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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

DISEÑO DE DOS EDIFICIOS DE 30 PISOS SOBRE EL NIVEL DE BANQUETA Y 6 SOTANOS

DESTINADOS A DEPARTAMENTOS EN CONDOMINIO Y ESTACIONAMIENTO

Raúl David Granados Granados¹

RESUMEN

En este documento se presenta el diseño estructural de un conjunto habitacional de tres edificios en

condominio que se construirá en el sur de la ciudad de México. En el Congreso de la SMIE realizado en León,

Gto. en 2010 se presentó el diseño de la primera torre de este conjunto, cuya estructura se resolvió en concreto

colado en el sitio. En la segunda fase del proyecto se contemplan otros dos edificios de 30 pisos y seis sótanos

cuya estructura será compuesta, de acero y concreto en los niveles superiores y de concreto colado en el sitio

en los sótanos. El análisis y el diseño se realizaron de acuerdo con el Reglamento de Construcciones para el

D.F. y las Normas Técnicas Complementarias vigentes.

ABSTRACT

This paper concerns with structural design of a three buildings condominium habitation development to be

built in the south side of México City. In the last SMIE Congress celebrated in León Gto., the design of the

first tower was discussed. The structure for this building is a reinforced concrete structure. The second stage

for this project includes two more buildings with 30 floors above ground level and 6 additional floors located

in basement. The structure for these buildings will be composite, steel and concrete in upper floors and

reinforced concrete in basement floors. Structural analysis and design accomplish the current version of

Mexico City Building Code and Complementary Technical Norms.

INTRODUCCION

Como complemento al trabajo presentado en el último congreso de la SMIE se presentan los conceptos

relevantes del diseño de dos torres en las que por su altura, 30 pisos, se recurrió a un sistema estructural

compuesto, para los pisos ubicados arriba del nivel de banqueta. La acción compuesta es solo para las

columnas en las que los perfiles de acero se hacen trabajar de conjunto con un recubrimiento de concreto

reforzado. Esto incrementa significativamente la rigidez de la estructura ante cargas de sismo, con lo que las

deformaciones laterales se controlan en forma eficiente sin incrementar el peso de la estructura de acero.

DESCRIPCION DEL EDIFICIO

Se presenta el proceso de análisis y diseño estructural de dos edificios que se identificarán como Torre 2 y

Torre 3 que son parte de un conjunto cuya primera fase está en proceso de construcción. La estructura elegida

será de acero y está concebida con marcos formados por trabes y columnas compuestas y elementos de

contraventeo ubicados en los cubos de elevadores y escaleras y en otros sitios estratégicos.

El conjunto, en su arreglo final constará de 3 torres independientes, separadas entre sí a partir del nivel de

planta baja. Desde este nivel y hasta la cimentación las torres se transforman en un solo cuerpo que ocupa

toda el área del predio creando el espacio para alojar los estacionamientos del conjunto. En estos niveles

existirán muros de contención en el perímetro del predio que contribuyen también a la resistencia y rigidez

ante acciones sísmicas. Sin embargo, de acuerdo con la planeación financiera la construcción de las torres se

realizará en varias etapas. En la primera se está construyendo una torre, cuyo proyecto se presentó en el

congreso anterior. En la segunda fase se construirán las torres 2 y 3 cuyos aspectos relevantes del diseño se

presentan en este trabajo.

¹ Director de Proyectistas Estructurales Asociados S.C., Alborada 136-701, Col. Parques del Pedregal,

14010 México D.F. (55) 5171- 4957; (55) 5171- 5015; [email protected]

mailto:[email protected]

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PROCESO DE ANALISIS Y DISEÑO

En forma sintetizada el trabajo consta de las siguientes etapas.

1) Anteproyecto estructural (Factibilidad).

a) Definición del sistema estructural

b) Definición de materiales y acabados

c) Compatibilidad de la estructura con los demás sistemas (arquitectónico, instalaciones, geotecnia)

2) Proyecto ejecutivo.

a) Modelación de la estructura (con ayuda de programas)

b) Integración de acciones gravitacionales (intensidad, combinaciones)

c) Definición de parámetros para el análisis sísmico (coeficiente sísmico, espectro de diseño)

d) Ejecución del análisis estructural. En esta etapa se puede realizar un análisis estático cuyos resultados se

pueden combinar en forma algebraica con las acciones gravitacionales. También se realizó un análisis

dinámico pero los resultados no se deben combinar directamente con las acciones gravitacionales pues los

valores obtenidos solo tienen signo positivo

3) Evaluación de los resultados del análisis.

a) Verificación del equilibrio

b) Calibración de acciones interiores (momentos, cortantes fuerzas axiales, reacciones)

c) Verificación de deformaciones

d) Evaluación de la respuesta dinámica (modos de vibración, cortantes dinámicos)

Los cortantes dinámicos permitirán obtener fuerzas estáticas de sismo que ahora sí se pueden combinar con

las acciones gravitacionales. En estas condiciones se puede incluir el signo de las fuerzas así como las

excentricidades especificadas por las normas

e) Ajuste de secciones de miembros estructurales

f) Análisis definitivo

g) Dimensionamiento. Este se puede realizar con el mismo programa o con programas propios. En cualquier

caso es necesario verificar los resultados del diseño empleando métodos manuales.

h) Elaboración de planos estructurales para construcción, especificaciones, procedimientos constructivos,

memorias y documentos para obtención de licencias

i) Análisis y diseño de la cimentación. Dependiendo del tipo de terreno de cimentación ésta se puede incluir

en el modelo de la estructura así como también el suelo, si se tiene un terrenos compresible. Cuando el

terreno es firme, la cimentación se considera separada de la estructura y el diseño de sus elementos

componentes se realizara en forma simplista. Se incluyen en esta fase los muros de contención y los demás

elementos como pilas, pilote y anclas

j) Elaboración de los planos de cimentación que incluye las especificaciones y procedimiento de construcción

k) Cuantificación de materiales estructurales

A continuación se presentan algunos de los conceptos más destacables del proyecto.

SISTEMA ESTRUCTURAL

Los edificios están configurados con un arreglo estructural consistente en marcos formados por columnas,

losas, trabes y contraventeos diagonales que proporcionan resistencia y rigidez a cargas laterales, en dos

direcciones ortogonales. En los niveles subterráneos los marcos se extienden en toda el área del predio y se

complementan con muros adicionales de contención. El sistema de piso, en todos los niveles superiores, tiene

también trabes secundarias que reducen la dimensión de los tableros de las losas que son tipo Losacero. A

continuación se muestra el sistema estructural descrito.

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Plantas Tipo Inferiores Plantas Tipo Superiores

Figura 1 Plantas de la Estructura

Figura 2 Isométricos de la estructura Niveles de sótano

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MATERIALES EMPLEADOS Y CARGAS

MATERIALES

Concreto f¨c = 350 kg/cm² (35 MPa) CLASE 1

Acero de refuerzo Fy = 4200 kg/cm² (420 MPa)

Acero estructural A-992 Grado 50

Tornillos A-325

GARGAS GRAVITACIONALES

Estacionamiento

Losa de 10 cm 240 kg/m² (2400 Pa)

Piso 120 kg/m² (1200 Pa)

Carga de Reglamento 40 kg/m² (400 Pa)

Carga viva 250 kg/m² (2500 Pa)

Total 650 kg/m² (6500 Pa)

Planta baja

Losa tipo Losacero 220 kg/m² (2200 Pa)

Piso 120 kg/m² (1200 Pa)


Carga viva 350 kg/m² (3500Pa)

Total 730 kg/m² (7300Pa)

Niveles 1 al 29


Piso 120 kg/m² (1200 Pa)

Muros divisorios 50 kg/m² (500 Pa)




Nivel 30 (azotea)


Relleno 150 kg/m² (1500 Pa)

Acabado 100 kg/m² (1000 Pa)

Plafón 40 kg/m² (400 Pa)




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PARAMETROS PARA EL ANALISIS POR SISMO

De acuerdo con el Reglamento para Construcciones del D.F. y sus Normas Técnicas Complementarias se

tiene:

Destino del edificio GRUPO B

Ubicación ZONA I

Coeficiente sísmico 0.16

Factor de comportamiento sísmico 1.6

Figura 3 Espectros de diseño

ANALISIS SISMICO DE LA ESTRUCTURA

De acuerdo con las normas vigentes las estructuras de más de 30 m de altura ubicadas en la zona I deben

analizarse por sismo con un método dinámico. El empleo del método estático es insuficiente y solo sirve

para un análisis preliminar. En este caso la estructura se modeló y analizó en tres dimensiones con el

programa ETABS PLUS. Para el análisis sísmico se empleó el análisis modal tomando el espectro del D.F.

para la zona I. En el modelo analítico se incluyeron las 2 torres correspondientes a la segunda fase con los

sótanos. Sin embargo para el análisis dinámico se consideraron dos modelos independientes incluyendo en

cada caso solo una de las torres. A continuación se presentan los resultados del análisis dinámico de las torres.

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Formas Modales Torre 2

Figura 4 Modo 1 T = 2.98 seg Figura 5 Modo 2 T = 2.87 seg Figura 6 Modo 3 T = 2.26 seg

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CORTANTES DINAMICOS TORRE 2 Figura 7 Cortantes Dinámicos X Torre 2 Figura 8 Cortantes Dinámicos Y Torre 2

Formas Modales Torre 3

Figura 9 Modo1 T = 4.10 seg Figura 10 Modo 2 T = 3.82 seg

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Figura 11 Modo 3 T = 1.41 seg

CORTANTES DINAMICOS TORRE 3

Figura 12 Cortantes Dinámicos X Torre 3 Figura 13 Cortantes Dinámicos Y Torre 3

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Con los cortantes dinámicos se obtuvieron fuerzas estáticas en cada dirección que representan una condición

de carga que puede combinarse con las condiciones de carga gravitacional para tener las acciones finales de

diseño.

DISEÑO DE LA ESTRUCTURA

Para el dimensionamiento de los miembros de la estructura se emplearon las NTC del Reglamento para

Construcciones del D.F. El reglamento y sus normas se encuentran actualmente en proceso de revisión y es

posible que en este año se aprueben. Algo de lo mas destacado de la revisión corresponde al Capitulo de

Construcción Compuesta que es totalmente nuevo con respecto a la versión actual de las normas.

CONEXIONES

La unión de los miembros estructurales se diseñó con soldadura, tanto en las conexiones de taller como en las

de campo. Sólo en la conexión de cortante de las vigas se emplearon tornillos de alta resistencia que se

aprovechan como elementos de montaje.

CIMENTACION

De acuerdo con el estudio geotécnico realizado, el terreno de cimentación, en la profundidad donde se

desplantara el edificio, está constituido por un aglomerado formado por gravas y boleos embebidos en una

matriz areno-limosa muy cementada y compacta, de gran resistencia y baja deformabilidad, que registro más

de 100 golpes en los sondeos de penetración estándar.

De acuerdo con lo anterior, la cimentación recomendada fue de tipo superficial con zapatas aisladas bajo las

columnas y corridas bajo los muros. Las zapatas serán de concreto y se desplantaran a 1.50m con respecto al

nivel de la máxima excavación. Este nivel es el (-17.40) en las orillas del predio y (-22.40) en la zona de

elevadores, con respecto al nivel medio de la banqueta. La capacidad de carga del suelo para el diseño fue de

250 ton/m².

PLANOS

Figura 14 Cimentación

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Figura 15 Estructura Planta Tipo Torre 2

Figura 16 Estructura Planta Tipo Torre 3

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Figura 17 Elevaciones Torre 3

Figura 18 Detalles Torre 3

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Figura 19 Conexiones Torre 2

CONCLUSIONES

Se presentó el diseño estructural de dos edificios que forman parte de un conjunto habitacional de 3 unidades

en condominio que se construye en la ciudad de México. En el primer edificio, ya construido, se empleó una

solución con estructura de concreto colado en sitio. En los dos últimos edificios la solución para la estructura

fue con un sistema mixto consistente en un esqueleto de marcos de acero contraventeados y columnas de

sección compuesta con un colado en sitio de concreto reforzado. Esta solución es la más eficiente para

estructuras con este rango de altura (30 pisos) pues permite realizar el montaje de la estructura de acero en un

tiempo corto y completar la sección de las columnas con el colado en el sitio. El empleo de este sistema

resulta atractivo desde el punto de vista económico, pues la densidad de acero resultó del orden de 60 kg/m². y

el colado de concreto en las columnas y en las losas se realiza con gran facilidad.

En relación con las conexiones, éstas se resolvieron con soldadura, tanto en el taller como en el campo. Esta

solución es la más económica, aunque su empleo en la obra requiere prever una supervisión estricta por parte

de una empresa especializada que aplique las técnicas de inspección mas completas de acuerdo a los códigos

existentes. Esto implica contar con una calificación, no solo para los soldadores sino también para las juntas

elegidas. Solo en esta forma se podrá garantizar la calidad de las soldaduras.

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