Cálculo y dimensionado de estructuras de hormigón con CYPECAD

CYPECAD ha sido concebido para realizar el diseño, cálculo y dimensionado de estructuras de hormigón armado y metálicas para edificación y obra civil, sometidas a acciones horizontales, verticales y a la acción del fuego.

Estas estructuras pueden estar compuestas por: pilares (de hormigón, de acero y mixtos), pantallas y muros; vigas de hormigón, metálicas y mixtas; forjados de viguetas (genéricas, armadas, pretensadas, in situ, metálicas de alma llena y de celosía), placas aligeradas, losas mixtas, reticulares y losas macizas; y cimentaciones por losas, vigas de cimentación, zapatas y encepados. También dimensiona y comprueba uniones metálicas soldadas y atornilladas (incluidas las placas de anclaje).

Es posible incluir en la estructura de CYPECAD obras de CYPE 3D integradas (perfiles de acero, aluminio y madera), para su dimensionamiento y optimización de secciones desde el propio CYPECAD.

Interacción de la estructura con los elementos constructivos

CYPECAD dispone de una herramienta informática que permite realizar un análisis dinámico de las estructuras de hormigón armado sometidos a acciones sísmicas que incluye el efecto de los elementos constructivos no estructurales empleados en los cerramientos y particiones de un edificio y considera varios modelos de comportamiento del edificio correspondientes a diferentes situaciones o estados de dichos elementos.

Los cerramientos y particiones de los edificios son considerados elementos ‘no estructurales’, sin embargo, durante un sismo, aportan rigidez a la estructura, modificando la distribución y magnitud de los esfuerzos provocados por la acción sísmica. Por ejemplo, cuando hay una distribución no uniforme entre plantas de las rigideces asociadas a los cerramientos, las fuerzas horizontales tienen mayor incidencia en los pilares de las plantas con menor rigidez, produciendo esfuerzos cortantes de elevada magnitud en los pilares. Si estos no están convenientemente diseñados, los esfuerzos pueden provocar su rotura frágil, lo que haría peligrar la estabilidad del edificio pudiendo llevarlo incluso al colapso.

Este módulo ha sido desarrollado por CYPE, con la colaboración del Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE)de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), estando financiado por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI) y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

Actualmente no existen en el mercado herramientas informáticas para el cálculo estructural de edificios que integren la posibilidad de considerar de forma sencilla los cerramientos y particiones, a pesar de que se ha demostrado que tienen consecuencias directas sobre la estabilidad, rigidez y seguridad del edificio ante un terremoto.

Puesto que este módulo de CYPECAD sí que los integra, manteniendo los tiempos de computación en un valor admisible, su incorporación en los proyectos de edificación incrementará la calidad de éstos y la seguridad de sus ocupantes, pudiéndose evitar lamentables pérdidas tanto materiales como humanas tras un terremoto.

Corrección por cortante basal para el cálculo sísmico mediante el método de análisis dinámico

Determinadas normas sísmicas exigen el cumplimiento de la condición de cortante basal mínimo cuando se aplica el método dinámico modal-espectral para el cálculo de la acción sísmica. La comprobación de cortante basal está implementada en CYPECAD para las siguientes normas:

• 2009 IBC (USA)
• 2011 PRBC (Puerto Rico)
• ASCE 7-05 (USA)
• CFE 2008 (México)
• CHOC-04 (Honduras)
• COVENIN 1756­1:2001 (Venezuela)
• CSCR 2010 (Costa Rica)
• IS 1893 (Part 1): 2002 (India)
• NCh433.Of1996 Mod.2009 (Dºnº61. de 2011) (Chile)
• NEC -11 (Ecuador)
• Norma Técnica E.030 (Perú)
• NSE-10 (Guatemala)
• NSR‑10 (Colombia)
• NTC-2004 (México)
• R-001 2011 (República Dominicana)
• REP-04 (Panamá)
• RPA 99/v 2003 (Argelia)
• RPS 2011 (Marruecos)
• RPS 2000 (Marruecos)
• SANS 10160-4:2011 (Sudáfrica)

El valor del cortante dinámico total en la base (Vd), obtenido después de realizar la combinación modal (CQC), para cualquiera de las direcciones de análisis, no puede ser menor que un determinado valor límite. Dicho valor equivale a un porcentaje (α) del cortante en la base de la estructura calculado mediante el método estático (Vs). Es decir, debe cumplirse la condición:

Si no se cumple la condición de cortante basal mínimo, los resultados del análisis dinámico deben ser ajustados mediante el siguiente factor:

El ajuste cubre todos los resultados del análisis dinámico, incluyendo los desplazamientos, distorsiones, fuerzas en los pisos, cortantes de piso, cortante en la base y fuerzas en los elementos de hormigón armado.

Autor: David Pérez Herrero, profesor del Máster en Cálculo de Estructuras de Obra Civil