Ingeniería EstructuralIngeniería EstructuralUn vistazo al futuro…Un vistazo al futuro…

Amador Terán Gilmore

Opciones para un Diseño Sismorresistente

Sustentable de Edificios de Mediana y Gran Altura

Amador Terán GilmoreAmador Terán Gilmore

AntecedentesAntecedentesAntecedentesAntecedentes

Dentro del Marco de la Planeación Estratégica de la Infraestructura en México, es importante considerar que para el año 2035, la población de nuestro país ascenderá a una cifra calculada entre 125 y 130 millones de personas. En las ciudades habitará entre el 80 y 85% de esta población.

En nuestro país alrededor del 95% del PIB se produce en las ciudades, y se espera que en los próximos 25 años las ciudades, sin importar su tamaño, sean las unidades productivas que darán sustento a México. Dado que la competitividad de nuestro país depende en gran medida del desempeño económico, institucional, social y físico de las ciudades, la inversión en infraestructura y servicios urbanos durante los próximos 25 años será enorme…

Diversas estimaciones coinciden en señalar que la mayor parte de la población urbana mexicana se concentrará en quince ciudades. Por un lado, se considera deseable que las ciudades mexicanas sean compactas de tal manera que aprovechen al máximo las capacidades instaladas de infraestructura y servicio. Por el otro lado, muchas de las ciudades del país han consolidado su territorio, de tal manera que no hay expectativas para un crecimiento horizontal.

El proceso de urbanización y crecimiento de las ciudades continuará en los próximos años alrededor de la construcción de edificios de mediana y gran altura, y en tono con los tiempos, esto deberá hacerse de manera eficiente y dentro de un ámbito de respeto al medio ambiente.

Si bien las innovaciones requeridas representan un reto considerable, dicho desafío se incrementa sustancialmente en un ámbito donde la re-evaluación de la sismicidad de la República Mexicana va hacia la alta. Dentro de este contexto, la necesidad de lograr los altos niveles de eficiencia requeridos queda contrapuesta con la importancia de la seguridad estructural. Será entonces necesario innovar y estudiar cuidadosamente las opciones que tiene el ingeniero estructural para satisfacer las necesidades de la creciente sociedad mexicana.

12

3

C1

C20

20

40

60

80

100

PasadoPresente

(Particular) Futuro (General)

OperaciónConstrucción

La viabilidad de nuestra comunidad como país sólo seráposible si el ingeniero civil, y en lo particular, el estructural, tienen el valor de ver hacia adelante…

Energía

Principio de las tres R:

ReducirReusarReciclar

¿Qué hace la ingeniería ¿Qué hace la ingeniería estructural a nivel estructural a nivel

internacional?internacional?

¿Qué hace la ingeniería ¿Qué hace la ingeniería estructural a nivel estructural a nivel

internacional?internacional?

Hearst Tower(diagrid)

20% Menos peso

90% Materiales reciclados

Los hechos de que el sistema estructural de la Torre Hearst se haya construido a través del uso de menos recursos naturales, y que varias torres altas han sido construidas utilizando un paradigma similar, ha permitido plantear el concepto de ingeniería estructural sustentable. A pesar de lo sólido del concepto y de las muchas herramientas disponibles a la comunidad de ingenieros estructurales, lo anterior es hoy en día más un concepto que una realidad.

¿Y qué puede hacer la ¿Y qué puede hacer la ingeniería estructural ingeniería estructural

mexicana?mexicana?

¿Y qué puede hacer la ¿Y qué puede hacer la ingeniería estructural ingeniería estructural

mexicana?mexicana?

En términos estructurales, hacer que una estructura soporte su peso es mucho mas fácil que diseñarla para que resista simultáneamente cargas gravitacionales y laterales debidas a sismo. Bajo este contexto, es necesario invertir más cuidado y recursos naturales en la construcción de edificaciones sismorresistentes. El paradigma actual de diseño no promueve el uso eficiente de los recursos naturales del planeta. Deben hacerse cambios profundos para hacer posible el desarrollo sustentable de México.

Filosofía actual de diseño sismorresistenteFilosofía actual de diseño sismorresistente

En términos de nuestros sistemas estructurales tradicionales: ¡Demasiados recursos invertidos!¡Demasiados recursos invertidos!

En términos de las metodologías tradicionales de diseño: ¡Pérdida¡Pérdidageneralizada!generalizada!

Los enfoques innovadores en ingeniería sísmica se centran en la adición de dispositivos mecánicos o estructurales especiales al sistema estructural convencional (o primario). Debido a su vocación de controlar el nivel de daño en la estructura, no estructura y contenidos, estos dispositivos se conocen como sistemas o dispositivos protectores.

Un contraviento restringido contra pandeo es un elemento estructural capaz de trabajar a compresión sin exhibir pandeo.

Vista en Planta

Núcleo(fluye)

Vista lateral

Tubo de acero

A

A

Corte A-A

Tubo deacero

Materialdesadherente

Núcleo deacero

Materialconfinante

Vista en Planta

Núcleo(fluye)

Vista lateral

Tubo de acero

A

A

Corte A-A

Tubo deacero

Materialdesadherente

Núcleo deacero

Materialconfinante

Esqueleto Estructural Tradicional:

Vigas 3,900 toneladasColumnas 8,100 toneladas

Contravientos 500 toneladas

Total 12,500 toneladas

Esqueleto Estructural Innovador:

Vigas 1,200 toneladasColumnas 3,000 toneladasContravientos 600 toneladas

Total 4,800 toneladas

2

2

1exp CTb

r

2

2

1exp DTb

r

oD

Cconfianza

.

ˆ.

UT

confianzaUTx b

rK

)ln(

21

Niveles de Confianza

Edificio Servicio Seguridad de Vida

Prevención de Colapso

InnovadorTradicional

42 %7 %

92 %53 %

99 %94 %

Aunque esto ilustra las posibles contribuciones del concreto prefabricado al desarrollo sustentable, por muchos años este sistema no se ha considerado como una alternativa atractiva.

En términos de un sistema estructural prefabricado, las pruebas indican que es capaz de acomodar distorsiones importantes sin exhibir daño estructural de importancia. Es posible plantear que este tipo de sistemas alcance distorsiones cercanas a 0.01, y puedan ser ocupadas inmediatamente después de la excitación sísmica de diseño.

Rodríguez y Blandón

Englekirk

El uso de conexiones atornilladas para los elementos prefabricados es muy atractivo desde un punto de vista de sustentabilidad.

El uso de conexiones atornilladas para los elementos prefabricados es muy atractivo desde un punto de vista de sustentabilidad.

ReflexionesReflexionesReflexionesReflexiones

Es necesario re-interpretar las lecciones que nos trajo el pasado con miras a edificar nuestro futuro. Los tiempos demandan cambios.

Es importante desarrollar propuestas originales para resolver las grandes necesidades de nuestro país. Requerimos desarrollar nuestro potencial tecnológico a través de desarrollar metodologías y sistemas estructurales innovadores.

Costo Valor

Aunque con algunas limitaciones, particularmente en el uso de materiales estructurales innovadores, puede decirse que dos o tres años separan a la comunidad mexicana de ingeniería estructural de la posibilidad de contribuir exitosamente al desarrollo sustentable del planeta. Horizontes de tiempo similares pueden considerarse para otros países en desarrollo. A pesar de esto y con pocas excepciones, nuestros países insisten en usar metodologías de diseño y sistemas estructurales que en este punto de la historia del desarrollo humano resultan en un desperdicio irracional de recursos naturales.

En estos términos, los mayores obstáculos que el ingeniero estructural confronta en México no son de naturaleza técnica, sino que tienen que ver con la manera en que pensamos que nuestros edificios deben resistir los sismos…