Evaluación estructural y económica de una edificación comercial con sistemas de concreto armado convencional y postensado en vigas, con un análisis no lineal Pushover y desempeño sísmico, en la ciudad de Lima

Abstract

El objetivo principal de esta investigación fue evaluar el comportamiento estructural y sísmico de una edificación comercial en Lima, utilizando sistemas de concreto armado convencional y concreto postensado en vigas. Se buscó analizar las diferencias en el desempeño sísmico, el comportamiento de materiales y los costos asociados a estos sistemas. Para alcanzar este objetivo, se llevaron a cabo análisis no lineales Pushover que permitieron estudiar el comportamiento de las estructuras ante cargas sísmicas. Se examinaron las curvas esfuerzo-deformación del acero y el concreto, identificando las características de ambos materiales. Se analizaron rótulas plásticas en vigas, evaluando su resistencia y asimetría en flexión positiva y negativa. Además, se modeló la estructura en software de ingeniería como ETABS y se generaron curvas de capacidad. Se compararon los resultados obtenidos para estructuras de concreto armado convencional y postensado. Los resultados indican que, en general, las estructuras de concreto armado convencional demostraron un mejor desempeño sísmico que las estructuras de concreto postensado. Se observó una mayor resistencia a la flexión positiva en las rótulas plásticas de las vigas de concreto reforzado, mientras que en las de concreto postensado predominó la flexión positiva. Para una demanda sísmica de 475 años, las estructuras cumplieron con criterios de "seguridad de vida", pero para un período de retorno de 2500 años, se observaron mayores demandas y deformaciones. En base a los resultados, se concluye que el concreto reforzado convencional exhibe un mejor comportamiento sísmico en la edificación comercial estudiada. Se identificó simetría en la curva esfuerzo-deformación del acero y una forma parabólica en la del concreto. Las rótulas plásticas presentaron asimetría en su comportamiento. La resistencia y capacidad de deformación de las estructuras fueron adecuadas para eventos sísmicos con un período de retorno de 475 años, pero se vieron superadas en un escenario de 2500 años. Además, se destacó la influencia de la longitud de las vigas en los costos de construcción, siendo el concreto postensado más rentable para luces mayores a 10 metros.

The main objective of this research was to evaluate the structural and seismic behavior of a commercial building in Lima, using conventional reinforced concrete and post-tensioned concrete systems in beams. The aim was to analyze the differences in seismic performance, material behavior, and associated costs of these systems. To achieve this objective, non-linear Pushover analyses were conducted to study the behavior of the structures under seismic loads. The stress-strain curves of steel and concrete were examined, identifying the characteristics of both materials. Plastic hinges in beams were analyzed, evaluating their strength and asymmetry in positive and negative bending. Furthermore, the structure was modeled using engineering software like ETABS, and capacity curves were generated. The results were compared between conventional reinforced concrete and post-tensioned structures. The findings indicate that, overall, conventional reinforced concrete structures demonstrated better seismic performance than post-tensioned concrete structures. Greater resistance to positive bending was observed in the plastic hinges of reinforced concrete beams, while post-tensioned beams predominantly exhibited positive bending. For a seismic demand with a return period of 475 years, the structures met "life safety" criteria, but for a 2500-year return period, higher demands and deformations were observed. Based on the results, it is concluded that conventional reinforced concrete exhibits better seismic behavior in the studied commercial building. Symmetry was identified in the stress-strain curve of steel and a parabolic shape in the concrete curve. Plastic hinges displayed asymmetry in their behavior. The strength and deformation capacity of the structures were adequate for seismic events with a 475-year return period but were exceeded in a 2500-year scenario. Additionally, the influence of beam length on construction costs was highlighted, with post-tensioned concrete being more cost-effective for spans greater than 10 meters.