dos espectros para un período de
1.3 segundos, correlacionable con el período fundamental del edificio.
Los desplazamientos laterales computados fueron extremadamente grandes. Los valores máximos
obtenidos entre dos niveles consecutivos fueron.
de 0.7°/o en el SCT y de 2.5% en el Roma
Desplazamientos laterales de este orden de magnitud habrian causado daño estructural significativo.
Los momentos flexionantes suponiendo que durante el sismo la respuesta hubiera permanecido
elástica lineal en el edificio, habrían excedido la resistencia a flexión de las vigas por un factor de 15%
para el registro SCT, y de hasta 240% para el Roma. Con respecto al peso total del edificio, las fuerzas
cortantes baseles correspondientes a la respuesta lineal fueron de 0.30 para el registro SCT, y 055
para el Roma.
De los resultados del análisis no lineal del registro SCT se infirieron la formacióii de
articulaciones plásticas para momentos positivos y negativos, corno se muestra en la Fig. 15, y un valor
de 3 como demanda maxirna de ductilidad. Bajo el efecto del registro Roma amplificado, la
plastificación fue más grande y la demanda de ductilidad bastante mayor.
Fig. 14. Desplazamientos míximos según Fig. LS. Articulaciones p!ís1icas y demanda de ductilidad. Registro SCT el aieílisis lineal. Edificio QRO
Los resultados de estos análisis indican la evidencia que la respuesta ocurrida no correspondió a
la pronosticada, pues la carencia de daño estructural implica que la estructura permaneció linealrnente
elástica. No se puede excluir que durante la vibración se hayan generado algunas fisuras y luego se
hayan cerrado, sin dejar evidencia. Empero, las deformaciones en acero y concreto no alcanzaron los
20
valores implícitos en el analisis.
Se supone que el sacudimiento realmente inducido en el edificio fue mucho menor que el
correspondiente al registro Roma amplificado, y probablemente tambien inferior al registro SCT, La
razon de esto se puede atribuir a la energía de disipación, relacionada con pérdida de fricción entre los
pilotes y el terreno en la base del edificio.
EDIFICIO TAMPICO (TAM)
Se trata de un edificio de oficinas de ocho pisos, ubicado en el límite del área anteriormente
lacustre, donde la profundidad de los depósitos blandos de arcilla es 2/ la del edificio QRO. En 1 98S
el daño en el área fue moderado, indicador de que la amplitud del sacudimiento fue significativamente
menor que en la mayoría de la zona dañada. El edificio tema una losa plana de concreto postensada
aligerada con bloques y soportada por columnas de concreto reforzado.
Por su ubicación en el límite de la zona blanda y la transición se analizó respecto de los
registros de los efectos de los movimientos del terreno en dichas zonas:
SCT En algunos pisos los desplazamientos entre dos niveles consecutivos alcanzaron valores
comúnmente relacionados con daño estructural. Los momentos flexionantes de las vigas en los paños
de las columnas excedieron los valores nominales de resistencia. En el perímetro de la zona de
capiteles las condiciones fueron particularmente criticas bajo momentos positivos debido a que el
refuerzo fue mínimo, y por lo tanto la disponibilidad de resistencia a la flexión fue muy limitada. En
algunas secciones los valores de demandas de ductilidad excedieron de 10. La fuerza cortante basal
inducida por el registro SCT correspondio al 2 1 % del peso del edificio.
VIV. Los desplazamientos fueron moderados y las fuerzas internas no excedieron los valores
de resistencia. Fuerza cortante base: 10% del peso del edificio.
Se supuso que en el sitio de este edificio los valores del movimiento del terreno fueron mucho
menores que en la mayoría del área afectada, y por lo tanto más cercanos a los del registro V1V que a
los del SCT. En la dirección transversal el edificio es más bien débil y fiexible si hubiera estado
situado en el área más crítica, el sismo lo habría afectado considerablemente.
Otros tres edificios del estudio están ubicados en áreas donde los efectos sísmicos fueron
menores todos resultaron indemnes. A continuación se les describe brevemente.
EDIFICIO TACUBA (TAC)
Es una estructura de cuatro pisos usada como bodega de muebles y ubicada en suelo de
transición. La altura de los pisos es superior a la usuaU en total asciende a 27.2 m correspondiendo a la
21
de un edificio típico de ocho pisos. El sistema estructural está compuesto por marcos de concreto
colados iii y/tu, con claros mas bien largos. Las vigas son postensadas con cables. En los extremos de
las vigas hay refuerzos de acero grado duro. Los marcos perinietrales están completamente confinados
con muros de mamposteria, que contribuyen significativamente a la rigidez lateral.
Del análisis se infirió un efecto casi nulo de interacción suelo-estructura y que en la dirección
transversal el edificio es muy flexible. No obstante, respecto del registro VIV los desplazamientos
laterales permanecieron dentro de los límites permisibles, y los momentos en las vigas no excedieron a
la resistencia por flexion. Esto explica la carencia de daños.
EDIFICIO INSTITUTO MEXICANO DEL PRETROLEO (IMP)
Consta de cinco pisos y un sótano: esta ubicado en la denominada zona de transición. La
estructura es completamente prefabricada, con sólo un claro largo en la dirección transversal y 10
claros cortos longitudinalmente. El sistema de piso está compuesto de vigas T pretensadas, con
refuerzo grado duro en sus extremos para aportar continuidad con las columnas.
Del analisis se dedujo que el edificio es más bien flexible en ambas direcciones y que, bajo los
efectos del movimiento del terreno VIV, no se excedieron los desplazamientos permisibles ni la
resistencia de los miembros. El sismo no le causó daño alguno.
EDIFICIO SIERRA MOJADA (SMO)
Es una estructura de ocho pisos completamente prefabricada, con vigas doble T con un firme
colado sobre ellas formando el diafragma del piso y con trabes con continuidad con las columnas y
ubicada en terreno firme. Los análisis respectivos de este edificio se hicieron con respecto del registro
CV (en terreno firme) y sus resultados indicaron valores de respuesta muy pequeña, no excedente de
los valores permisibles. Por consiguiente, en este edificio no hubo indicios de daños.
2.6.- JNTERPRETACION DE RESULTADOS
Los modelos analíticos estimaron adecuadamente las propiedades dinámicas de estos edificios,
cuando apropiadamente se consideraron
Contribución del sistema de pisos a la rigidez
Efecto rigidizante de los muros de mampostería
Deformaciones de la base de los edificios ubicados en terreno blando
22
Los períodos de vibracion de los primeros modos computados analíticamente fueron muy
similares a los determinados mediante pruebas de vibración ambiental en la estructura. Cuando en los
modelos se incluyeron rellenos de mampostería, los períodos de vibración decrecieron hasta un 400/•
Los desplazamientos y la rotación en la base del edificio fueron significativos sólo para
edificios esbeltos emplazados en estratos gruesos de terreno suave. El incremento máximo de período
debido a este efecto fue de 30 0,0.
Tres de los cinco edificios estaban ubicados en áreas donde la amplitud de sacudimiento del
terreno en 1985 fue moderada. Por tanto los análisis mostraron que la respuesta habría permanecido en
el rango elástico del comportamiento, que concuerda con la carencia de daños en los edificios.
El edificio TAM, con un sistema de losas planas postensadas, en una dirección fue
particularmente flexible y con resistencia baja a flexión. De los análisis se infirió que, si los
movimientos del terreno ocurridos en la mayoria del área dañada lo hubieran afectado, le habrían
sucedido grandes deformaciones inelásticas. Se supuso que, parcialmente, su buen comportamiento se
debió a que su capacidad estructural excedía la computada por métodos analíticos, y principalmente a
que el movimiento del suelo en ese sitio particular era menor que en el área crítica.
El caso más interesante es el del edificio QRO, ubicado en un área donde el movimiento del
terreno fue particularmente fuerte. La carencia de daños graves es atribuible a que, más que el
comportamiento inelástico de la estructura, principalmente las deformaciones no lineales entre la
cimentación y el suelo disiparon la energía inducida por el sacudimiento.
Las cinco estructuras formando marcos de concreto presforzado mostraron buen
comportamiento bajo un sismo fuerte, sin indicios de deformación en los nudos, ni en otra parte. De
esto se deduce que, mediante acatamiento del mucho más estricto codigo de esta profesión ahora
aceptado para este tipo de estructuras, bajo condiciones sísmicas aún más severas se puede obtener un
nivel adecuado de seguridad.
Es interesante señalar que en general, cuando se analiza un modelo de estructura fallada, se
tiene una probabilidad alta de conocer la o las causas que provocaron esa falla. Cuando la estructura en
estudio no tuvo daños o muy pequeños, puede ser mas dificil justificar su comportamiento.
Se debe conceder particular cuidado a algunas características de diseño estructural comunes a
los edificios estudiados, así como a la mayoría de los edificios de concreto presforzado de México.
23
2.7.- RECOMENDACIONES DE DISEÑO
El sistema estructural debe ser lateralmente más rígido y más fuerte que el aportado por los
miembros de marcos mas bien esbeltos típicamente usados en los edificios considerados. Esto se puede
lograr mediante columnas y vigas más robustas, preferiblemente agregando miembros rigidizantes tales
como muros o contraventeo de cortante. La ventaja de las estructuras rígidas es especialmente
importante para edificios ubicados en terreno blando, donde los períodos largos dominantes en el
movimiento del suelo afectan particularmente estructuras flexibles.
En las conexiones viga-columna se debe incrementar la capacidad flexionante, prirnordialmeiit
en lo referente a momentos positivos. Debe favorecerse el concepto de presfuerzo parcial, en el que la
capacidad para resistir efectos sísmicos se asigna principalmente a refuerzos de acero grado duro, en
virtud de mayor ductilidad y continuidad obtenibles de este método, comparado con el de presfuerzo
total.
Para obtener mayor ductilidad se debe mejorar el detallado de refuerzos en vigas, columnas y
nudos.
Si en losas para pisos se usan elei'nentos de concreto prefabricados, se han de adoptar acciones
preventivas para asegurarse de que constituyan un diafragma horizontal rígido, por ejemplo mediante
colado de firme grueso de concreto reforzado. En caso contrario, en algún marco podrían ocurrir
distorsiones de las losas y concentración de fuerzas laterales.
3.- PERSPECTIVAS
En forma semejante a la ocurrida en las dos últimas décadas, es de esperarse que los adelantos
tecnológicos incidan de manera espectacular en la utilizacion del concreto presforzado.
Entre las principales posibilidades que se avisoran para el caso de las edificaciones, se
comentan las siguientes:
3.1.- MATERIALES DE ALTA RESISTENCIA
3.11.- Concreto
Actualmente, en algunos países de la Comunidad Europea, las calidades del concreto
normalmente empleadas para el concreto presforzado en edificaciones, son valores del orden
de 400 a 500 Kg/cm 2 como resistencia nominal.
24
En un futuro próximo, se utilizarán valores de resistencias de concreto sensiblemente mayores,
del orden de 800 Kg/cm 2 que permitirán disminuir las secciones del sistema de piso
presforzado y por lo tanto las columnas, principalmente para edificaciones elevadas, logrando
mayores espacios utilizables, combinando las estructuraciones de estos marcos rígidos con
muros de rigidez o diagonales y por el otro, mejorar la conservación del concreto a más largo
plazo
El mejoramiento durante las inyecciones de cemento de los cables adheridos disminuyendo en
forma importante la probabilidad de presentarse la corrosión,
El concreto presforzado deberá tener una mayor participación en la industria de la
construcción de edificaciones, sea a través de la prefabricación o del postensado colado en el
lugar y no solamente en elementos secundarios de sistemas de piso, como ocurre con
frecuencia actualmente.
3.12.- Acero de presfuerzo
Los avances tecnológicos permitirán utilizar normalmente, cables con torones de 18 mm. de
diámetro en lugar de los actuales de 15.7 mm. . incrementándose además el número de éstos
por cable, logrando unidades de mayor potencia.
El uso del carbono para remplazar el acero de presfuerzo es por ahora demasiado costoso, pero
sus perspectivas de hacerse competitivo podrian ser a corto plazo. Es viable que el acero
inoxidable pueda llegar a utilizarse en la tecnología del presfuerzo.
3.2- PRESFUERZO EXTERNO
Esta técnica fué utilizada comúnmente en Europa en los años 40-50 pero se suspendió su uso
debido al riesgo de corrosión, fenómeno estimado de alto riesgo, debido a los escasos conocimientos de
esa época.
El presfuerzo externo se caracteriza por el uso de cables rectilíneos de gran capacidad, que
pueden o no tener desviadores en direccion. Los anclajes que los soportan transmiten fuerzas
concentradas importantes al concreto. En la mayor parte de los casos los cables no están adheridos.
Las principales ventajas del presfuerzo externo en comparación con el interno están las de mejor
precisión y facilidad del trazado de cables, posibilidades de restituir cables en caso necesario, así como
2
el tener bloques de concreto para ancianos en forma mas sencilla.
Las desventajas son que en casos de agrietamientos del concreto, el incremento de longitud de
los cables crea una tensión adicional que se transmite en todo el claro, en lugar de una longitud
pequeña cuando se trata de presfuerzo adherido acero-concreto y otra desventaja es la pérdida de
ductilidad
El costo unitario del presfuerzo exterior es en general superior al adherido.
Las principales aplicaciones del presfuerzo exterior son:
La reparación de elementos estructurales dañados o con agrietamientos severos cuando se trata
de claros grandes porque se tienen menos pérdidas de presfuerzo y el caso de la prefabricación a base
de segmentos unidos entre si, eliminando el problema del ducto de presfuerzo en la unión de un
elemento con otro y finalmente la facilidad de tensado
3.3.- EL CONCRETO PARCIALMENTE PRES FORZADO
El uso de este tipo de concreto podrá tener un campo muy amplio de aplicación, va que,
permitirá por un lado, conservar las principales ventajas en cuanto a ligereza y protección contra el
agrietamiento en el estado de servicio, cuando se trata de grandes claros o un número importante de
niveles y por el otro, la presencia del acero de refuerzo convencional para tomar los efectos restantes de
carga viva y el total de la carga accidental, ya que permitirá resolver satisfactoriamente los
inconvenientes que tiene con relación a la ductilidad, capacidad para disipar energía y
amortiguamiento
Finalmente, es importante señalar que el competidor mas cercano del concreto presforzado
como material de construcción, no es el concreto reforzado, sino mas bién, el acero, por tener como
principales cualidades, la posibilidad de salvar grandes claros, su ligereza y economía, que lo hace
competir en rangos comparables a los de este último.
26
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27
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de México. Instituto de Ingeniería, (/NÁM. Informe interno No. 9711
28
EDIFICIOS DE CONCRETO PRESFORZADO EN LA CIUDAD DE MEXICO. COMPORTAMIENTO SISMICO Y PERSPECTIVAS
José Luis Camba Castañeda
RESUMEN
Se presentan los antecedentes históricos del concreto presforzado, sus ventajas y limitaciones en
zonas sísmicas. Se comentan sus características relacionadas con su ductilidad y amortiguamiento
menores que en el concreto reforzado así como el concepto de presfuerzo parcial para mejorarlas. Los
tipos de estructuraciones resistentes a sismos como son los sistemas de postensados y los pretensados,
asi como algunos comentarios sobre presfuerzo adherido y no adherido.
En seguida se presentan los efectos en edificios presforzados durante el sismo de 1985 en
México. D.F. que en general mostraron un buen comportamiento estructural. Luego se aportan los
resultados del análisis de la respuesta dinámica de cinco edificios considerando la interacción suelo-
estructura. Esta última se hizo conforme las hipótesis del Reglamento de Construcción del
Departamento del Distrito Federal 1987. Se hicieron mediciones de vibración ambiental y los
resultados obtenidos de los períodos calculados del modelo tridimensional se compararon con los
períodos medidos, existiendo una buena coherencia. El programa de computadora utilizado fué el
SUPER-ETABS. En los edificios cuyos análisis lineales señalaban que la capacidad teórica de ciertos
elementos estructurales era rebasada, se hicieron análisis no lineales a partir de un modelo
bidimensional para evaluar su posible comportamiento inelástico, tratando de conservar lo mas posible
las condiciones tridimensionales. El programa utilizado para este analisis no-lineal fue el DRAIN-213.
Los resultados encontrados para un edificio no corresponden con el comportamiento observado. Se
enuncian algunas razones de estas diferencias y se emiten recomendaciones acerca del diseño sismo-
resistente de edificios de concreto presforzado. Se enfatíza sobre el uso de muros de rigidez y el uso del
presfuerzo parcial.
Finalmente se comentan algunas perspectivas del concreto presforzado, como son el uso de
concretos mas resistentes, aceros de presfuerzo de mayor capacidad, utilización del presfuerzo externo
y los sistemas combinados para resistir efectos sísmicos y su competencia con el acero.