SECCIÓN TÉCNICA

DE ESTRUCTURAS

COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DEL ESTADO DE JALISCO, A.C.

UNIFICACIÓN DE LAS COMBINACIONES DE CARGA PARA DISEÑO POR SISMO DEL REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES DE LA CIUDAD DE GUADALAJARA Y LOS MUNICIPIOS DE LA ZONA METROPOLITANA.

José María Solano Salcedo (1)

1 Sección Técnica de estructuras del Colegio de Ingenieros Civiles del estado de Jalisco,

A.C. Consejo Directivo 2016-2017. Guadalajara Jalisco, México.

RESUMEN

La ciudad de Guadalajara y los municipios que integran la zona metropolitana (Zapopan,

Tlaquepaque, Tonalá, Tlajomulco de Zúñiga y El Salto) tienen en el Reglamento de

Construcciones del Municipio de Guadalajara (RCG), la normativa aplicable a cuestiones

de seguridad estructural en las construcciones. Si bien es cierto que el RCG es un

documento acertado y bien fundamentado, también es realidad que la versión vigente (la

de 1997) requiere de actualizaciones para estar a la par de la reglamentación nacional e

internacional afín vigente; en la cual basa el RCG sus principales postulados. Una

cuestión importante, y punto de discusión continúa, es lo referente a las combinaciones

de carga para diseño, aplicables a las recomendaciones sísmicas del RCG; no obstante

de que el RCG posee artículos específicos aplicables a cuestiones sísmicas y anexa

unas Normas Técnicas para Diseño por Sismo, siguen existiendo algunos vacíos que

normalmente son interpretados de manera incorrecta en la práctica de la ingeniería

estructural local.

INTRODUCCIÓN

El RCG de 1997 basa sus principales postulados de diseño en los códigos nacionales e

internacionales vigentes al año en el que fue publicado:

• Reglamento de Construcciones del Distrito Federal, 1987.

• American Concrete Institute, committee 318, 1995 (ACI, 318-95).

• American Institute of Steel Construction (AISC-LRFD, 1993).

• Uniform Building Code, 1997 (UBC, 1997).

• American Society of Civil Engineers, Minimum Design Loads for Buildings and

other Structures, 7-95 (ASCE 7-95).

En el momento de la redacción del RCG los códigos antes mencionados se encontraban

vigentes. Muchos de éstos contenían en sus postulados algunas filosofías que se han

actualizado en las publicaciones más recientes de sus versiones.

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Un ejemplo de lo anterior mencionado, lo constituye el ASCE 7-95 (versión actual vigente

ASCE 7-10, 2010) que en cuestión de normativa sísmica ha cambiado el enfoque de

diseño, el cual ha pasado de tener una concepción a niveles de “servicio” por los niveles

de “resistencia”; pero ¿cómo afecta ello al RCG? Y más aún ¿cómo influye en las

combinaciones de carga para diseño cuando se aplica al diseño por sismo del RCG? Las

respuestas a estos cuestionamientos van de la mano con el concepto de riesgo sísmico,

términos angular en la interpretación de los códigos nacionales e internacionales.

CONCEPTO DE RIESGO SÍSMICO APLICABLE AL REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES DE GUADALAJARA, 1997.

El RCG (en sus Normas Técnicas para Diseño por Sismo) basa el diseño por sismo en

los efectos por fuerzas inerciales, producidas por las aceleraciones que el movimiento del

suelo genera a las estructuras desplantadas sobre éste. Uno de los enfoques aplicables

es el del análisis modal espectral, para el cual el RCG estipula la aplicación de espectros

sísmicos de diseño por aceleraciones con base en una zonificación del tipo de terreno

(terreno I firme, terreno II intermedio, terreno III blando).

Figura 1. Construcción de espectro de respuesta.

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La construcción de los espectros de diseño es un proceso que se realiza por medio de la

aplicación de métodos estadísticos a una base de datos concreta; constituida por las

mediciones directas de las aceleraciones del terreno, durante la ocurrencia de eventos

sísmicos significativos. Los datos son medidos con aparatos especializados llamados

sismógrafos que se encuentran en estaciones de medición conocidas como estaciones

sismográficas. Por medio de los sismógrafos es posible construir un registro de

aceleración del terreno (gráfica aceleración contra tiempo, ver figura 1); cuyos efectos son

aplicados a modelos simplificados de estructuras, conocidos como osciladores, para

construir los espectros de respuestas (es decir saber cómo reacciona la estructura ante el

movimiento del suelo que la sustenta). Se construyen tantos espectros de respuesta sean

necesarios para representar todas las aceleraciones del terreno medidas en una estación.

Ahora bien, si dentro de una misma área geográfica existen varias estaciones

sismográficas, será posible contar con los datos de múltiples mediciones de aceleración

del terreno; y si además, éstas mediciones se han efectuado para varios eventos durante

el transcurso de los años, entonces se cuenta con una base de datos amplia en la que es

requerido aplicar técnicas de estadística para englobar los resultados.

Figura 2. Construcción del espectro de diseño.

Una vez que se han construido los espectros de respuesta se agrupan sobrepuestos (ver

figura 2). El método estadístico determina una curva única (la línea punteado gruesa en la

figura 2) que engloba todas las respuestas surgidas de aplicar las aceleraciones directas

a múltiples osciladores.

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De lo anterior se puede definir el riesgo sísmico como: la probabilidad de que un evento

sobrepase la envolvente de aceleraciones (línea gruesa punteada figura 2) para una serie

de registros. Es evidente entonces que contar con una serie de registros amplia en el

tiempo se vuelve importante en este punto. Una serie amplia en el tiempo está

comprendida en el intervalo marcado entre dos eventos extraordinarios (por ejemplo dos

sismos de magnitud poco común), lo cual es denominada periodo de retorno.

Tanto en el RCG y el Manual de Obras Civiles para Diseño por Sismo de la Comisión

Federal de Electricidad, 1993 (MOCS-93) el periodo de retorno tiene un valor de 100 años

o menor [Tena, 1997], valor considerado como bajo. Para periodos de retorno bajos en

donde el riesgo sísmico se incrementa (con una probabilidad de excedencia del 50% ó

más) se tiene entonces que puntualizar que el diseño sísmico se basa en los niveles de

servicio. Cuando los periodos de retorno se incrementan (de 500 hasta 2000 años) y el

riesgo sísmico disminuye (probabilidad de excedencia del 10% o menos) se tiene que el

diseño sísmico se basa en los niveles de resistencia. Este último enfoque es el usado en

el Manual de Obras Civiles para Diseño Por sismo de la Comisión Federal de

Electricidad, 2008 (MOCS-08).

Aunque los espectros de diseño del RCG utilizan la metodología expuesta en el MOCS-

93; el RCG recurre al uso de la reglamentación internacional al momento del diseño de

acero, concreto y aplicación de combinaciones de carga (puesto que en sí, el RCG no

cuenta con ecuaciones que rigen el diseño en este punto). Esta mezcla de reglamentación

puede volverse hacia el lado de la inseguridad si no se tiene el cuidado de interpolar las

indicaciones entre reglamentos.

COMBINACIONES DE CARGAS PARA DISEÑO POR SISMO APLICABLES AL REGLAMENTO DE GUADALAJARAA, 1997.

Ya se ha aclarado el hecho de que los espectros del RCG se encuentran al nivel de

cargas de “servicio” y que en cuestión de diseño y criterios sobre las acciones el RCG

basa sus recomendaciones en la reglamentación internacional; con esto en mente

debemos remitirnos al hecho de que el RCG utiliza las indicaciones del ASCE 7 en

cuestión de cargas y combinaciones de cargas. Teniendo como base las siguientes

combinaciones de carga:

1. Carga Muerta (CM)

2. Carga viva (CV)

3. Sismo en dirección 1 (SIS 1)

4. Sismo en dirección 2 (SIS 2)

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Se deben generar las siguientes combinaciones de carga:

1. 1.4 CM

2. 1.2 CM + 1.6 CV

3. 1.2 CM + 0.5 CV + 1.4 SIS 1

4. 1.2 CM + 0.5 CV – 1.4 SIS 1

5. 1.2 CM + 0.5 CV + 1.4 SIS 1 + 0.42 SIS 2

6. 1.2 CM + 0.5 CV + 1.4 SIS 1 - 0.42 SIS 2

7. 1.2 CM + 0.5 CV - 1.4 SIS 1 + 0.42 SIS 2

8. 1.2 CM + 0.5 CV - 1.4 SIS 1 - 0.42 SIS 2

9. 1.2 CM + 0.5 CV + 1.4 SIS 2

10. 1.2 CM + 0.5 CV - 1.4 SIS 2

11. 1.2 CM + 0.5 CV + 0.42 SIS 1 + 1.4 SIS 2

12. 1.2 CM + 0.5 CV + 0.42 SIS 1 - 1.4 SIS 2

13. 1.2 CM + 0.5 CV - 0.42 SIS 1 + 1.4 SIS 2

14. 1.2 CM + 0.5 CV - 0.42 SIS 1 - 1.4 SIS 2

Del listado anterior de combinaciones de carga, el diseñador debe tomar en cuenta que:

1. Para las combinaciones de carga que toman en cuenta los efectos sísmicos

(combinaciones de la 3 a la 14) se debe utilizar un factor de carga de 1.0 en la

carga viva cuando se trate el diseño estructural de estacionamientos o estructuras

para talleres o usos especiales en los que se espere que la carga viva sea

superior a 450 Kg/m2.

2. El factor de carga para sismo estipulado en el ASCE 7 y en el ACI es igual a 1.0;

sin embargo para utilizar las combinaciones aplicando los espectros de diseño del

RCG deberá emplearse el factor de carga de 1.4, por el hecho de que los

espectros del RCG están a niveles de cargas de “servicio” como ya se explicó

anteriormente. Para poder emplear el factor de carga de 1.0, deberá de

garantizarse el uso de espectros de diseño a niveles de “resistencia”; como por

ejemplo espectros de sitio construidos con periodos de retorno de 500 años o más.

El ACI en su sección 9.2, deja muy en claro la diferencia entre usar factor de carga

de 1.4 ó 1.0 según se trate de sismo a niveles de “servicio” o sismo a niveles de

“resistencia”, respectivamente; mismo caso de la sección 12.3 del ASCE 7,

aunque ni el ACI ni el ASCE 7 profundizan en explicaciones del concepto de sismo

de “servicio” o sismo de “resistencia” como ya se aclaró en el presente documento.

3. Para tomar en cuenta los efectos de sismo aplicados en acciones bidireccionales

simultáneas, deberá de aplicarse el 100% de los efectos en una dirección más el

30% de los efectos hacia la dirección ortogonal. En casos de estructuras de gran

importancia el efecto combinado se aplica 100% más 50%.

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CONCLUSIONES

1. Deberá emplearse el factor de carga de 1.4 en lugar de 1.0 en las combinaciones

de carga para sismo, cuando se emplean los espectros de diseño del RCG.

2. Los espectros del RCG generan cargas de sismo a nivel de “servicio”.

3. Para emplear el factor de carga de 1.0 deberá emplearse espectro de sitio

construido a nivel de “resistencia”

4. Es requerido uniformizar el criterio de combinaciones de carga al emplear el

diseño sísmico del RCG.

REFERENCIAS

1. ACI Committee 318, 2011, “Building Code Requirements for Structural Concrete

(ACI 318-11) and Commentary (318S-11)”, American Concrete Institute,

Farmington Hills, Mich. USA. 2011.

2. AISC-LRFD, “Steel Construction Manual” , American Institute of Steel Constrution,

Chicago, IL. USA, 2011.

3. ASCE 7-10, “MInimun Design Loads for Buildings and Other Structures,” American Society of Civil Engineers, Reston, Va. USA, 2010.

4. Reglamento Orgánico del Municipio de Guadalajara, Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo, 1997.

5. Reglamento Orgánico del Municipio de Guadalajara, Normas técnicas Complementarias sobre Criterios y Acciones para el Diseño Estructural de las Edificaciones, 1997.

6. Tena Colunga. A. editor (1997), “El macrosismo de Manzanillo del 9 de octubre de 1995”, Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica, A. C., Colima, México; 343 pp.