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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

DISEÑO DE UN EDIFICIO DE 23 PISOS SOBRE EL NIVEL DE BANQUETA Y 6 SOTANOS

DESTINADO A DEPARTAMENTOS EN CONDOMINIO Y ESTACIONAMIENTO

Raúl David Granados Granados¹ y Carlos Alfredo Arroyo Vega²

RESUMEN

En este documento se presenta el diseño estructural de un conjunto habitacional en condominio que se

construirá en el sur de la ciudad de México. La estructura de concreto de los edificios será de tendrá 22 pisos

sobre el nivel de banqueta y otros 6 en sótano para estacionamiento. El análisis y el diseño se realizaron de

acuerdo con el Reglamento de Construcciones para el D.F. y las Normas Técnicas Complementarias vigentes.

Se hace especial énfasis en la forma de emplear los resultados del análisis realizado con el programa ETABS

para el cumplimiento de la normatividad.

ABSTRACT

This paper concerns with structural design of a condominium habitation development to be built in the south

side of México City. Concrete structure for buildings will be 22 floors above ground level and 6 additional

floors for parking garage purposes will be located in basement. Structural analysis and design accomplish the

current version of Mexico City Building Code and Complementary Technical Norms. Special focus is done in

the way the analysis results produced by ETABS software are managed in order to satisfy normative

requirements.

INTRODUCCION

En la última edición de las Normas Técnicas para el Diseño por Sismo del Reglamento de Construcciones

para el D.F. se realizaron algunas modificaciones que afectan el diseño de edificios altos y de mediana altura

como es el caso del edificio que se presenta. Por otra parte en la actualidad el diseño de una estructura de

cierta complejidad se tiene que realizar con ayuda de programas de cómputo. Al emplear los programas de

uso común en México, se puede incurrir en excesos de confianza en los resultados obtenidos, sobre todo en

edificios grandes en los que se maneja una gran cantidad de información. Por otra parte los programas

extranjeros emplean generalmente normas de otros países, no las mexicanas, lo que implica la necesidad de

seleccionar cuidadosamente los datos de entrada del programa con el fin de satisfacer la reglamentación

mexicana, especialmente en aspectos de diseño por sismo y por viento y también poder interpretar los

resultados del análisis pues el manejo indiscriminado de esta información puede conducir a errores

importantes. Para ilustrar este concepto se presenta el proceso detallado de análisis y diseño del edificio

enunciado en el que se aplican los criterios de los autores haciendo especial hincapié en el análisis sísmico de

la estructura realizado con el programa ETABS.

DESCRIPCION DEL EDIFICIO

Se presenta el proceso de análisis y diseño estructural de un edificio que se pretende construir en la ciudad de

México. La estructura elegida es de concreto reforzado y está concebida con marcos formados por losas,

trabes y columnas así como por muros de cortante ubicados en el núcleo de escaleras y elevadores.

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]

² Profesor de estructuras, Facultad de Ingeniería UNAM Ciudad Universitaria, México D.F.

(55) 5273- 0040; [email protected]

mailto:[email protected]

XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural León, Guanajuato noviembre 2010.

El edificio, 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 construirá una sola torre, que es la que se presenta en este trabajo,

lo que origina la necesidad de agregar algunos muros en los sótanos que permitan asegurar el confinamiento

del edificio en dos direcciones ortogonales y mejorar así su comportamiento ante acciones sísmicas. En tales

condiciones se tiene que realizar un doble diseño de la estructura. En primer lugar el diseño comprende a la

torre 1 aislada, construida en la primera etapa y posteriormente el análisis se hará para las 3 torres en su

condición final.

En relación con la cimentación ésta se resolvió con zapatas diseñadas de acuerdo con la capacidad del suelo,

que en la zona donde se ubicara el edificio es alta, sin embargo la gran esbeltez del edificio en la primera

etapa da lugar a momentos de volteo importantes, lo que condujo al empleo de anclas enterradas en el suelo

capacitadas para resistir las tensiones generadas por las acciones sísmicas.

En este trabajo se presentan los aspectos más importantes del análisis y el diseño de la estructura y también

se describen los principales aspectos relacionados con las anclas de la cimentación.

PROCESO DE ANALISIS Y DISEÑO

En forma sintetizada el trabajo se realiza en 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 (empleo 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 preliminar. En esta etapa se puede realizar un análisis estático cuyos resultados se

pueden combinar en forma algebraica con las acciones gravitacionales. También se realizará el 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 calibrar los resultados del diseño

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 trata de terrenos compresibles. Cuando el

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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 muros de concreto colados en el lugar 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 tiene

también trabes secundarias que reducen la dimensión de los tableros de las losas. Los muros aportan rigidez a

la estructura sin interferir con las áreas rentables pues se ubican en las zonas de elevadores y escaleras.

MATERIALES EMPLEADOS Y CARGAS

MATERIALES

Concreto f¨c = 350 kg/cm² CLASE 1

Acero de refuerzo Fy = 4200 kg/cm²

GARGAS GRAVITACIONALES

Estacionamiento

Losa de 10 cm 240 kg/m²

Piso 120 kg/m²

Carga de Reglamento 40 kg/m²

Carga viva 250 kg/m²

Total 650 kg/m²

Planta baja


Piso 120 kg/m²



Total 990 kg/m²

Niveles 1 al 21


Piso 120 kg/m²

Muros divisorios 50 kg/m²



Total 620 kg/m²


0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Periodo (seg)

a /g

Espectro

Elástico

Espectro de

Diseño

Nivel 22 (azotea)


Relleno 150 kg/m²

Acabado 100 kg/m²

Plafón 40 kg/m²



Total 970 kg/m²

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 1 Espectros de diseño

ANALISIS DE LA ESTRUCTURA

De acuerdo con las normas vigentes las estructuras irregulares 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. A continuación se presentan los resultados del análisis dinámico de la Torre I

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SISTEMA ESTRUCTURAL

Niveles de sótano Niveles Tipo 1

Niveles Tipo 2 Nivel Especial

Figura 2 Plantas de la Estructura


Figura 3 Isométricos de la estructura

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RESULTADOS DEL ANÁLISIS PROPORCIONADOS POR EL PROGRAMA

Formas Modales

Figura 4 Modo 1 T = 3.55 seg

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CORTANTES DINAMICOS

Figura 7 Cortantes Dinámicos X Figura 8 Cortantes Dinámicos Y

TABLA 1 FUERZAS ESTATICAS DEDUCIDAS DEL ANALISIS DINAMICO

PISO DIAF FX FY MZ STORY24-2 D1 10.1 0. 0. STORY24-1 D1 9.4 0. 0. STORY24 D1 96.0 0. 0. STORY23 D1 73.0 0. 0. STORY22 D1 62.0 0. 0. STORY21 D1 49.0 0. 0. STORY20 D1 39.0 0. 0. STORY19 D1 29.0 0. 0. STORY18 D1 21.0 0. 0. STORY17 D1 18.3 0. 0. STORY16 D1 18.0 0. 0. STORY15 D1 18.9 0. 0. STORY14 D1 19.5 0. 0. STORY12 D1 19.1 0. 0. STORY11 D1 21.0 0. 0. STORY10 D1 21.5 0. 0. STORY9 D1 21.8 0. 0. STORY8 D1 22.9 0. 0. STORY7 D1 25.0 0. 0. STORY6 D1 26.8 0. 0. STORY5 D1 26.8 0. 0. STORY4 D1 24.1 0. 0. STORY3 D1 21.5 0. 0. STORY2 D1 18.8 0. 0. STORY1 D1 14.3 0. 0. SOTANO 1 D1 12.6 0. 0. SOTANO 2 D1 9.3 0. 0. SOTANO 3 D1 6.3 0. 0. SOTANO 4 D1 3.5 0. 0. SOTANO 5 D1 2.4 0. 0.

PISO DIAF FX FY MZ STORY24-2 D1 0. 24.1 0. STORY24-1 D1 0. 19.7 0. STORY24 D1 0. 177.5 0. STORY23 D1 0. 118.3 0. STORY22 D1 0. 98.8 0. STORY21 D1 0. 91.0 0. STORY20 D1 0. 93.0 0. STORY19 D1 0. 90.3 0. STORY18 D1 0. 82.3 0. STORY17 D1 0. 79.6 0. STORY16 D1 0. 73.7 0. STORY15 D1 0. 68.2 0. STORY14 D1 0. 62.0 0. STORY12 D1 0. 56.0 0. STORY11 D1 0. 56.6 0. STORY10 D1 0. 51.7 0. STORY9 D1 0. 47.7 0. STORY8 D1 0. 42.3 0. STORY7 D1 0. 38.2 0. STORY6 D1 0. 34.4 0. STORY5 D1 0. 31.1 0. STORY4 D1 0. 28.8 0. STORY3 D1 0. 30.1 0. STORY2 D1 0. 30.1 0. STORY1 D1 0. 26.0 0. SOTANO 1 D1 0. 13.7 0. SOTANO 2 D1 0. 16.2 0. SOTANO 3 D1 0. 15.8 0. SOTANO 4 D1 0. 8.8 0. SOTANO 5 D1 0. 4.6 0.

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Las fuerzas de la Tabla 1 se obtienen de los resultados de los cortantes dinámicos mostrados en las figuras 5 y

6 y se introducen como nuevas condiciones de carga estática manejando los signos y excentricidades que se

deseen a fin de satisfacer la normatividad requerida.

DEFORMACIONES

Figura 9 Deformaciones por sismo x Figura 10 Deformaciones por sismo y


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 la 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 es de 250 ton/m².

Debido a la altura y esbeltez del edificio, las acciones sísmicas generan tensiones en las orillas del edificio, lo

que condujo al empleo de anclas cuyas características se muestran en la figura 11. Las anclas tienen una

capacidad de 150 ton y una longitud de anclaje de 10.00 m.

Figura 11 Detalles de las anclas de cimentación

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PLANOS

Figura 12 Cimentación


Figura 13 Estructura Planta Tipo

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