El documento discute opciones para un diseño sismorresistente y sustentable de edificios de mediana y gran altura en México. Señala que para 2035 la mayoría de la población mexicana vivirá en ciudades y que se necesitan construir más edificios altos de manera eficiente y respetuosa con el medio ambiente. Propone el uso de sistemas estructurales prefabricados y conexiones atornilladas que pueden lograr mayores niveles de seguridad y sustentabilidad con menos materiales. Concluye que se requ

1. Ingeniería Estructural
Un vistazo al futuro…
Opciones para
un Diseño Sismorresistente
Sustentable de Edificios de Mediana
y Gran Altura
Amador Terán Gilmore Amador Terán Gilmore

2. Antecedentes

3. 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.

4. 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…

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. La viabilidad de nuestra comunidad como país sólo será
posible si el ingeniero civil, y en lo particular, el estructural,
tienen el valor de ver hacia adelante…
Energía
100
Operación
80
Construcción
60
40
20
Principio de las tres R:
C2
0
Pasado
1 C1 Reducir
Presente
2
(Particular) Futuro
3
(General)
Reusar
Reciclar

9. ¿Qué hace la ingeniería
estructural a nivel
internacional?

11. Hearst Tower
(diagrid)
20% Menos peso
90% Materiales reciclados

12. 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.

14. ¿Y qué puede hacer la
ingeniería estructural
mexicana?

16. 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.

17. Filosofía actual de diseño sismorresistente
En términos de nuestros sistemas
estructurales tradicionales:
¡Demasiados recursos invertidos!
En términos de las metodologías
tradicionales de diseño: ¡Pérdida
generalizada!

18. 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.

20. Un contraviento restringido contra pandeo es un elemento
estructural capaz de trabajar a compresión sin exhibir pandeo.
Vista en Planta
Material Núcleo de
Núcleo desadherente acero
(fluye)
Vista lateral
Tubo de acero
Tubo de Material
acero confinante
A Corte A-A
A

21. Esqueleto Estructural Tradicional:
Vigas 3,900 toneladas
1 r ln(λ ) Columnas 8,100 toneladas
Contravientos 500 toneladas
Kx =  σ UT + confianza

2 b σ UT Total 12,500 toneladas

 1r 2 
φ = exp − σ CT 
 2b 
1 r 2 
γ = exp  σ DT 
Esqueleto Estructural Innovador:
2 b 
ˆ
φ .C
λ
Vigas 1,200 toneladas confianza
=
Columnas 3,000 toneladas
γ .D ν o
Contravientos 600 toneladas
Total 4,800 toneladas

22. Niveles de Confianza
Seguridad de Prevención de
Edificio Servicio
Vida Colapso
Innovador 42 % 92 % 99 %
Tradicional 7% 53 % 94 %

25. 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.

26. 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.
R o d r í g u e z y B la n d ó n

27. El uso de conexiones atornilladas
para los elementos prefabricados
es muy atractivo desde un punto
de vista de sustentabilidad.
E n g le k i r k

29. Reflexiones

30. 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.

31. Costo Valor

32. 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.

33. 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…