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Comparative Numerical Evaluation of the Seismic Behavior of the Steel Framing System and Confined Masonry for a Single-Family Dwelling in Peru: A Computational Modeling Study

Este estudio computacional demuestra que, bajo condiciones sísmicas y restricciones geométricas específicas de Perú, un sistema de Steel Framing es una alternativa ligera técnicamente viable frente a la albañilería confinada para viviendas unifamiliares, dado que ambos sistemas cumplen con las normas de seguridad sísmica E.030 a pesar de que la albañilería exhibe una mayor rigidez lateral y cortante basal.

Autores originales: JULIAN ÑAUPA TAPULLIMA, PAUL RICARDO PRUDENCIO GALVEZ

Publicado 2026-08-11

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CC BY 4.0

Autores originales: JULIAN ÑAUPA TAPULLIMA, PAUL RICARDO PRUDENCIO GALVEZ

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

Imagina el suelo bajo nuestros pies como un trampolín gigante e impredecible. A veces, rebota suavemente; otras veces, sacude con la fuerza suficiente para hacer que una casa se derrumbe. En lugares como Perú, donde la tierra se asienta en un borde volátil de la corteza del planeta, este temblor es una realidad constante. Cuando el suelo se mueve, los edificios tienen que moverse con él, pero deben hacerlo sin desmoronarse. Los ingenieros son como los arquitectos de la seguridad, preguntándose constantemente: "¿Qué tipo de casa puede bailar con el terremoto sin tropezar?".

Para responder a esto, observan a dos "bailarines" muy diferentes. El primero es la Albañilería Confinada, la campeona de peso pesado tradicional. Piensa en ella como una casa construida con ladrillos pesados y reforzada con columnas de concreto, como un traje de armadura robusto y rígido. Es pesada, rígida y depende de su masa y solidez para resistir el sacudón. El segundo bailarín es la Estructura de Acero, un contendiente moderno y ligero. Imagina una casa construida con un esqueleto de delgados perfiles de acero galvanizado, similar al armazón de una tienda de campaña de alta tecnología o a una jaula de pájaros muy fuerte. Es increíblemente ligera y flexible. La gran pregunta no es solo cuál es más fuerte, sino cuál maneja mejor el ritmo específico de un terremoto peruano. ¿La armadura pesada mantiene su posición o el marco flexible se balancea y sobrevive?

Este estudio se sumerge en esa misma pregunta, pero en lugar de construir dos casas reales y sacudirlas hasta que se rompan (lo cual sería costoso y desordenado), los investigadores construyeron dos gemelos digitales perfectos dentro de un potente programa informático llamado ETABS 22. Simularon una casa de un solo piso en Lima, Perú, y sometieron tanto a la versión de ladrillo y concreto como a la versión de estructura de acero a las mismas reglas de terremoto virtual definidas por las normas de seguridad del país.

Los resultados fueron una fascinante danza de números. La casa de Albañilería Confinada, pesada, resultó ser la bailarina más rígida. Apenas se tambaleó, con un "tiempo de balanceo" (llamado periodo) de solo 0.150 segundos. Debido a que era tan rígida, sintió toda la fuerza del terremoto, generando un empuje masivo en su base (cortante basal) de 35.2 kN. Se mantuvo muy segura, con un balanceo máximo (deriva de entrepiso) de solo 0.0031, lo cual está muy por debajo del límite de seguridad de 0.005.

La casa de Estructura de Acero, por otro lado, era la bailarina flexible. Debido a que era mucho más ligera, se balanceó más libremente, tomando 0.280 segundos para completar un ciclo de balanceo, casi el doble que la casa de albañilería. Esta flexibilidad significó que no sintió el terremoto con tanta fuerza; el empuje en su base fue de solo 26.6 kN, aproximadamente un 32.3% menos que la casa de ladrillo. Sin embargo, debido a que se balanceó más, su oscilación fue mayor, alcanzando 0.0048 en una dirección. Esto sigue estando de forma segura por debajo del límite de 0.005, pero estaba mucho más cerca del borde que la casa de ladrillo.

Aquí está el giro: mientras que la casa de ladrillo apenas se movió, la casa de acero tuvo que trabajar más internamente para manejar ese movimiento. Los perfiles de acero individuales en la estructura tuvieron que lidiar con fuerzas de flexión 190% más altas y fuerzas cortantes 74% más altas que las columnas de concreto en la casa de ladrillo. Es como si la casa de ladrillo se hubiera quedado quieta mientras que la casa de acero tuvo que retorcerse y girar para absorber la energía.

La conclusión fundamental de estas simulaciones por computadora es que ambos sistemas son seguros para una casa de un solo piso en esta zona sísmica específica. La casa de ladrillo gana en rigidez y en mantenerse en su lugar, mientras que la casa de acero gana en ser ligera y reducir la fuerza general del terremoto. El estudio señala explícitamente que no probó qué tan rápido se pueden construir estas casas o cuánto cuestan, por lo que esas famosas afirmaciones sobre si la estructura de acero es más barata o rápida no forman parte de este hallazgo específico. Dentro del mundo digital de este estudio, ambos bailarines sobrevivieron a la música, demostrando que una casa de acero ligera es una alternativa técnicamente viable a la albañilería tradicional, siempre que se diseñe para manejar su propio estilo único de balanceo.

Resumen Técnico: Evaluación Numérica Comparativa de Estructuras de Acero (Steel Framing) frente a Albañilería Confinada en Perú

Planteamiento del Problema
La ubicación de Perú dentro del Cinturón de Fuego del Pacífico exige estándares rigurosos de seguridad sísmica para la vivienda, particularmente en zonas de alta densidad como Lima. Si bien la albañilería confinada sigue siendo el sistema de construcción predominante en el país, regido por la Norma Técnica de Edificación (RNE), los sistemas de Steel Framing prefabricado (utilizando perfiles de acero galvanizado conformados en frío) han surgido como una alternativa ligera. Sin embargo, se ha identificado como una brecha metodológica la falta de una comparación sistemática y cuantitativa del comportamiento sísmico entre estos dos sistemas específicos bajo los parámetros exactos de la Norma E.030 de Perú —específicamente para viviendas unifamiliares—. Este estudio aborda la necesidad de una toma de decisiones técnicas basada en evidencia mediante la evaluación numérica de cómo el Steel Framing se desempeña en relación con la albañilería confinada en una zona sísmica, sin depender de prototipos físicos.

Metodología
La investigación empleó un diseño descriptivo-comparativo, transversal, no experimental y cuantitativo. El estudio utilizó simulación computacional mediante el software ETABS 22, automatizada a través de la API COM de Python, para modelar dos prototipos estructurales tridimensionales con dimensiones geométricas idénticas (6.00 m × 4.00 m × 2.40 m) y condiciones de sitio (suelo Tipo S2 en Lima, Zona Sísmica 3).

Modelos:
- Albañilería Confinada: Presentó columnas de concreto armado de 15×15 cm ( $f'_c$ = 175 kgf/cm²) y muros portantes ( $f'_m$ = 65 kgf/cm²).
- Steel Framing: Utilizó perfiles de acero conformado en frío ASTM A446 Gr.C (montantes C100×50×1.5 mm y rieles U100×40×0.9 mm) espaciados a 0.60 m.
Análisis: Ambos modelos fueron sometidos a un análisis modal (12 modos) y un análisis espectral CQC de acuerdo con la norma E.030-2018. Los indicadores clave de desempeño incluyeron periodos fundamentales ( $T_1$ ), derivas de entrepiso ( $\Delta/H$ ), cortante basal ( $V$ ) y fuerzas internas (axiales, cortantes y momentos flectores).
Cumplimiento: Los resultados se verificaron contra el límite de deriva de la E.030 ( $\leq 0.005$ ) y el requisito de masa participante acumulada del 90%. Las fuerzas internas se evaluaron utilizando LRFD (AISC 360-16) para el Steel Framing y métodos de resistencia última (E.060) para la albañilería.

Resultados Clave
El análisis numérico arrojó los siguientes hallazgos comparativos:

Rigidez y Periodos: La albañilería confinada demostró una rigidez lateral significativamente mayor, con un periodo fundamental ( $T_1$ ) de 0.150 s en comparación con los 0.280 s del sistema de Steel Framing (una diferencia del 86.7%). Ambos periodos se situaron por debajo del periodo de esquina ( $T_p$ = 0.60 s) del espectro de diseño, evitando la zona de máxima amplificación espectral.
Derivas de Entrepiso: Ambos sistemas cumplieron con el límite de deriva de la E.030 de 0.005.
- Albañilería Confinada: Las derivas máximas fueron 0.0031 (dirección X) y 0.0029 (dirección Y), lo que representa el 62% y el 58% del límite, respectivamente.
- Steel Framing: Las derivas máximas fueron 0.0048 (dirección X) y 0.0046 (dirección Y), lo que representa el 96% y el 92% del límite. Aunque cumple, el Steel Framing operó con un margen de seguridad notablemente menor.
Cortante Basal: La albañilería confinada exhibió un cortante basal un 32.3% mayor (35.2 kN) que el Steel Framing (26.6 kN). Esta reducción en la demanda sísmica para el Steel Framing se atribuye a su menor masa estructural y al mayor coeficiente de reducción ( $R=8.0$ ) asignado a los sistemas de acero en comparación con la albañilería ( $R=3.0$ ).
Fuerzas Internas: Debido a la ausencia de muros portantes, los montantes del Steel Framing experimentaron fuerzas internas significativamente mayores en comparación con las columnas de albañilería:
- Fuerzas axiales: ~29% superiores.
- Fuerzas cortantes: ~74% superiores.
- Momentos flectores: ~190% superiores.

Contribuciones Clave
El estudio proporciona un conjunto de datos numéricos trazables que comparan dos sistemas constructivos distintos bajo las mismas restricciones regulatorias y geométricas. Al utilizar la API COM de Python de ETABS 22, los autores establecieron un protocolo replicable para generar datos comparativos de desempeño sísmico. La investigación llena un vacío específico en la literatura al contrastar directamente el Steel Framing y la albañilería confinada dentro del contexto de la Norma Peruana E.030, ofreciendo evidencia cuantitativa sobre el control de derivas, periodos modales y distribución de fuerzas para viviendas unifamiliares de un nivel.

Significancia y Pretensiones
El artículo concluye que, dentro del alcance específico de un prototipo de un nivel sobre suelo Tipo S2 en Lima, ambos sistemas son técnicamente viables y satisfacen los criterios de seguridad sísmica de la Norma E.030.

La Albañilería Confinada se caracteriza por una mayor rigidez y un control de deriva superior, ofreciendo márgenes de seguridad más amplios.
El Steel Framing se caracteriza por una menor masa estructural y una reducción en la demanda de cortante basal, validando su potencial como una alternativa ligera de resistencia sísmica.

Los autores declaran explícitamente que el estudio se limita al análisis elástico-lineal y no evalúa el comportamiento no lineal, la interacción suelo-estructura o la economía de la construcción. Por consiguiente, el documento afirma que, si bien el Steel Framing es una alternativa estructural viable para las condiciones analizadas, las afirmaciones sobre velocidad de construcción o rentabilidad —citadas frecuentemente en la literatura general— no fueron evaluadas y no deben inferirse de estos resultados sísmicos específicos. La significancia del trabajo radica en proporcionar una base rigurosa y basada en datos para que los ingenieros consideren el Steel Framing como una opción conforme para viviendas unifamiliares en las zonas sísmicas de Perú, siempre que se cumplan las restricciones geométricas y regulatorias específicas.

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