Diseño Estructural de Un Edificio Multifamiliar de Cuatro Pisos en Albañileria Confinada

Bach. Marín Montoya & Bach. Zegarra Castillo

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

“DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO MULTIFAMILIAR MULTIFAMILIAR DE CUATRO PISOS EN ALBAÑILERIA CONFINADA” TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO CIVIL

AUTORES : Br. MARIN MONTOYA, RUBEN DARIO Br. ZEGARRA CASTILLO, MARK ANTHONY

ASESOR

: ING. CESAR CANCINO RODAS.

TRUJILLO - PERU 2007

- 27 -


PRESENTACION

Señores miembros del jurado: De conformidad con el Reglamento de Grados y Títulos de la Facultad de Ingeniería Civil de ésta Universidad, ponemos a vuestra disposición, para su revisión y posterior aprobación, la Tesis: “DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO MULTIFAMILIAR DE CUATRO PISOS EN ALBAÑILERIA CONFINADA”

Con la cual pretendemos optar el título de Ingeniero Civil. Estamos concientes de haber realizado nuestro mejor esfuerzo para alcanzar las metas y objetivos propuestos y haber desarrollado un trabajo que satisfaga los requerimientos exigidos a nivel académico y profesional, basándonos en los conocimientos impartidos en esta casa superior de estudios. Esperando que las limitaciones que pudieran observarse en el desarrollo de ésta tesis, sean disculpadas gracias a vuestro lucido criterio.

______________ ________________

________________

Bach. Marin Montoya R.

Bach. Zegarra Castillo M.

- 28 -


PRESENTACION

Señores miembros del jurado: De conformidad con el Reglamento de Grados y Títulos de la Facultad de Ingeniería Civil de ésta Universidad, ponemos a vuestra disposición, para su revisión y posterior aprobación, la Tesis: “DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO MULTIFAMILIAR DE CUATRO PISOS EN ALBAÑILERIA CONFINADA”

Con la cual pretendemos optar el título de Ingeniero Civil. Estamos concientes de haber realizado nuestro mejor esfuerzo para alcanzar las metas y objetivos propuestos y haber desarrollado un trabajo que satisfaga los requerimientos exigidos a nivel académico y profesional, basándonos en los conocimientos impartidos en esta casa superior de estudios. Esperando que las limitaciones que pudieran observarse en el desarrollo de ésta tesis, sean disculpadas gracias a vuestro lucido criterio.

______________ ________________

________________

Bach. Marin Montoya R.

Bach. Zegarra Castillo M.

- 28 -


RESUMEN La presente tesis, tiene por objeto el diseño de un edificio multifamiliar de doce (12) departamentos, distribuidos en cuatro (04) pisos, a construirse sobre un terreno de 460 m2 de área, ubicado en la Urbanización Santa María – V Etapa. El edificio ha sido diseñado cumpliendo con las normas establecidas en el Reglamento Nacional de Construcciones y aplicando el método propuesto en la Norma E-070 Albañilería, de tal manera que su estructura pueda soportar sismos moderados y que se presenten daños reparables ante la acción de sismos severos, garantizando el adecuado comportamiento de la edificación durante su vida útil. En el diseño, se han tomado en en cuenta todas las etapas necesarias para el desarrollo desarrollo del proyecto, las que se detallan a continuación:

o

Arquitectura del Edificio.

o

Estudio de Suelos

o

Análisis Estructural y Pre-dimensionamiento.

o

Diseño estructural y Dimensionamiento.

o

Instalaciones Eléctricas y Sanitarias.

Haber desarrollado la presente tesis, nos ha servido para poner en práctica los conocimientos adquiridos durante nuestros años de estudio y contribuye decididamente en el desarrollo de nuestra formación profesional, en una área de vital importancia para el desarrollo nacional, la de disminuir el déficit habitacional que existe en nuestro país.

ABSTRACT The present thesis has for object the design of a building multifamily of twelve (12) departments, distributed in four (04) floors, to be built on a land of 460 area m2, located in the Urbanization Santa Maria - V Stage. - 29 -


The building has been designed fulfilling the norms settled down in the National Regulation of Constructions and applying the method proposed in the Norma AND-070 Masonry, in such a way that its structure can support moderate earthquakes and that repairable damages are presented before the action of severe earthquakes, guaranteeing the appropriate behavior of the construction during its useful life. In the design, they have taken into account all the necessary stages for the development of the project, those that are detailed next:

o

Architecture of the Building.

o

Study of Floors

o

Structural analysis and Pre -dimensionamiento.

o

I design structural and Dimensionamiento.

o

Electric and Sanitary facilities.

To have developed the present thesis, it has been good us to put into practice the acquired knowledge during our years of study and it contributes with determination in the development of our professional formation, in an area of vital importance for the national development, the one of the residence deficit that exists in our country dim inishing.

INDICE GENERAL

PRESENTACIÓN DEDICATORIA AGRADECIMIENTO RESUMEN ABSTRAC

CAPITULO I: INTRODUCCION

1

1.1.- Generalidades.

1

1.2.- Justificación.

4

1.3.- Objetivos.

5

1.3.1.-

Objetivos Generales

5

- 30 -


1.3.2.-

Objetivos Específicos

5

CAPITULO II: MARCO TEORICO

6

2.1.-

Aspectos Generales.

6

2.2.-

Análisis y Diseño Estructural.

15

CAPITULO III: ESTUDIO DE SUELOS

26

3.1.-

Generalidades.

26

3.2.-

Cimentación de estructuras.

29

3.3.-

Profundidad de cimentación

30

3.4.- Asentamiento admisible

31

3.5.-

34

Presión admisible en arcillas saturadas

3.6.- Análisis de la cimentación

35

3.7.-

Conclusiones y recomendaciones

39

3.8.-

Ensayos de Laboratorio.

41

3.8.1.-

Calicata Nº 1

41

3.8.2.-

Calicata Nº 2

58

3.9.-

Determinación de cloruros / Sulfato y sales solubles

76

CAPITULO IV: DISEÑO 4.1.-

77

Estructuración y Pre dimensionamiento

4.1.1.-

77

Características del Edificio

77

4.2.-

Verificación de la Densidad de Muros Confinados

4.3.-

Análisis Estructural.

78 81

4.3.1.-

Metrado de Cargas.

4.3.2.-

Modelaje Estructural.

138

4.3.3.-

Análisis Estático Equivalente para Sismo Moderado.

140

4.4.-

81

Dimensionamiento

4.4.1.-

144

Muros.

144

- 31 -


4.4.2.-

Elementos de Confinamiento.

162

4.4.3.-

Diseño de Cimentación.

241

4.4.4.-

Diseño de Escaleras.

251

4.4.5.-

Diseño de Losas Aligeradas.

257

4.4.6.-

Diseño de Vigas.

275

CAPITULO V: INSTALACIONES SANITARIAS Y ELECTRICAS 5.1.-

280

Instalaciones Sanitarias.

280

5.1.1.-

Generalidades

5.1.2.-

Calculo de las Dotaciones

5.1.3.-

Sistema de Abastecimiento

5.1.4.-

Red de Distribución

5.1.5.-

Desagüe y Ventilación

5.1.6.-

Red de Colección

284

Instalaciones Eléctricas.

291

5.2.-

280 280 280 282 283

CAPITULO VI: CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES 6.1.-

Conclusiones.

6.2.-

Recomendaciones.

297 298

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

299

ANEXOS 

Planos de Arquitectura.



Planos de Estructuras.



Planos de Instalaciones Eléctricas.



Planos de Instalaciones Sanitarias.

297

- 32 -


CAPITULO I

INTRODUCCIÓN

1.1.-

GENERALIDADES: La albañilería es un material compuesto, que está integrado por unidades asentadas con mortero, conformando un bloque de unidades débilmente unidas o pegadas, lo cual nos permite afirmar que se trata de un material heterogéneo, que posee una resistencia a la compresión elevada, característica que depende principalmente de la unidad de albañilería; mientras que su resistencia a la tracción es reducida y está controlada por la cohesión entre la unidad y el mortero. En las últimas décadas, la albañilería se ha integrado también con unidades huecas (asentadas con mortero o apiladas sin utilizar mortero), que se rellenan con concreto líquido. En el Perú, los primeros ensayos sobre elementos de albañilería se realizaron en la década de los 70 y los resultados alcanzados hasta el año - 33 -

1982, fueron utilizados


para la elaboración de nuestro primer reglamento que norma las construcciones de albañilería confinada (Norma E-070, ININVI-82); continuando a la fecha las investigaciones. Es evidente que la albañilería, hasta hace relativamente pocos años, ha carecido de ingeniería. De un lado, la construcción de las edificaciones con muros excesivamente gruesos, ha conducido a elevar sus costos; y de otro lado, la falta de conceptos claros, la ausencia de armadura y la utilización de configuraciones incorrectas han llevado a producir edificaciones inseguras y graves desastres estructurales.

La ingeniería busca el balance de seguridad y economía, con este objetivo es indispensable tener en cuenta lo siguiente: -

Determinar efectivamente, mediante ensayos adecuados, las propiedades reales de la albañilería.

-

Minimizar la variabilidad de la misma.

-

Definir configuraciones arquitectónicas y estructurales apropiadas.

-

Definir modos de comportamiento, ante las diferentes acciones y cargas, compatibles con dichas configuraciones.

-

Racionalizar los detalles constructivos y la integración de los otros sistemas (ejemplo: fenestración, tuberías y acabados) que integran la construcción.

-

Producir proyectos, planos y especificaciones compatibles con la realidad a la que están destinados.

-

Aplicar conceptos válidos y procedimientos de ingeniería en todas las etapas de la obra.

Debe hacerse notar que a diferencia de otros materiales (como el acero y el concreto armado) la adaptación de normas de diseño extranjeras resultan inaplicables al caso de la albañilería peruana, debido a la enorme diferencia que se presenta en los materiales de construcción: así como en la mano de obra y las técnicas de construcción empleadas en otros países. Por lo menos en los aspectos esenciales cada país debe desarrollar su propia tecnología, y aunque sea útil apoyarse en el conocimiento., de la investigación y las técnicas de otros países, los ensayos para definir propiedades, los criterios para precisar sistemas estructurales, la definición de las mejores técnicas de construcción y las normas y reglamentos, que serán consecuencia de lo anterior, deberán desarrollarse localmente.

- 34 -


La norma elaborada en el año 1982, admite (de acuerdo al “estado del arte" en ese momento), que ante la posibilidad de que ocurran sismos, la estructura de albañilería se comportaría en el rango elástico (sin daños). Si se analiza esta norma, en conjunto con la norma sísmica E-030, se encontrará algunas incongruencias importantes, mientras que las fuerzas sísmicas empleadas en el diseño están asociadas a sismos leves (con aceleraciones del orden de 0.1g); en la norma sísmica, se indica que en el Perú pueden ocurrir sismos severos (con aceleraciones del orden de hasta 0.4g), cuando la estructura está cimentada sobre suelos de buena calidad y aceleraciones mayores cuando se ubican sobre suelos blandos. Esto llevado a fuerzas, se traduce en que las fuerzas sísmicas elásticas se incrementarán más de cuatro veces, sobrepasando el factor de seguridad (FS=2) que se utiliza en la actual norma E-070, lo cual causaría la fractura de la albañilería con la consecuente disminución de su resistencia, ya que los elementos de refuerzo no estarían preparados para absorber la energía acumulada en la albañilería. El proyecto de "Normas Técnicas E-070 Albañilería", empleado para el desarrollo de la presente tesis, ha sido elaborado por el Ingeniero Ángel San Bartolomé (a solicitud del Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción - SENCICO), basándose en múltiples ensayos realizados en el Laboratorio de Estructuras de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Esta norma, además de las enseñanzas dejadas por los sismos en nuestro país y en el exterior, propone un método de diseño estructural basándose en que los muros de albañilería puedan soportar, en el rango elástico los sismos moderados (con aceleraciones de hasta 0.2g, como

el ocurrido en 1974 en Lima) y con daños que puedan repararse, ante los sismos severos especificados en la Norma

E-030.

Para lograr esto, deberá dotarse a la edificación de una adecuada densidad de muros confinados, y los elementos que los refuerzan, deberán ser capaces de absorber la energía que la albañilería disipa al fracturarse.

1.2.-

JUSTIFICACIÓN:

- 35 -


La Albañilería Estructural constituye una alternativa económica y sencilla de aplicar para resolver nuestro elevado déficit habitacional, mediante la construcción de edificios de mediana altura, en donde se aprovecha el área del terreno en forma eficiente, con una sola cimentación y se comparten los servicios comunes de agua, desagüe y electricidad (con una sola cisterna y tanque elevado, etc.); mejor aun si estos edificios se ubican en urbanizaciones en donde las obras de habilitación urbana son mejor aprovechadas (se densifica la vivienda creciendo en altura y no. extendiéndola), trayendo como consecuencia una mayor economía en el producto final. El Perú se encuentra en una zona netamente sísmica, donde además el medio es altamente erosivo, por lo que las edificaciones tienen que ser convenientemente analizadas, diseñadas y construidas. Actualmente por razones arquitectónicas, económicas y la mejor calidad de los materiales de construcción, conllevan a proyectar edificios de albañilería donde se aprovechan mejor las dimensiones de los ambientes, colocando una razonable densidad de muros confinados, de manera que estos puedan soportar sismos moderados sin daño estructural y sismos severos con daños estructurales que sean reparables, evitando el colapso y, por ende, salvando las vidas humanas.

1.3.-

OBJETIVOS: 1.3.1.-

OBJETIVO GENERAL:

Diseñar un edificio multifamiliar de cuatro (04) pisos, aplicando el método de diseño propuesto en la Norma E-070 Albañilería, de tal manera que la estructura pueda soportar en el rango elástico sismos moderados y que se presenten daños reparables ante la acción de sismos severos, garantizando el adecuado comportamiento de la edificación durante su vida útil.

1.3.2.-

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

o

Efectuar la estructuración y el predimensionamiento del edificio.

o

Realizar el análisis estructural de la edificación.

o

Realizar el diseño estructural de la edificación.

- 36 -


MARCO TEÓRICO NORMAS TÉCNICAS DE EDIFICACIÓN E- 070 ALBAÑILERÍA 2.1.-

ASPECTOS GENERALES 2.1.1.- REQUISITOS GENERALES Las construcciones de albañilería serán diseñadas por métodos racionales basados en los principios establecidos por la mecánica y la resistencia de materiales. Al determinarse los esfuerzos en la albañilería se tendrá en cuenta todos los efectos producidos por las cargas muertas, cargas vivas, sismos, vientos, excentricidades de las cargas, torsiones, cambios de temperatura y asentamientos diferenciales. El análisis sísmico contemplará lo estipulado en la Norma Técnica de Edificación E-030 Diseño Sismorresistente. Los elementos de concreto armado y de concreto ciclópeo satisfacerán los requisitos de la Norma Técnica de Edificación E-060: "Concreto Armado". Las dimensiones y requisitos que se estipulan en esta Norma tienen el carácter de mínimos y no eximen de manera alguna del análisis, calculo y diseño correspondiente, que serán los que deben definir las dimensiones y requisitos a usarse de acuerdo con la función real de los elementos y de la construcción. Los planos y especificaciones indicarán las dimensiones y ubicación de todos los elementos estructurales y del acero de refuerzo; las precauciones para tener en cuenta las variaciones de las dimensiones producidas por deformaciones diferidas, contracciones, cambios de temperatura y asentamientos diferenciales; las características de la unidad de albañilería, del mortero, del concreto, del acero de refuerzo y de todo otro material requerido; las cargas que definen el empleo de la edificación; las juntas de separación sísmica; y, toda otra información para la correcta construcción y posterior utilización de la obra.

Las construcciones de albañilería podrán clasificarse como “tipo resistente al fuego” siempre y cuando todos los elementos que lo conforman cumplan los requisitos de esta

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norma, asegurando una resistencia al fuego mínima de 4 horas para los muros portantes y muros perimetrales de cierre; y de 2 horas para la tabiquería. Los tubos para instalaciones secas como eléctricas, telefónicas, etc. solo se alojaran en los muros cuando los tubos correspondientes tengan como diámetro máximo 55mm. En estos casos la colocación de los tubos en los muros se hará en cavidades dejadas durante la construcción de la albañilería que luego se rellenaran con concreto, o en los alvéolos de la unidad de albañilería. En todo caso, los recorridos de las instalaciones serán siempre verticales y por ningún motivo se picará o se recortará el muro para alojarlas. Los tubos para instalaciones sanitarias y los tubos con diámetros mayores que 55 mm, tendrán recorridos fuera de los muros portantes o en falsas columnas y se alojaran en ductos especiales, o en muros no portantes. No se permitirá el empleo de acero liso trefilado como refuerzo estructural, sino que se utilizarán barras de acero que presenten un escalón de fluencia definido. Las cuantías de refuerzo que se presentan en el código, están asociadas a un esfuerzo de fluencia fy = 4200 Kg/cm2; para otras situaciones se multiplicará la cuantía especificada por 4200/fy en (Kg/cm2).

Los criterios considerados para la estructuración deberán ser detallados en una memoria descriptiva estructural.

2.1.2.- ESTRUCTURACIÓN Y REQUISITOS ESTRUCTURALES MÍNIMOS 2.1.2.1.Estructuras. El

ESPECIFICACIONES GENERALES conjunto estructural de las construcciones de albañilería estará

compuesto por la cimentación, los techos y los muros portantes, incluyendo sus arriostres, con la adición de otros elementos estructurales como vigas, columnas y placas de concreto armado.

Cimentación.- La cimentación para los muros portantes será de concreto. La cimentación deberá transmitir la carga de los muros al terreno de acuerdo al esfuerzo permisible sobre éste y con asentamientos diferenciales que no originen fisuras en la albañilería.

- 38 -


Diafragma rígido. En caso que la acción de diafragma rígido no sea posible por tratarse de techos de madera, metálicos o prefabricados sin conexiones adecuadas, la distribución de la fuerza horizontal sobre los muros se efectuará en proporción a su área tributaria y las vigas soleras serán diseñadas como arriostres horizontales, que permitan absorber las cargas sísmicas perpendiculares a los muros correspondientes. Este tipo de techado sólo se empleará en edificaciones de un piso o en el último nivel de las edificaciones de varios pisos.

Arriostres.- Los muros portantes serán arriostrados por elementos verticales, tales como muros de arriostre, columnas y por arriostres horizontales, tales como la losa de techo y vigas.

Los arriostres se diseñaran como apoyos del muro arriostrado, considerando a éste como si fuera una losa sujeta a fuerzas horizontales perpendiculares a su plano. Un muro se considerará arriostrado cuando: -

Exista suficiente adherencia, amarre o anclajes entre los muros y sus arriostres, que garanticen la adecuada transferencia de esfuerzos.

-

Los arriostres tengan la resistencia, estabilidad y anclajes adecuados para transmitir las fuerzas actuantes a los elementos estructurales adyacentes o al suelo; y,

-

Al emplearse los techos para su estabilidad lateral, se tomen precauciones para que las fuerzas laterales que actúan en estos techos sean transferidas al suelo.

Muro Portante.- Los muros portantes de carga gravitacional y horizontal, deberán cumplir las siguientes exigencias:

o

El espesor efectivo mínimo será: t 

h

20

Donde "h" es la altura libre entre elementos de arriostre horizontales o la altura efectiva de pandeo.

o

El esfuerzo axial máximo (

 m

) producido por la carga gravitacional

máxima de servicio (Pm), incluyendo el 100% de sobrecarga, será inferior al 15% de f ‘m.

- 39 -


  h  2   0.2 f m1    m     0.15 f m Lt t 35 .     Pm

Donde "L" es la longitud total del muro (incluyendo el peralte de las columnas para el caso de los muros confinados) y "t" es el espesor efectivo del muro. De no cumplirse esta expresión, habrá que mejorar la calidad de la albañilería (f‘m), aumentar el espesor del muro, transformar al muro en una placa de concreto armado, o reducir la magnitud de la carga axial "Pm".

o

Cuando existan cargas gravitatorias concentradas que actúen en plano de la albañilería, el esfuerzo axial de servicio producido por dicha carga no deberá sobrepasar a 0.375 f’m . En estos casos, para determinar el área de compresión se considerará un ancho efectivo igual al ancho sobre el cual actúa la carga concentrada, más dos veces el espesor efectivo del muro, medido a cada lado de la carga concentrada.

Estructuración en Planta.- Deberá cumplir con las siguientes especificaciones: o

En las Zonas Sísmicas 2 y 3 (Norma E-030), se reforzará como mínimo cualquier muro que lleve el 10% de la fuerza sísmica y un conjunto de muros que lleven el 70% de la fuerza sísmica total, incluyendo necesariamente a los muros perimetrales de cierre. En la Zona Sísmica 1, se reforzará como mínimo los muros perimetrales de cierre.

o

La disposición en planta de los muros deberá ser lo más simétrica posible, de manera que se cumpla el control de giros en planta especificado en la Norma E-030.

o

La densidad mínima de muros a reforzar en cada dirección del edificio, se obtendrá mediante la siguiente expresión:

Lt ZUSN Área de los Muros Reforzados    Ap 56 Área de la Planta Típica

- 40 -


Donde: "Z", "U" y "S" corresponden a los factores de Zona Sísmica, Importancia y de Suelo, respectivamente, especificados en la Norma E-030. "N" es el número de pisos del edificio. "L" es la longitud total del muro (incluyendo columnas) y, "t" es el espesor efectivo del muro. De no cumplirse esta expresión, podrá cambiarse el espesor de algunos de los muros, o agregarse placas de concreto armado, en cuyo caso, para hacer uso de la fórmula, deberá amplificarse el espesor real de la placa por la relación Ec/Ea, donde Ec y Ea son los Módulos de Elasticidad del concreto y de la albañilería, respectivamente.

Estructuración en Elevación.- Deberá cumplir las siguientes especificaciones: 

La altura total del edificio deberá ser inferior a 15.0 mts ó 5 pisos.



Los muros portantes reforzados deberán tener continuidad vertical.



En lo posible, los tabiques y alféizares de las ventanas serán aislados de la estructura principal, debiéndose diseñar para acciones sísmicas perpendiculares a su plano; de no aislarse estos elementos, el análisis estructural deberá contemplar los efectos que ellos ocasionan sobre la estructura principal.



De

existir reducciones

en

planta importantes,

u

otras

irregularidades en el edificio (Norma E-030), deberá efectuarse el análisis dinámico especificado en la Norma E-030.

2.1.2.2.-

ALBAÑILERÍA CONFINADA

Adicionalmente, se deberá cumplir lo siguiente: Se considerará como muro portante confinado, aquel que cumpla las siguientes condiciones:

o

Que quede enmarcado en sus cuatro lados por elementos de concreto armado verticales (columnas) y horizontales (vigas soleras), aceptándose la cimentación de concreto como elemento de refuerzo horizontal.

o

Que la distancia máxima centro a centro entre las columnas de confinamiento, sea dos veces la distancia entre los elementos - 41 -


horizontales de refuerzo y no mayor de 5.00 m. De cumplirse esta condición, así como de emplearse el espesor mínimo especificado, la albañilería no necesitará ser diseñada ante las acciones sísmicas ortogonales a su plano, excepto cuando exista excentricidad de la carga vertical. o

Que se utilice unidades de albañilería sólida o maciza, cuya sección transversal, en cualquier plano paralelo a la superficie de asiento, tenga un área equivalente superior al 67% del área bruta en el mismo plano.

o

Que todos los empalmes y anclajes de la armadura, desarrollen plena capacidad a la tracción (Norma de Concreto Armado E-060). Los traslapes del refuerzo horizontal o vertical tendrán una longitud igual a 45 veces el mayor diámetro de la barra traslapada. No se permitirá el traslape del refuerzo vertical en el primer entrepiso, tampoco en las zonas confinadas en los extremos de soleras y columnas.

o

Que los elementos de confinamiento, funcionen integralmente con la albañilería; la conexión columna-albañilería podrá ser dentada o a ras. En el caso de emplearse una conexión dentada, la longitud de la unidad saliente no excederá de 5 cm y deberá limpiarse los desperdicios de mortero y partículas sueltas, antes de vaciar el concreto de la columna de confinamiento.

En el caso de emplearse una conexión a ras, deberá adicionarse "chicotes" o "mechas" de anclaje (salvo que exista refuerzo horizontal continuo), compuestos por varillas de 6 mm de diámetro, que penetren por lo menos 40 cm al interior de la albañilería y 12.5 cm al interior de las columna, más un doblez vertical a 90º de 10 cm; la cuantía a utilizar será 0.001. El concreto de las columnas de confinamiento, se vaciará posteriormente a la construcción del muro de albañilería y empezará desde el borde superior del cimiento.

o

En los elementos de confinamiento se utilizará concreto con f'c  175 Kg/cm2.

o

Se asumirá que el paño de albañilería simple (sin armadura interior), no soporta acciones de punzonamiento causadas por cargas concentradas. Por ejemplo, en el caso de que el descanso de alguna escalera apoye sobre la albañilería, el empuje sísmico causado por la escalera, deberá ser absorbido por columnas ubicadas en los extremos del descanso.

o

El espesor mínimo de las columnas y soleras, será igual al espesor efectivo del muro. - 42 -


o

El peralte mínimo de la viga solera, será igual al espesor de la losa del techo.

o

En lo posible las vigas dinteles serán peraltadas.

o

El peralte mínimo de la columna de confinamiento será 15 cm. En el caso que se discontinúen las vigas soleras, por la presencia de ductos en la losa del techo o por que el muro llega a un límite de propiedad, el peralte mínimos de la columna de confinamiento deberá ser suficiente como para permitir el anclaje de la parte recta del refuerzo longitudinal existente en la viga solera más el recubrimiento respectivo (el recubrimiento mínimo, medido al estribo, será 2 cm cuando los muros son tarrajeados y 3 cm cuando son caravistas).

o

El refuerzo horizontal, cuando sea requerido, será continuo y anclará en las columnas de confinamiento 12.5 cm con gancho vertical a 90º de 10cm.

o

El refuerzo longitudinal mínimo a emplear en las columnas y soleras de confinamiento (de área Ac) tendrá un área equivalente a 4  3/8" ó

(0.1 f’c Ac) / fy, lo que sea mayor. o

El diámetro mínimo del estribo será 6 mm (fy =4200 Kg/cm2), pudiéndose emplear en las columnas y soleras de confinamiento, estribos cerrados con ganchos a 135º o con 1 3/4 ” de vuelta, con el siguiente espaciamiento máximo: 1@5,4@10,r@25 cm. Adicionalmente se agregará 2 estribos en la unión solera columna y estribos @ 10 cm en el sobrecimiento. No se empleará acero trefilado, ni alambre N°8.

2.2.-

ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL. 2.2.1.- DEFINICIONES

- 43 -


Sismo Severo.- Es aquél proporcionado por la Norma Sismo-Resistente E-030, empleando un coeficiente de reducción de la solicitación sísmica R=3.

Sismo Moderado.- Es aquél que proporciona fuerzas de inercia equivalentes a la mitad de los valores producidos por el "Sismo Severo".

2.2.2.- FILOSOFÍA DE DISEÑO Los elementos aislados de concreto armado (columnas, dinteles, placas, etc.), deben funcionar como una primera línea resistente sísmica, disipando energía antes que fallen los muros de albañilería, por lo que esos elementos deberán fallar dúctilmente por flexión. El "Sismo Moderado", no debe generar la falla de ningún muro portante hecho de albañilería. Dependiendo del nivel de resistencia que se asigne al edificio, el "Sismo Severo" podrá producir fallas en los muros portantes. En el caso de que estas fallas se produzcan, se han considerado que los muros de albañilería confinada fallarán por corte y los de albañilería armada fallarán por flexión. La albañilería se agrieta diagonalmente para una distorsión angular del orden de 1/800, por lo que ante el "Sismo Severo", la distorsión angular inelástica deberá ser menor que 1/200, de manera que el sistema sea reparable. Para lograr éste objetivo, los elementos de refuerzo del muro deberán diseñarse de tal modo que puedan soportar la carga que produce la falla de la albañilería, para así evitar la degradación de

resistencia del sistema y además deberá proporcionarse al edificio la resistencia requerida.

2.2.3.- ANÁLISIS ESTRUCTURAL El análisis estructural de los edificios de albañilería, se realizará sometiéndolos a la acción del "Sismo Moderado", mediante métodos elásticos que contemple las deformaciones por flexión, fuerza cortante y carga axial de los muros. Además se considerará la acción de diafragma rígido, que brindan las losas de techo y la participación de aquellos muros no portantes que no hayan sido aislados de la estructura principal.

- 44 -


La rigidez lateral de un muro confinado, deberá evaluarse transformando el concreto de sus columnas en área equivalente de albañilería (multiplicando su espesor por la relación de módulos de elasticidad Ec/Ea). Tanto para los muros armados, como para los confinados, se agregará a su sección transversal el 25% de la sección transversal de aquellos muros que ortogonalmente concurran al muro en análisis o 6 veces su espesor, lo que sea mayor. El módulo de elasticidad (Ea) y el módulo de corte (Ga), a emplear para la albañilería serán: -

Ladrillos de arcilla:

Ea =500f'm

-

Ladrillos y bloques Sílico-calcáreos:

-

Ladrillos y bloques de concreto vibrado:

Ea =700f'm

-

Para todo tipo de unidad de albañilería:

Ga =0.4Ea

Ea =600f'm

Donde f'm es la resistencia característica a compresión axial de la albañilería.

2.2.4.- DISEÑO PARA EL SISMO MODERADO Empleando los resultados del "Sismo Moderado", el efecto de las cargas gravitacionales y los factores de amplificación de carga y de reducción de resistencia, especificados en la Norma de Concreto Armado E-060, se diseñarán:



Los elementos aislados de concreto armado (dinteles, placas, etc) en condiciones de rotura por flexión, controlando la falla por corte mediante estribos (vigas) y refuerzo horizontal (placas).



La cimentación, dimensionada bajo condiciones de servicio (por esfuerzos admisibles del suelo).

Con los resultados del "Sismo Moderado", deberá verificarse que en cualquiera de los entrepisos "i" los muros no se agrieten por corte, mediante la siguiente expresión en la que se permite para fines prácticos hasta 5% de error:

Vei

 0.55Vmi  Fuerza Cortante Admisible

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Donde "Ve" es la fuerza cortante producida por el "Sismo Moderado" en el muro en análisis y "Vm" es la fuerza cortante asociada al agrietamiento diagonal de la albañilería. Las siguientes expresiones, a calcularse en cada entrepiso de cada muro para determinar su resistencia al corte (Vm), son aplicables incluso para los muros no reforzados:

1. Unidades de Arcilla y de Concreto: Vm = (0.5v'm)( )(t)(L) + 0.23Pg 2. Unidades Sílico-calcáreas: Vm = (0.35v'm)( )(t)(L) + 0.23Pg Donde:

V'm = resistencia característica a compresión diagonal de la albañilería



f ' m

Pg = carga gravitacional de servicio, con sobrecarga reducida (Norma E-030) t

= espesor efectivo del muro.

L = longitud total del muro (incluyendo el peralte de las columnas).  =

factor de reducción de resistencia al corte por efectos de esbeltez, calculado

como:

1 VeL    1 Me 3 Donde: "Ve" es la fuerza cortante obtenida del análisis elástico para el muro en análisis; y, "Me" es el momento flector obtenido del análisis elástico para el muro en análisis.

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2.2.5.- DISEÑO PARA EL SISMO SEVERO. 2.2.5.1.-

REQUISITOS GENERALES

a. Para efectos del diseño ante acciones coplanares, podrá suponerse que los muros son de sección rectangular (t*L) y cuando se presenten muros que se intercepten perpendicularmente, se tomará como elemento de refuerzo vertical (sección transversal de columnas, refuerzos verticales, etc.) en el punto de intersección al mayor elemento de refuerzo proveniente del diseño, independiente de ambos muros.

b. Verificación de la Resistencia al Corte Mínima. Con el objeto de proporcionar una adecuada resistencia y rigidez al edificio, en cada entrepiso "i" y en cada dirección del edificio (X,Y) se deberá cumplirse la siguiente expresión:

Vmi  VEi La sumatoria de resistencia al corte (

VRi ) se realizará contemplando sólo el aporte

de los muros reforzados (confinados o armados) y el aporte de las placas de concreto armado. En esta sumatoria la resistencia al corte de una placa será calculada como:

Vp  0.53 f ' ctL

(en Kilogramos, para f’c en Kg/cm2 y t, L en centímetros), sin

considerar en este caso la contribución del refuerzo horizontal. El valor de "VEi" corresponde a la fuerza actuante en el entrepiso "i" del edificio, producida por el "Sismo Severo" (el doble de la correspondiente al "Sismo Moderado").

Cumplida la expresión

Vmi  3VEi

, se considerará que el edificio se

comportará elásticamente. Bajo esa condición, se empleará refuerzo mínimo, capaces de funcionar como arriostres y de soportar las acciones perpendiculares al plano de la albañilería. En este paso culminará el diseño de estos edificios ante cargas sísmicas coplanares.

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2.2.5.2.-

REQUISITOS ESPECÍFICOS PARA ALBAÑILERÍA

CONFINADA. Para este tipo de edificios se ha supuesto que la falla final se produzca por fuerza cortante en los entrepisos bajos del edificio, por lo que deberá cumplirse las siguientes especificaciones: En todo muro confinado que se agriete diagonalmente y que



presente en cualquiera de sus entrepisos un esfuerzo axial máximo  m=Pm/(Lt) 

0.05 f‘m, producido por la carga gravitacional

considerando el 100% de sobrecarga, deberá colocarse refuerzo horizontal continuo anclado con ganchos verticales en las columnas de confinamiento. La cuantía de acero horizontal a emplear será ph=As/(st)>0.001. Este refuerzo deberá penetrar por lo menos 12.5 cm al interior de la columna y doblar verticalmente 10 cm a 90°. Inicialmente se supondrá que los muros del primer entrepiso fallan por



corte, con una fuerza igual a su capacidad resistente (Vm1), debiéndose verificar en el Paso 1 la posibilidad que los muros pertenecientes a los entrepisos superiores se agrieten por corte.

En cada entrepiso "i", los esfuerzos sísmicos producidos por el "Sismo



Severo" (Vui, Mui), correspondientes al muro en análisis, se obtendrán amplificando por Vm1/Ve1 (cortante de agrietamiento diagonal entre cortante producido por el "Sismo Moderado", ambos en el primer piso) los valores obtenidos del análisis elástico ante el "Sismo Moderado" (Vei, Mei):

Mui = Mei

Vm1

Vui = Vei

Ve1

Vm1 Ve1

2.2.6.- METODOLOGÍA DE DISEÑO. 2.2.6.1.-

VERIFICACIÓN DEL AGRIETAMIENTO DIAGONAL EN LOS

ENTREPISOS SUPERIORES.

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- En cada entrepiso superior al primero (i>1) de cada muro confinado deberá verificarse: Vmi > Vui - De no cumplirse esa condición, el entrepiso "i" también se agrietará y deberá ser diseñado en forma similar al primero (para soportar "Vmi"), tal como se indica en el Paso 2.

2.2.6.2.-

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE CONFINAMIENTO DE UN

MURO DEL PRIMER PISO. DISEÑO DE LAS COLUMNAS DE CONFINAMIENTO. -

Las fuerzas internas en las columnas se obtendrán aplicando las siguientes expresiones:

FUERZAS INTERNAS EN COLUMNA DE CONFINAMIENTO COLUMNA

Interior

Vc(fuerza cortante)

T (tracción)

Vm1 Lm

h Vm1  Pc L

L Nc  1 Extrema

1.5

F  Pc

Vm1 Lm

C (compresión)

Pc

Vm1h



2 L

Pc  F

L( Nc  1)

Donde: L = Longitud total del muro incluyendo el peralte de las columnas de confinamiento. Lm = Longitud del paño mayor, ó 0.5L; lo que sea mayor (en muros de un paño Lm = L) M = Mu1 - 1/2 Vm1 h ("h" es la altura del primer piso) F = M/L = Fuerza axial en las columnas extremas producidas por "M" Nc = Número de columnas de confinamiento. Pc = es la sumatoria de las cargas gravitacionales siguientes: carga vertical directa sobre la columna de confinamiento; mitad de la carga axial sobre el paño del muro a cada lado de la columna; y, carga proveniente de los muros transversales de acuerdo a su longitud tributaria.

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Diseño Estructural de Un Edificio Multifamiliar de Cuatro Pisos en Albañileria Confinada

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