I CURSO TALLER APLICATIVO EDIFICACIONES DE ALBAÑILERÍA CONFINADA
1.
CONSIDERACIONES CONSIDERACIONES BÁSICAS PARA EL DISEÑO
2.
PROCEDIMIENTOS PROCEDIMIENTOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO EN ALBAÑILERÍA
3.
TEORÍA SOBRE CORRECCIÓN POR TORSIÓN
4.
TABLAS PARA EL DISEÑO
M.Sc. Ing. RONALD DANIEL SANTANA TAPIA Huancayo, 2015
1.
CONSIDERACIONES BÁSICAS PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL Entre las consideraciones más importantes de carácter estructural a tomarse en cuenta, son los siguientes: -
La concepción estructural en albañilería es más apropiada para edificios en los cuales las plantas están subdivididas en una relativa gran cantidad de ambientes de tamaño medio o pequeño ( 3.5 a 5.0 m) y estas plantas se repiten con ligeros cambios a través de la altura.
-
Para que un muro se considere confinado, y ante la naturaleza cíclica del efecto sísmico, será necesario que la albañilería esté enmarcado en sus cuatro bordes por elementos de concreto armado (columnetas y vigas soleras y/o la cimentación) especialmente diseñados.
-
Por la importancia que tienen los muros ubicados en el perímetro del edificio (por aportar la mayor rigidez torsional), y a todo aquel que absorba más del 10% del cortante basal sísmico, deberá proporcionársele elementos de confinamiento.
-
La sección transversal mínima de los elementos de confinamiento debe ser ( Ac = 20 * t ) cm², donde “t” es el espesor del muro.
-
El refuerzo longitudinal mínimo debe ser de 4ø3/8” y el estribaje mínimo de confinamiento debe ser de ø1/4” con un espaciamiento de: 1 @ 0.05 m, 4 @ 0.10 m, r @ 0.25 m.
-
La distancia máxima entre columnas debe ser menor al doble de la altura entre arriostres horizontales ( L 2h), ya que cuanto más distanciadas estén, disminuirá el confinamiento en la región central de la albañilería, y no se podrá controlar el tamaño de las grietas.
-
El espesor efectivo mínimo de los muros debe ser ( t h/20), donde h es la altura libre del muro. De seguirse esta recomendación y la anterior, se evitará la falla por carga perpendicular al plano del muro confinado. Asimismo, de emplearse un espesor h/20, e imponiéndose un límite máximo al esfuerzo axial actuante igual a 0.15 f´m, se evitara la falla por compresión en el muro confinado.
-
De preferencia debe emplearse como sistema de techado la losa maciza (o aligerada) armada en dos sentidos, con el objeto de que todos los muros porten una carga vertical que no sea excesiva, ya que si bien la resistencia al corte del muro aumenta con el incremento de la carga vertical, su ductilidad disminuye drásticamente.
-
De preferencia, las vigas aisladas y coplanares con los muros no deben ser chatas , ya que las vigas de un peralte suficiente, son elementos dúctiles que pueden aprovecharse como disipadores de energía entes que ocurra la falla de los muros; además, éstas atenúan las concentraciones de esfuerzos en la losa del techo, producto del giro de los muros, e incrementan la rigidez lateral del sistema.
-
El alfeizar de ventanas, debe separarse de la estructura principal con una junta sísmica no menor de ½” y diseñarse ante acciones
perpendiculares a su plano. De no realizarse esta independización, se creará problemas de muros cortos, y el modelaje matemático será mucho más complejo. -
La densidad mínima de los muros confinados en cada dirección del edificio, será: Am / Ap N / 150, (para edificios) Am / Ap N / 165, (para viviendas de 1 ó 2 pisos) Donde:
Am = Área de muros en cada dirección (m²) Ap = Área de la edificación por piso (m²) N = Número de pisos de la edificación -
La longitud total mínima de muros, expresada en metros lineales en cada dirección será igual a: Lmín = 0.042 * A * N Donde:
Lmín = Longitud mínima de muros (m) A = Área en planta (m²) N = Número de pisos -
Para una edificación de uno o dos pisos, un criterio para un diseño simplificado es considerar: Lmín = 0.24 * Aco Donde:
Lmín = Longitud mínima de muros (m) Aco = Área construida (m²)
2.
PROCEDIMIENTOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO EN ALBAÑILERÍA Se recomienda seguir el siguiente procedimiento: DISEÑO DE LA LOSA AL IGERADA
a.
b. c. d. e. f. g. h.
Estructuración y predimensionamiento de elementos del sistema (muros estructurales, muros no estructurales o tabiquerías, columnetas, vigas soleras, vigas de vano, vigas de volado, vigas de amarre, etc...). Predimensionamiento de la losa aligerada ( h L / 25). Metrado de cargas verticales o gravitacionales (carga muerta CM+ carga viva CV). Combinación de cargas parta determinar la carga última: Wu = 1.5 CM+1.8 CV Planteamiento del modelo estructural o modelo matemático. Análisis estructural (aplicando cualquiera de los método siguientes: De los coeficientes del ACI, Hardy Cross, Ecuación de los tres momentos, etc…). Diseño de las viguetas (Cálculo del aceros de refuerzo positivo y del acero de refuerzo negativo, así como el acero por temperatura y contracción de fragua). Dibujar el plano de techo (aligerados), detallándolos esquemáticamente.
DISEÑO DE LOS MUROS ESTRUCTURALES
A. Diseño por Cargas Verticales (Compresión Axial) a. Metrado de cargas verticales o gravitacionales (CM y CV) sobre cada muro, piso por piso y total, de acuerdo a su área tributaria de influencia. b. Verificar el esfuerzo por compresión axial para cada muro, especialmente en los muros del primer piso ( f a Fa).
B. Diseño por Fuerza Cortante a. Cálculo del peso de cada piso “Pi” y el peso total “P” de la edificación. (P = CM + 25% CV) b. Determinar la fuerza sísmica horizontal “H” (Cortante basal) en la base de la edificación, por el Método Estático de la Norma Peruana de Diseño Sismorresistente NTE-E.030.
c. Distribuir la fuerza sísmica “H” en altura del edificio, para obtener la fuerza sísmica en cada nivel de techo “Fi” del edificio. (Fi = Pihi / Pihi . H). d. Determinar la fuerza cortante “Vi” para cada entrepiso del edificio. Estas fuerzas cortantes “Vi” de los entrepisos de la edificación, corresponden tanto para el análisis del sismo en la dirección X-X o para el análisis del sismo en la dirección Y-Y. Para cada d irecc ión de an álisis del s ism o y Para cada piso de la edificación:
e. Determinar su rigidez lateral “km” de cada muro estructural y la rigidez lateral total “KT” del piso. f. Distribuir la fuerza cortante “VP” del piso en análisis, entre los muros proporcionalmente a sus rigideces. ( Vmuro = Km / KT . VP). g. A la fuerza cortante de los muros “Vmuro”, se le incrementará las correcciones por torsión, debidas a la excentricidad real y a la excentricidad accidental, obteniéndose de esa manera los cortantes de diseño “Vd”. (Ver 3er . punto) Cuando en cortante de diseño del muro “ Vd” pasa el 30% del total, se le incrementa en 25% su valor. h. Verificar el esfuerzo por fuerza cortante en los muros, especialmente en los del primer piso. ( va Va) i. Con el cortante de diseño “ Vd”, diseñar los elementos de confinamiento vertical y horizontal para cada muro.
C. Diseño por Flexocompresión (verificación) De acuerdo a la norma N.T.E.-E.070, para los casos de flexocompresión, la compresión combinada de la carga vertical y el momento será tal que: f a + f m Fa Fm
1
En donde: f a = Es el esfuerzo resultante de la carga vertical axial Fa = Es el esfuerzo admisible para carga axial f m = Es el esfuerzo resultante del momento (f m=M/S, S=I/(L/2)) Fm = Es el esfuerzo admisible para compresión por flexión. (Fm = 0.40 f’m)
D. Diseño por Carga Perpendicular al plano del muro (verificación) a. La distancia máxima entre columnas debe ser menor al doble de la altura entre arriostres horizontales ( L 2h), ya que cuanto más distanciadas estén, disminuirá el confinamiento en la región central de la albañilería, y no se podrá controlar el tamaño de las grietas. b. El espesor efectivo mínimo de los muros debe ser ( t h/20), donde h es la altura libre del muro. De seguirse esta recomendación y la anterior, se evitará la falla por carga perpendicular al plano del muro confinado.
DISEÑO DE LA CIMENTACION
Diseñar la cimentación corrida de concreto ciclópeo, para el muro más cargado (crítico) de la cimentación céntrica y para el muro más cargado de la cimentación excéntrica. El diseño se efectuará por el método de cargas de servicio, considerando una longitud unitaria del cimiento (a = 1 m). El ancho del cimiento estará dado por: b= P t
En donde: b = Ancho de la zapata corrida (m). P = Carga de servicio por metro de longitud (ton/ml). t = Capacidad portante del terreno (ton/m²). El ancho mínimo del cimiento será de 0.40m y altura mínima de 0.60 m.
3. TEORÍA SOBRE CORRECIÓN POR TORSIÓN Si el centro de masas no coincide con el centro de rigideces se produce un momento torsor el cuál produce un incremento en los cortantes, estos incrementos deben ser considerados para efectos de diseño. El momento torsor se evalúa en cada nivel y en cada dirección de análisis del sismo. A. Cálcu lo de excen tricid ades Dirección de análisis XX:
Excentricidad real :
ey = yCM – yCR = e
Excentr. accidental :
eacc = 0.05 Dy
Dirección de análisis YY:
Excentricidad real :
ex = xCM – xCR = e
Excentr. accidental :
eacc = 0.05 Dx
B. Cálcu lo de Mo m ento s to rso res
En cada nivel además de la fuerza cortante directa, se aplicará el momento torsor bajo dos condiciones siguientes: Dirección de análisis XX:
Condición 1 :
Mt1x = Vi (1.5 e + eacc)
Condición 2 :
Mt2x = Vi (e – eacc)
Dirección de análisis YY:
Condición 1 :
Mt1y = Vi (1.5 e + eacc)
Condición 2 :
Mt2y = Vi (e – eacc)
Donde: Vi = Fuerza cortante del piso “i”.
C. Incremento de fuerza cortante p or torsión:
Dirección de análisis XX:
Condición 1 :
ΔVix = Mt1x . Kxi . (yi – yCR)
Em J Condición 2 :
ΔVix = Mt2x . Kxi . (yi – yCR)
Em J Dirección de análisis YY:
Condición 1 :
ΔViy = Mt1y . Kyi . (xi – xCR)
Em J Condición 2 :
ΔViy = Mt2y . Kyi . (xi – xCR)
Em J
K xi 2 K yi 2 J Y X Em Em x = xi – xCR y = yi - yCR Donde: J xi, yi
= Momento polar de inercia. = Ubicación del muro respecto a un sistema de referencia.
4.
TABLAS PARA EL DISEÑO
CARACTERISTICAS DE LAS BARRAS
Diámetro
Nº
Pulg.
Peso
Perímetro
Area según número de barras (cm²)
cm.
cm.
kg/ml
varilla (kg)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2
1/4
0,635
2
0,25
2,3
0,32
0,64
0,96
1,28
1,60
1,92
2,24
2,56
2,88
3,20
3,52
3,84
3
3/8
0,953
3
0,58
5,3
0,71
1,42
2,13
2,84
3,55
4,26
4,97
5,68
6,39
7,10
7,81
8,52
4
1/2
1,27
4
1,02
9,3
1,29
2,58
3,87
5,16
6,45
7,74
9,03
10,32
11,61
12,90
14,19
15,48
5
5/8
1,587
5
1,6
14,6
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
22,00
24,00
6
3/4
1,905
6
2,26
20,7
2,84
5,68
8,52
11,36
14,20
17,04
19,88
22,72
25,56
28,40
31,24
34,08
8
1
2,54
8
4,04
37,0
5,10
10,20
15,30
20,40
25,50
30,60
35,70
40,80
45,90
51,00
56,10
61,20
11
1 3/8
3,581
11,2
7,9
72,7
10,06
20,12
30,18
40,24
50,30
60,36
70,42
80,48
90,54
1 00,60
110,66
120,72
ANCHO MÍNIMO DE VIGA PARA COLOCACIÓN DE VARILLAS EN UNA CAPA Ancho mínimo de viga (centímetros) Nº de varillas
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
3/8"
15
19
22
25
29
33
36
39
43
47
50
r
1/2"
16
20
24
27
31
35
39
43
46
50
54
e
5/8"
16
21
25
29
33
37
41
45
49
53
57
á
3/4"
17
22
26
30
34
39
44
48
52
56
61
D
1"
18
23
28
33
38
43
48
53
58
63
68
21
28
35
42
49
57
64
71
78
85
93
i
m
t
o
2
1 3/8"
ANCHO MÍNIMO DE VIGA PARA COLOCACIÓN DE VARILLAS EN UNA CAPA Ancho mínimo de viga (centímetros) Nº de varillas
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
3/8"
15
19
22
25
29
33
36
39
43
47
50
r
1/2"
16
20
24
27
31
35
39
43
46
50
54
e
5/8"
16
21
25
29
33
37
41
45
49
53
57
á
3/4"
17
22
26
30
34
39
44
48
52
56
61
D
1"
18
23
28
33
38
43
48
53
58
63
68
21
28
35
42
49
57
64
71
78
85
93
i
m
t
o
2
1 3/8"
RECUBRIMIENTOS MINIMOS ELEMENTOS
r mín (cm)
a) Zapatas - Vaciado contra el suelo - Vaciado sobre solado
7,5 5
b) Vigas de cimentación - Vaciado contra el suelo - Vaciado sobre solado o con encofrado
7,5 5
c) Columnas, placas y vigas peraltadas
4
d) Losas
2
e) Vigas chatas Nota: El recubrimiento se mide al exterior del estribo.
2ó3
