Tesis (Magíster en Ingeniería Civil con énfasis en Estructuras)

Recientemente a nivel mundial se han realizado diferentes investigaciones que dan viabilidad al acero de alta resistencia (acero grado 80 y grado 100), como refuerzo interno del concreto y alternativa al acero tradicional (acero grado 60), tanto así que en la actualización del documento ACI 318-19 se incluyó el acero grado 80 para el diseño de estructuras de concreto reforzado con grado de disipación de energía moderado y especial. De igual manera, en reemplazo de los empalmes por traslapo del acero de refuerzo, en los últimos años por facilidades constructivas también se ha implementado el uso de empalmes mecánicos que permiten vincular dos tramos de barras de acero, transmitiendo eficientemente los esfuerzos de un tramo a otro.

Dado el auge que ha tenido el acero de alta resistencia, del cual ya se encuentran consignadas sus propiedades en las ecuaciones de diseño estructural; que ya se está empleando en construcciones en diferentes países a nivel mundial y del cual se espera que pronto se inicie su producción y uso en el territorio colombiano, se realizó el presente proyecto que buscaba evaluar la influencia del grado de acero de refuerzo y del tipo de empalme seleccionado en el diseño estructural de edificios en Colombia con sistema estructural combinado de muros y pórticos de concreto reforzado, por lo cual se realizó un estudio de la factibilidad económica que implica implementar en su diseño, el acero de alta resistencia grado 80 y a su vez evaluar qué tipo de empalme satisface mejor las necesidades de cada caso de estudio propuesto, verificando el impacto en las cantidades de refuerzo requerido al variar la capacidad de disipación de energía entre moderado (DMO) y especial (DES).

Esta evaluación se realizó mediante la modelación matemática de las estructuras en el software ETABS, en el cual se realizaron los diferentes modelos estructurales modificando las siguientes cinco variables de estudio: la resistencia a la fluencia del acero de refuerzo (grado 60 y grado 80), el tipo de empalme para el acero de refuerzo (empalme por traslapo y empalmes mecánicos), la capacidad de disipación de energía (DMO y DES), las luces de diseño (6 y 9 metros) y el número de pisos (5, 10, 15 y 20 pisos). A partir del programa comercial DC CAD se realizó el diseño estructural y se obtuvieron las cantidades de acero y conectores mecánicos de los elementos primarios (vigas, columnas y muros) según cada caso de estudio. Para una mejor interpretación de los resultados se realizaron gráficas comparativas relacionadas con las cuantías de acero de refuerzo y la cantidad de conectores mecánicos, con los costos respectivos los cuales se encuentran en los anexos.

Finalmente, al analizar los resultados obtenidos en las modelaciones estructurales, se encontró que el beneficio económico del uso del acero grado 80 en el diseño estructural se ve reflejado únicamente en las vigas. Con respecto a los conectores mecánicos, los resultados muestran que estos son una alternativa viable exclusivamente en las columnas. En relación con la capacidad de disipación de energía, los sobrecostos estimados fueron relativamente bajos al diseñar con capacidad de energía especial respecto a capacidad moderada, por lo cual resulta favorable diseñar con DES al obtener un mejor comportamiento estructural, brindando mayor confinamiento y detallado estructural cumpliendo los requisitos estipulados en los códigos de diseño estructural.