Integración estructural de vigas compuestas embebidas en concreto reforzado en el diseño de un edificio de 15 niveles en Huehuetenango, Guatemala

Abstract

Este trabajo analiza el desempeño estructural y económico de un edificio de 15 niveles en Huehuetenango, Guatemala, comparando vigas principales de concreto reforzado y vigas compuestas de acero y concreto mediante modelación tridimensional y memorias de cálculo. Se evaluaron derivas de piso, cortantes, modos de vibración, capacidad resistente, peso estructural, desempeño de las vigas según la longitud y costos de materiales. Los resultados indican que ambos sistemas cumplen los requisitos sísmicos, pero las vigas compuestas presentan periodos fundamentales más largos, cortantes de piso menores y una reducción del peso total del 22 %, disminuyendo las fuerzas inerciales y aumentando derivas. En cuanto al efecto del aumento de la longitud de luz, las vigas de concreto requirieron un incremento de sección significativamente mayor, mientras que las vigas compuestas solo aumentaron de manera moderada, evidenciando una mayor eficiencia estructural de estas últimas para luces mayores. En términos de capacidad, las vigas de concreto evidencian mayor optimización que las vigas compuestas. En el aspecto económico, el costo de materiales para las vigas compuestas resultó inferior, con una diferencia de Q409,149.66 (7.04 %) respecto a las de concreto reforzado. Se concluye que las vigas compuestas constituyen una alternativa estructural segura para edificaciones de gran altura en zonas sísmicas, cuya viabilidad final debe evaluarse mediante un análisis económico integral que considere no solo los costos iniciales y los beneficios durante el ciclo de vida, sino también las ventajas potenciales de su uso en proyectos con mayores longitudes de luz.

This study analyzes the structural and economic performance of a 15-story building in Huehuetenango, Guatemala, comparing reinforced concrete main beams with steel–concrete composite beams through three-dimensional modeling and structural calculation reports. Story drifts, story shears, vibration modes, load capacity, total structural weight, beam performance according to span length, and material costs were evaluated. The results indicate that both systems meet seismic requirements; however, composite beams exhibit longer fundamental periods, lower story shears, and a 22 % reduction in total weight, thereby decreasing inertial forces while slightly increasing drifts. Regarding the effect of increasing span length, the reinforced concrete beams required a significantly larger increase in cross-sectional area, while the composite beams increased only moderately, demonstrating the greater structural efficiency of the latter for longer spans. In terms of capacity, reinforced concrete beams show greater optimization than composite beams. Economically, the cost of materials for the composite beams was lower, with a difference of Q409,149.66 (7.04 %) compared to reinforced concrete beams. It is concluded that composite beams constitute a safe structural alternative for high-rise buildings in seismic regions, whose final feasibility should be evaluated through a comprehensive economic analysis that considers not only the initial costs and life-cycle benefits, but also the potential advantages of their use in projects with longer spans.