INGENIERIA DE LA CONSTRUCCION EDIFICACIONES DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA
Alumnos:
Espejo Eustaquio Richard Vásquez Soria junior
DOCENTE: ING. IVAN PILCO CASTAÑEDA
ENERO 2014
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1. INTRODUCCION
El mercado de vivienda popular durante años ha sido atendido principalmente por el sector informal (autoconstrucción), lo que ha producido viviendas de baja calidad con elevados costos financieros y sociales. Existe, en tanto, un severo déficit de ofertas habitacional de calidad y accesibles a sectores mayoritarios de la población, razón por la cual debe de analizarse nuevos sistemas constructivos que garanticen menores costos, tiempos de ejecución y adecuada calidad de las viviendas. Con el pasar del tiempo la población ha venido desarrollando un crecimiento notable por lo tanto se hace indispensable el contar con nuevos sistemas constructivos que permitan garantizar la estabilidad y confort que la población en crecimiento requiere en base a esto se ha desarrollado un nuevo sistema constructivo que viene ganando más terreno en el país, por la rapidez de su proceso constructivo, en el cual abarata los costos, y el tiempo de desarrollo de ejecución de la obra. Este nuevo sistema proporciona al edificio una gran rigidez y resistencia que va de acuerdo con el RNE. Este sistema es llamado sistema de ductilidad limitada.
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2. ANTECEDENTES
En lo que se refiere al Sistema de Muros de Ductilidad Limitada sólo existen algunos artículos en revistas como la del Ingeniero Civil , “El Constructivo”. Recién, en diciembre del 2004, el Servicio de Capacitación para la Industria de la Construcción (SENCICO) incorpora pautas específicas para las Edificaciones de Muros de Ductilidad Limitada (EMDL) en las Normas de Diseño Sismorresistente y de Concreto Armado. Cabe resaltar que desde el año 2004 se viene empleando en forma masiva el Sistema de Muros de Ductilidad Limitada para la construcción de edificios multifamiliares en la ciudad de Lima, es el caso del conjunto habitacional “Arq. Fernando Belaunde Terry”, también el conjunto residencial “Jardines de Tingo Maria”, entre otros.
En nuestra ciudad por medio del programa Techo Propio del BANMAT, se ha ejecutado numerosos proyectos, podemos citar a la constructora BECTEK, la que ha ejecutado en mayor medida, viviendas multifamiliares con el Sistema Muros de Ductilidad Limitada. 3.
OBJETIVOS
Analizar cómo se produce el proceso constructivo, de acuerdo a la
norma.
Conocer las ventajas y desventajas del sistema
Evaluar la constitución constitución del sistema frente a otro sistema constructivo. constructivo.
Determinar el comportamiento comportamiento del sistema frente a las cargas sísmicas.
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4. MARCO TEORICO a. Sistema de muros muros de de ductilidad ductilidad limitada i. Definición del sistema
Es un sistema estructural donde la resistencia ante cargas sísmicas y cargas de gravedad, en las dos direcciones, está dada por muros de concreto armado que no pueden desarrollar desplazamientos inelásticos importantes. Los muros son de espesores reducidos, se prescinde de extremos confinados y el refuerzo vertical se dispone en una solo hilera. Los sistemas de piso son losas macizas o aligeradas que cumplen la función de diafragma rígido. El máximo número de pisos que se puede construir con este sistema son 7 pisos. ii. Importancia del sistema
El sistema de Muros de Ductilidad Limitada en la actualidad está siendo muy utilizado en el Perú, debido a la facilidad que la industrialización ha traído para este sistema, mediante el uso de encofrados metálicos estructurales y el uso de concreto premezclado, haciendo más ágil y económico el proceso constructivo de las obras. La importancia estructural de este sistema radica en el uso de muros de concreto, lo cual nos asegura que no se produzcan cambios bruscos de las propiedades resistentes y principalmente de las rigideces. 5. DISEÑO ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL a. sistema de muros muros de ductilidad ductilidad limitada i. Análisis estructural
Para el Análisis Estructural de la Edificación es necesario conocer el concepto de Muros de Ductilidad Limitada, así como los Requisitos del RNE y los Criterios de Estructuración, para poder llegar a un óptimo Diseño Estructural.
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1. conceptos básicos de muros muros de ductilidad limitada
Catalogados dentro de los sistemas estructurales de Muros Portantes, este sistema de estructuración se ha venido aplicando en nuestro país, con una gran intensidad, desde comienzos de la década del 2000. Su característica principal consiste en la alta resistencia que poseen debido a la significativa cantidad de áreas de muros estructurales. Los sistemas para resistir las cargas de gravedad y las cargas laterales de viento o sismo, están compuestos por muros de concreto armado de espesores reducidos, reforzados con acero corrugado convencional en los extremos y malla electro soldada o barras corrugadas en el alma del muro, generalmente en una sola capa de refuerzo, pues los espesores típicos suelen estar entre los 10 y 15 cm. Dada a la gran rigidez lateral del Muro de Ductilidad Limitada, estos elementos absorben grandes cortantes, que a su vez producen grandes momentos. Si los muros son Esbeltos se comportan como elementos sometidos a flexo compresión y cortante pudiendo ser diseñados bajo la hipótesis básica de flexión. (Que son las mismas para flexo compresión) Si los muros son Cortos o bajos el comportamiento a flexo compresión ya no puede ser analizado por las hipótesis usuales de flexión, sino que al parecerse más a la denominada viga pared, ya no cumplen la distribución de deformaciones y esfuerzos de Navier, por lo cual se debe hacer un análisis aplicando la Teoría de Elasticidad. 2. Materiales
La resistencia a la compresión del concreto en los EMDL, debe ser como mínimo f´c = 175 kg/cm 2, salvo en los sistemas de transferencia donde deberá usarse f´c = 280 kg/cm 2. El diseño de mezclas para muros de espesores reducidos, deberá tomar en cuenta las condiciones de trabajabilidad.
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El acero de las barras de de refuerzo en los muros deberá deberá ser ductil, de grado 60 siguiendo las especificaciones ASTM A615 y ASTM A497 con las limitaciones indicadas en 2.2
3. Diseño de muros
El espesor mínimo de los muros de ductilidad limitada deberá ser de 0.10 m. Se podrá usar malla electrosoldada electrosold ada como refuerzo repartido de los muros de edificios de hasta tres pisos y en el caso de mayor número de pisos, se podrá usar malla solo en los pisos superiores, debiéndose usar acero que cumpla con (.) en el tercio inferior de la altura. En todos los casos el refuerzo concentrado en los extremos de los muros deberá ajustarse a lo indicado en (.). Si se usa malla electrosoldada electrosoldad a para el diseño deberá emplearse como esfuerzo de fluencia el valor máximo de fy = 4200 kg/cm2. En edificios de más de 3 pisos, deberá proveerse del refuerzo necesario para garantizar una resistencia nominal a flexo compresión del muro por lo menos igual a 2 veces el momento de agrietamiento agrietamiento de su sección. Esta disposición podrá limitarse al tercio inferior del edificio y a no menos de los dos primeros pisos.
La profundidad del eje neutro “ c “, de los muros
de
ductilidad limitada deberá satisfacer la siguiente relación.
Dónde:
= es la longitud del muro en el plano horizontal. es la altura total del muro es el desplazamiento del nivel más alto del muro, correspondiente a y de debe ser calculado de acuerdo al artículo 16.4 de la NTE E.030 diseño sismorresistente. Para el cálculo de “ c “ se deberá considerar el aporte de los muros
perpendiculares (aletas) usando como longitud de la aleta contribuyente a cada lado del alma el menor valor valor entre 10 % de la altura total de muro y la mitad de la distancia al muro adyacente paralelo. Deberá usarse el mayor valor de “ c “ que se obtenga de
considerar compresión a cada lado del muro.
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Cuando el valor de “ c “ no cumpla con lo indi cado en el
artículo 2.6, los extremos del muro deberán confinarse con estribos cerrados, para lo cual deberá incrementarse el espesor del muro a un mínimo de 0.15 m. los estribos de confinamiento deberán tener un diámetro mínimo de 8 mm. Y un espaciamiento máximo de 12 veces el diámetro de la barra vertical, pero no mayor a 0.20 m. La fuerza cortante ultima de diseño (V u) debe ser mayor o
igual que el cortante ultimo proveniente del análisis (V ua) amplificado por el cociente entre el momento nominal asociado al acero colocado (M n) y el momento proveniente del análisis (Mua) , es decir:
( )
Para el calculo Mn se debe considerar como esfuerzo de fluencia efectivo 1.25 fy. En la mitad superior del edificio podrá usarse 1.5 como valor máximo del cociente (M n /Mua) 4. Cuantía mínima de refuerzo
De acuerdo a la Norma para Edificaciones con Muros de Ductilidad Limitada, la cuantía mínima de refuerzo vertical y horizontal de los muros deberá cumplir con las siguientes limitaciones. Si:
ρh ≥0.0025 y ρv ≥0.0025 Vu<0.5φ Vc ρh ≥0.0020 y ρv ≥0.0015 Vu>0.5φ Vc
Si hm / lm ≤ 2 la cuantía vertical del refuerzo no deberá de ser menor que la cuantía horizontal. Estas cuantías son indistintamente aplicables a la resistencia del acero. 5. Diseño por flexocompresión Para muros esbeltos (H/L ≥1 ), serán aplicables los lineamientos
generales establecidos para flexocompresión; se investigará la resistencia en base a una relación Carga Axial-Momento.
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Teniendo dimensionadas las secciones del muro de corte, el cálculo del acero se efectuará simplemente haciendo una iteración entre las siguientes expresiones:
Dónde: Mu = Momento de diseño, calculado por carga muerta y sismo. φ = Factor de reducción de resistencia = 0.90
fy = Esfuerzo de fluencia a usar. d = Peralte efectivo. a = Profundidad del bloque equivalente en compresión del concreto. As = Área de acero por flexión. f’c = Resistencia del concreto a la compresión.
b = Espesor de la sección. Para muros de poca esbeltez (H/L<1), y con cargas axiales no
significativas, no son validos los lineamientos establecidos para flexocompresión, debiéndose calcular el área del refuerzo del extremo en tracción para el caso de secciones rectangulares como sigue: (Norma E.060) Mu =φ AsfyZ
[ ]
El esfuerzo vertical deberá distribuirse a lo largo de la longitud del muro, debiéndose concentrar mayor esfuerzo en los extremos.
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Adicionalmente se colocará colocará refuerzo repartido a lo largo de la longitud de muro, cumpliendo con el acero mínimo de refuerzo vertical. El refuerzo vertical distribuido no necesita estar confinado por estribos a menos que su cuantía exceda a 0.01 o que sea necesario por compresión. (Norma EMDL) EJEMPLO DE ANÁLISIS ECONOMICO ENTRE ALBAÑILERIA CONFINADA Y SISTEMA
DE
MUROS
DE
DUCTILIDAD
LIMITADA.
DE
UNA
VIVIENDA
MULTIFAMILIAR.
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6. EVALUACION ECONOMICA
En la figura se observa la incidencia de las partidas en el Costo Directo Total del Presupuesto de Obra. Nótese que la partida de Concreto Armado con 72.17% representa el mayor porcentaje de incidencia, siguiéndole las de Equipos de Encofrado Metálico con 10.00% y de Revoques con 8.07%.
Incidencia de partidas en los costos directos
En la figura se observa que el mayor porcentaje de incidencia en el Costo Directo Total del Presupuesto de Obra corresponde a la construcción de los Muros de Ductilidad Limitada (47.83%), lo cual quiere decir que al disminuir l as fuerzas en los muros debido a la Interacción Sísmica Suelo Estructura, disminuyen los esfuerzos actuantes y consecuentemente el acero de refuerzo, abaratando así el costo de la edificación.
Costos d e cimentación, cimentación, losas de entrepiso y muro s de ductilidad limitada
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En la siguiente figura se observa el porcentaje que ocupan las partidas de Estructuras y Arquitectura en el Costo Directo Total del Presupuesto de Obra. Nótese que la parte Estructural es aproximadamente 6.5 veces la parte de Arquitectura.
Partidas Partidas de Estructuras y Arq uitectura en los costo s directos totales
COMPARATIVO DEL TIEMPO DE EJECUCIÓN DEL EDIFICIO
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7. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
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8. LIMITACIONES
El sistema de MDL presenta una arquitectura limitada por la estandarización de vanos lo cual genera modelos únicos de vivienda, esto está relacionado directamente con la modulación de los encofrados metálicos. 9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES
Habiendo cumplido con los objetivos planteados en ésta investigación, es decir, realizar el análisis y diseño estructural, la evaluación económica y el impacto socioeconómico y ambiental de la edificación es estudio con los sistemas de Muros de Ductilidad Limitada (MDL); y según las delimitaciones establecidas. Se concluye que: El sistema de MDL presenta un adecuado y real comportamiento estructural ante la amenaza sísmica, ya que cumple con los requisitos del Diseño Sismorresistente y del Diseño Estructural que plantea el RNE de Perú, así como incluyen el efecto de la Interacción Sísmica Suelo Estructura. A nivel de costos, tiempos de ejecución e impactos socioeconómicos, el sistema de MDL presenta mayores ventajas pese a ello aún no ha sido lo suficientemente ensayado. Queda a criterio del proyectista el utilizar el sistema que más se ajuste a sus necesidades, disponibilidades o requerimientos, sirviéndole de base las ventajas y desventajas de los dos sistemas estructurales expuestos al final. 10. RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES GENERALES
Sobre la elaboración elaboración del concreto, es imperativo el empleo empleo de aditivos aditivos reductores de agua en la elaboración del concreto a fin de hacer un uso racional del elemento hídrico.
A las entidades entidades públicas y organismos comprometidos con con el desarrollo desarrollo urbano de nuestra ciudad, a plantear políticas que generen y faciliten el empleo del sistema de Muros de ductilidad limitada
A las Universidades en la promoción de la Investigación Científica en nuevos sistemas constructivos y en el mejoramiento de los sistemas ya
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utilizados, para así contar con mejores mecanismos que nos permitan solucionar las deficiencias en la construcción de edificaciones.
A los Ingenieros Civiles Civiles en la utilización utilización la Interacción Sísmica Suelo Estructura en los modelos de análisis a fin de obtener un comportamiento real de la edificación y con la consecuente disminución de los costos en la ejecución de los proyectos.
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11. ANEXOS . PROCESO CONSTRUCTIVO
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. Blanco Blasco Antonio. Estructuración y Diseño de edificaciones de concreto Armado 2. Norma Técnica Técnica Peruana Peruana Vigente E 030 Sismo Sismo Resistente 3. Norma Técnica Técnica Peruana Peruana Vigente E 060 Concreto Concreto Armado Armado 4. Norma Técnica Peruana Peruana Vigente Vigente E 070 Albañilería Albañilería 5. Capitulo Peruano ACI. Norma de Construcciones en Concreto Estructural y 6. Comentarios (ACI 318-99). 318-99). Diciembre Diciembre 2000 2000
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