INTRODUCCIÓN.

Las primeras décadas de este siglo fueron testigos de la construcción de edificios

hechos con base en gruesos muros de mampostería, rígidos marcos de concreto y

acero, así como también con fuertes sistemas de piso usualmente bajo una

configuración regular y simétrica. Al paso del tiempo y con el avance tecnológico, se

han producido materiales estructurales de mejor calidad y se han desarrollado nuevas

técnicas para el análisis, el diseño y la construcción de estructuras que han permitido

pasar de las rígidas y masivas construcciones de antaño a configuraciones cada vez

más esbeltas, donde los marcos son ahora más amplios e irregulares y los gruesos

muros son sustituidos por elementos ligeros y de gran flexibilidad.

Estos cambios en estructuración han provocado que los componentes estructurales

de las nuevas edificaciones sean sometidos con mayor frecuencia e intensidad a

fuerzas y deformaciones apreciables. Tal ha sido el caso de los sistemas de piso de los

edificios normalmente diseñados para resistir cargas de gravedad y asumidos como

infinitamente rígidos al soportar cargas en su plano provocadas por viento o sismo.

Los sistemas de piso llamados diafragmas, al verse sujetos a fuerzas en su plano,

juegan un papel importante en la transferencia de las fuerzas laterales por viento o

sismo a los sistemas verticales resistentes, tales como marcos, muros, etc.

En configuraciones estructurales simétricas y rígidas los diafragmas presentan un

comportamiento rígido distribuyendo las fuerzas laterales a los marcos y muros en

función de la rigidez relativa de éstos. Sin embargo, en configuraciones estructurales

con geometrías abiertas, asimétricas y flexibles, el asumir generalizado el criterio de

un comportamiento rígido de los diafragmas puede llegar a inducir errores apreciables

en la distribución de las fuerzas actuantes en la estructura, y por tanto provocar con

ello el colapso o el daño innecesario en la edificación mediante la incursión de

diafragmas y otros elementos estructurales en el rango inelástico de su

comportamiento.

Éste último ejemplo, ha llevado a que el hombre comenzara a generar sistemas de

estructuras que evitaran ser tan vulnerables a la acción destructora de los sismos, por

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ello, se vio en la necesidad de crear Normas y criterios de estructuración para generar

edificaciones que ante estos eventos de la naturaleza, mantengan un buen

comportamiento y resguarden la vida de las personas que en ellas habitan.

En Venezuela, las Normas Covenin 1756 han sido las encargadas de dictar los

principales parámetros para generar edificaciones resistentes a sismos. La primera

Norma, creada en 1967 y se denominó Norma Provisional para Construcciones

Antisísmicas del Ministerio de obras Públicas M.O.P 1967, como consecuencia del

sismo ocurrido en ese mismo año en Caracas. A raíz de otro evento sísmico en el

Edo. Sucre en 1998, se decidió reformar y ajustar nuevos parámetros a la Norma, esta

vez, más actualizados y acordes con el desarrollo de las construcciones actuales. En el

2001, una nueva revisión ajustó e incorporó otros aspectos importantes a la Norma,

generando así una versión muy actualizada y la cual incluye muchos aspectos que han

sido productos de investigaciones por institutos como FUNVISIS los cuales se han

enfocado en la búsqueda de poder aplicar ciertos criterios de diseño y cálculo

estructural a las edificaciones (tanto construidas como por construir) que le confieran

un buen comportamiento ante las fuerzas ocasionadas por los Sismos, es decir, que

sen unas edificaciones con características sismorresistentes.

Los cálculos a los que se hizo mención, son aquellos que generados por el

Ingeniero calculista, permiten lograr que cada componente estructural se comporte en

la vida real tal como lo previó durante el proceso de modelado y simulación de la

estructura en los diferentes programas de computación existentes para tal fin. Éstos

programas, han ido creciendo y mejorando a medida del tiempo de manera paralela al

desarrollo tecnológico de las computadoras. Hasta hace unos pocos años, los cálculos

estructurales eran hechos tediosamente a mano por el Ingeniero, teniendo que invertir

una gran cantidad de horas hombre en la ejecución del trabajo. Hoy día, es casi

imprescindible el uso del computador en los cálculos ingenieriles, reduciendo el

factor tiempo y ofreciendo además respuestas más exactas y eficientes ante cualquier

tipo de problema de diseño estructural. Actualmente, ya existen en el mercado una

serie de programas (bajo la plataforma windows) que manejan una serie de

componentes y algunos son específicos para un determinado elemento estructural,

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como fundaciones y superestructura. Entre los programas más comerciales y

actualizados alrededor de todo el mundo, se encuentra el SAP 2000. Dicho software

es muy versátil en su manejo, además ofrece la posibilidad de emplear el método de

elementos finitos dentro de los cálculos según las solicitaciones de diseño. Cada

versión nueva que aparece en el mercado de los diferentes programas es mucho mejor

que la anterior, ofreciendo al Ingeniero no sólo la oportunidad de poder ejecutar los

trabajos en menos tiempo, sino permitiéndole ofrecer una buena calidad en los

resultados gracias a la eficiencia de dichos instrumentos.

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CAPITULO I

EL PROBLEMA

Formulación del problema

Es notable observar como algunas edificaciones que datan de tiempos antiguos,

han sobrevivido al paso de los años y grandes catástrofes naturales, a pesar de que

fueron construidas con la sabiduría popular, es decir, sin estudios verdaderamente

científicos.

Así como ese empirismo fue convirtiéndose en investigación científica

corroborable, las estructuras han ido evolucionando paralelamente a largo de la

historia, y se han caracterizado por ser una importante manifestación de la tecnología

de cada momento.

Partiendo desde edificaciones totalmente empíricas como los prehistóricos y

misteriosos Dólmenes de stonehenge de Inglaterra, hasta las complejas e

“inteligentes” Torres Petronas en Malasia, las estructuras siempre han formado parte

importantísima de la esencia misma de la humanidad en las diferentes épocas, y el

hombre las ha adaptado de acuerdo a la necesidad específica de cada civilización,

pero siempre, limitado por las fuerzas naturales y por su propia tecnología.

En función de lo anteriormente mencionado, se deduce que los estudios de las

estructuras han ido avanzando desde la simple lógica del equilibrio hasta

formulaciones matemáticas de alta complejidad como los modelos estructurales

computarizados en tiempo real. Estos avances han hecho que se tomen en cuenta

una gran cantidad de variables cuando se diseña estructuralmente una edificación.

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Según lo anteriormente expuesto, estas variables se pueden agrupar en dos

tipologías:

a) Variables Naturales. Son las conformadas por acciones inherentes a la

naturaleza, entre las que destacan las fuerzas por vientos y las más temidas: Las

fuerzas sísmicas, a las cuales se les dará un enfoque especial en este estudio.

b) Variables Artificiales. Son aquellas en las que actúa la intervención del

hombre y entre las cuales se encuentran las teorías en que se basan los cálculos

estructurales, materiales a utilizar, costos y procesos de construcción, seguridad física

y psicológica.

Las variables naturales deben ser tratadas especialmente, ya que escapan del

control del ser humano por ser factores que dependen de los fenómenos de la

naturaleza. No obstante, el hombre en su necesidad por disminuir los riesgos, ha

creado ciencias específicas como la sismología, geotecnia, ingeniería estructural,

entre otras; y ha tratado de simular el comportamiento de estos fenómenos por medio

de investigaciones de campo y de laboratorio, las cuales, según desde este punto de

vista, son un puente entre las variables naturales y las artificiales.

Según este contexto, se deduce la existencia de una relación entre las dos

variables, es decir, de cómo la investigación ha establecido pautas para convertir

aquellos fenómenos naturales en aplicaciones basadas en Normas, tablas y números

que permitan llegar a una realidad tangible de determinar como podría ser el diseño

estructural y posterior construcción física de una edificación resistente a sismos de

cierta intensidad.

Por los desastres naturales de tipo telúrico, desde épocas remotas hasta los

contemporáneos o actuales, el hombre ha tenido la urgente necesidad de implementar

nuevas soluciones para confrontar ese grave problema, porque como expresa Grases,

(1997): “Es imposible evitar los sismos, sólo hay que preparase para recibirlos”

(P. 31), y como se está al tanto de ello, las soluciones han surgido por medio del

ensayo-error a partir de trágicos hechos, constituyendo un amargo aprendizaje, que ha

tenido un alto costo: la pérdida de miles de vidas humanas cada vez que ocurren tales

eventos.

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En la actualidad, dichas soluciones se ven reflejadas en la aparición de nuevas

técnicas de construcción, novedosos conceptos estructurales y una visión más amplia

para tratar de entender esa naturaleza indomable. Todo esto se aglutina en las

nuevas versiones de las normas estructurales, a las cuales debe estar regido todo

profesional que se dedique a tal fin.

Por otra parte, hoy en día, con el advenimiento de la tecnología digital, se han

abierto campos extraordinarios que sirven de apoyo indispensable, en este caso, para

la ingeniería civil. Uno de ellos es la informática, que presta su ayuda por medio de

la elaboración de software, que hacen que los cálculos estructurales basados en

matemática y física complejas, se simplifiquen y estén al alcance de la mano de las

personas que puedan contar con una base sólida de conocimientos teórico-prácticos

del tema en cuestión.

Es en ese espacio que esta investigación se proyecta, debido a que su esencia se

encuentra enmarcada dentro del campo de la ingeniería estructural, y su radio de

acción apunta directamente a la a la propuesta de un método simplificado de cálculo

de edificaciones sismorresistentes de concreto armado, específicamente con

entrepiso de diafragma rígido, por medio del método dinámico espacial en tres

dimensiones con tres grados de libertad por nivel, utilizando como herramienta

principal el software SAP 2000, bajo los principios de la Norma de Edificaciones

Sismorresistentes COVENIN-MINDUR 1756-98 (revisión 2001) y para el cual se

utilizará la edificación de aulas y laboratorios de la nueva sede del Instituto

Universitario Tecnológico Región los Andes de Michelena, Mcpio. Michelena, Edo.

Táchira, como ejemplo práctico.

Con este método se permiten analizar los movimientos y esfuerzos reales que se

producen en la estructura bajo un sismo para las condiciones de diseño normativas,

además con este tipo de modelado de la edificación se obtiene un alto índice de

seguridad en el diseño de los elementos a la hora de un movimiento telúrico,

consiguiendo, a su vez, una optimización de los materiales de construcción, lo cual

se traduce hoy en día en ahorro de recursos.

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Tomando en cuenta todos los criterios anteriormente expuestos, se formuló el

problema a investigar en los siguientes términos: ¿acaso no se ha llegado al momento

preciso para cambiar de paradigmas hacia la apertura global informática que permite

al ingeniero hacer su trabajo de una forma más eficiente, trayendo esto como

consecuencia positiva la creación de estructuras más seguras y económicas?, en vista

que tal momento es el que se vive, ¿no es un paso adelante el plantear la propuesta de

un método simplificado de cálculo estructural más profundo y especializado, aplicado

a las normas sismorresistentes venezolanas vigentes, diseñado bajo una metodología

y pedagogía que permita al usuario una verdadera interacción con la estructura de

estudio?; es más, ¿no es fundamental que lo básico de esta propuesta sea influir en el

cambio de visión y manera de estudiar las estructuras de aquellas personas que tengan

acceso a esta investigación?; ó es que, ¿se pretende seguir con las mismas

herramientas que no permiten otro tipo de manejo de la estructura más que el llenado

mecánico de casillas y botones de algún software, para luego esperar resultados sin

saber que tipo de pautas realizó ese programa?. A raíz de lo anteriormente expuesto,

se hace necesario pensar que es la hora de actualizarse para adentrarse en las nuevas

tendencias de cada rama de la ciencia, en este caso de la ingeniería estructural, ya que

si no se produce el cambio, se esta en riesgo de quedar rezagado en este mundo de

globalización competitiva.

Objetivos

Objetivo General.

Elaborar la Propuesta de método simplificado para el cálculo estructural

dinámico espacial de edificaciones de concreto armado con entrepiso tipo diafragma

rígido, utilizando el software SAP 2000 como herramienta principal.

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Objetivos Específicos.

1. Recopilar la información teórico-técnica en base a los alcances que se

pretenden con esta investigación.

2. Plantear una metodología de cálculo estructural que considere las variables

pertinentes para el cumplimiento de los procedimientos del método dinámico espacial

aplicado a la normativa venezolana vigente.

3. Diagramar la metodología diseñada en forma sistemática, conforme a los

pasos lógicos que el software requiere para el cálculo de la edificación propuesta.

4. Elaborar la Propuesta de método simplificado para el cálculo estructural

dinámico espacial de edificaciones de concreto armado con entrepiso tipo diafragma

rígido, utilizando el software SAP 2000 como herramienta principal.

Justificación.

La necesidad de realizar cálculos estructurales que determinen un buen

comportamiento de las edificaciones a la hora de ocurrir un sismo de cierta magnitud,

es algo prioritario, ya que de ello depende la integridad de las personas que habiten en

ella, más aún cuando se sabe que el lugar en donde se reside se encuentra catalogado

por las Normas COVENIN-MINDUR 1756-98 como zona 5 o de alta incidencia

sísmica.

Con los nuevos software basados en las teorías de elementos finitos, se pueden

tomar en cuenta más variables para el cálculo de las que cualquier programa

convencional de pórticos bidimensionales puede abarcar, aunado a que su

implementación permite modelar las estructuras en cualquier material, crear

acelerogramas sísmicos normativos para hacer excitar las edificaciones en cualquier

dirección y evaluar los cambios que se producen en tiempo real, esto trae como

consecuencia positiva el diseño de estructuras mucho más seguras, y la optimización

de los recursos económicos y humanos ya que permite un gran ahorro de

horas / hombre de trabajo.

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Aunado a lo anterior, este método simplificado de cálculo estructural, representa

una excelente herramienta de trabajo para aquellos profesionales y estudiantes que se

interesen en actualizar su visión del cálculo de estructuras.

Limitaciones

La falta de información, incluso el formato del software en idioma español

constituye la principal limitante para aquellas personas que no dominen la

terminología estructural en inglés.

Otro aspecto de gran importancia es el alto costo para la adquisición de licencias

originales de los programas basados en elementos finitos.

El reducido número de especialistas representa un costo alto en asesoría.

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