Análisis Comparativo de Vulnerabilidad y Costo entre Edificios de Marcos y Muros con una Misma Superficie en Planta

Abstract

Existe la idea de que un edificio estructurado en base a muros presenta un mejor comportamiento frente a un sismo y es más económico que un edificio estructurado en base a marcos. Es por esto que el objetivo general del presente Trabajo de Título es comparar en cuanto a vulnerabilidad sísmica y costo, edificios estructurados con marcos y muros de hormigón armado, con el fin de determinar qué tipo de estructuración resulta más conveniente y cuantificar las diferencias entre una u otra. Se analizaron en total cinco edificios, tres estructurados en base a muros y dos en base a marcos. Estos cinco edificios se encuentran emplazados en la Zona Sísmica 2 en un suelo de fundación Tipo II, y poseen como característica común el tener la misma superficie y distribución de elementos estructurales en planta, diferenciándose además del tipo de estructuración, en el número de pisos y subterráneos y en la calidad del hormigón. Entre los cinco edificios se estableció una comparación de resultados del análisis sísmico en cuanto a períodos de vibración, cortes y momentos por piso, y deformaciones, y adicionalmente se realizó un estudio del Perfil Bío-Sísmico (Ref. 4) de cada edificio. Para realizar el análisis comparativo de vulnerabilidad sísmica y costo se diseñaron de acuerdo a las disposiciones de la Norma Chilena NCh433.Of96 (Ref. 10) y del Código de Diseño ACI318-95 (Ref. 1) el edificio de muros y el edificio de marcos de 20 pisos y 3 subterráneos, por lo que ambos cumplen con el escenario normativo. El análisis de vulnerabilidad se llevó a cabo aplicando el método no-lineal “Demanda-Capacidad” a ambos edificios, y para tal efecto, se determinaron las curvas de Capacidad mediante el procedimiento incremental conocido como “Pushover”, y las curvas de Demanda a partir de los espectros de pseudo aceleración empleados en el análisis normativo. En tanto, para el estudio de los costos de obra gruesa se realizó una cubicación de hormigón, acero y moldaje para cada edificio, lo que permitió obtener cuantías y valores de costos totales de obra gruesa. Con este estudio fue posible concluir que aunque ambas estructuraciones arrojaron un valor de ductilidad global igual a uno, el análisis de las curvas de capacidad, la energía disipada y los mecanismos de falla, permitió deducir que el edificio de muros presenta un mejor desempeño que el edificio de marcos frente a la acción sísmica. Con respecto al análisis de costos obra gruesa se obtuvo que el costo total del edificio de muros representa un 88% del costo total del edificio de marcos, diferencia que se debe principalmente a que la cantidad de acero del edificio de muros corresponde a un 63% de la cantidad de acero del edificio de marcos. Se deduce que la estructuración de muros es más conveniente que la estructuración de marcos, en el ámbito de comportamiento frente a un sismo porque presenta menor vulnerabilidad, y también en el ámbito económico, ya que presenta un costo total de obra gruesa menor, aunque la ventaja del edificio de marcos es el mejor aprovechamiento del área en planta para su uso.