SISTEMAS ESTRUCTURALES DE CONCRETO ARMADO El sistema estructural constituye el soporte básico, el armazón o esqueleto de la estructura total y él transmite las fuerzas actuantes a sus apoyos de tal manera que se garantice seguridad, funcionalidad y economía.
CONFIGURACION ESTRUCTURAL Se conoce como configuración estructural a la distribución y localización que se le dan a todos los elementos resistentes de una estructura, es decir, columnas, muros, losas, núcleos de escalera entre otros. Pero también se debe tomar en cuenta dentro de este concepto a todos los elementos no estructurales, como la disposición de la tabiquería, la geología del sector, clima, reglamentos de diseo urbano, como también su carga ocupacional. Su importancia reside en que si el diseo arquitectónico no llega a complementarse con un óptimo y razonable criterio en el diseo diseo estructural, la estructura puede comportarse comportarse deficientemente ante un terremoto, a pesar de que se !ayan realizado métodos de análisis comple"os y muy detallados por parte del ingeniero.
El problema del diseo estructural reside en que es muy difícil ensear #los criterios estructurales$ ya que estos se originan de la intuición de un comportamiento eficiente de la configuración estructural. estructural. %o único que que se puede e&plicar en libros y en las aulas son los fundamentos teóricos, requisitos específicos y en el me"or de los casos impartir las enseanzas enseanzas de e&periencias pasadas. Para lograr una buena configuración estructural es importante la asimilación de los conocimientos teóricos, obser'ar el comportamiento de las estructuras y tener en cuenta las causas por las cuales !an colapsado las edificaciones.
Características relevantes relevantes del edificio para na !ena respesta sís"ica (. El peso ). *orma orma de Pla Plant ntaa +. *orm *ormaa en ltur lturaa -. Separac ración . lin linea eami mien ento to de E"es E"es /omo las fuerzas producidas por los sismos son de inercia, la masa "uega un papel muy importante, ya que cuando esta empu"a !acia aba"o, debido a la fuerza de gra'edad, se podría producir la falla de los elementos 'erticales, 'erticales, debido a que que e"erce su fuerza fuerza a elementos que están pre'iamente fle&ionados por las cargas sísmicas, a este fenómeno se le conoce como #Efecto P0delta$. En conclusión, cuando mayor sea la fuerza 'ertical, mayor será el momento producido por esta esta fuerza y la e¢ricidad e¢ricidad delta. S12E3E4/5S6 4o se recomiendan recomiendan grandes 'oladizos, 'oladizos, ya que que estos producen producen fuerzas de inercia inercia 'erticales de una magnitud apreciable que sumadas a las fuerzas de gra'edad podrían generar problemas.
%as aceleraciones a las que se somete la estructura 'an creciendo con la altura, por lo que se concentraciones de "asas en los pisos "#s altos , ya que incrementan las recomienda evitar concentraciones fuerzas de inercia y los momentos de 'olteo.
7eben e'itarse fuertes diferencias de pesos entre pisos sucesi'os, ya que generan 'ariaciones bruscas en las las fuerzas de inercia inercia y en la forma de 'ibrar del edificio
1n factor que ayuda al desempeo de las estructuras ante un sismo es la simetría respecto a sus dos e"es en planta, ya que la falta de regularidad por simetría, masa, rigidez o resistencia en ambas direcciones en planta produce torsión, la cual no es fácil de e'aluar con precisión y demanda mayores solicitaciones a algunos elementos resistentes •
/uando las plantas poseen formas irregulares es aconse"able utilizar "untas de construcción, di'idiendo la planta global en 'arias formas regulares. Pero éstas pueden originar problemas de funcionamiento, ya que la !olgura que !ay que de"ar entre las "untas es considerable y también se deben tomar pre'isiones para sellar las uniones.
•
%os edificios ubicados en esquinas, para dar mayor 'isibilidad y por razones de estética, generalmente poseen las dos caras que dan !acia la calle con fac!adas de 'idrio y las dos caras interiores son muros de concreto armado. Esta distribución es inadecuada, ya que genera una gran e¢ricidad entre el centro de masas y el centro de rigidez de la estructura, lo que podría generar un posible colapso.
En las figuras + y - se muestran edificios que tienen forma irregular en su altura. Se puede notar la abrupta diferencia de masas entre pisos continuos, esto conlle'a a altas concentraciones de solicitaciones en los pisos donde se encuentran dic!as diferencias.
En la figura se pueden 'er casos en los que a pesar de que la geometría de la edificación es regular, e&iste una marcada diferencia de rigideces entre pisos sucesi'os, lo cual puede generar fallas en los pisos de menor rigidez
S5S8E9 P:385/7:6 %os elementos porticados, son estructuras de concreto armado con la misma dosificación columnas 0'igas peraltadas, o c!atas unidas en zonas de confinamiento donde forman ngulo de ;<= en el fondo parte superior y lados laterales, es el sistema de los edificios porticados. %os que soportan las cargas muertas, las ondas sísmicas por estar unidas como su nombre lo indica0El porticado o tradicional consiste en el uso de columnas, losas y muros di'isorios en ladrillo.
CARACTERISTICAS$ (. Es el sistema de construcción más difundido en nuestro país. ). >asa su é&ito en la solidez, la nobleza y la durabilidad. +. Sus elementos estructurales principales consisten en zapatas, 'igas y columnas conectados a tra'és de nudos formando pórticos resistentes en las dos direcciones principales de análisis ?& e y@. -. Se recomienda para edificaciones desde - pisos a más. . %os muros o tabiquería di'isorios son mo'ibles.
A. ntisísmicos ?buena resistencia a la 'ibración@. B. luces más largas puede resistir cargas mayores. C. %as instalaciones !idro0sanitarias y eléctricas pueden ser ubicadas entre las 'iguetas.
%ENTA&AS$ (. El sistema aporticado tiene la 'enta"a al per"itir e'ectar todas las "odificaciones (e se (ieran al interior de la vivienda , ya que en ellos muros, al no soportar peso, tienen la posibilidad de mo'erse. ). Proceso de construcción relati'amente simple y del que se tiene muc!a e&periencia. +. El sistema aporticado posee la 'ersatilidad que se logra en los espacios y que implica el uso del ladrillo. -. El sistema porticado por la utilización muros de ladrillo y éstos ser !uecos y tener una especie de cámara de aire, el calor que trasmiten al interior de la 'i'ienda es muc!o poco.
DES%ENTA&AS (. %as luces tienen longitudes limitadas cuando se usa concreto reforzado tradicional ?generalmente inferiores a (< metros@. %a longitud de las luces puede ser incrementada con el uso de concreto pretensado. ). 2eneralmente, los pórticos son estructuras fle&ibles y su diseo es dominado por desplazamientos laterales para edificaciones con alturas superiores a - pisos. +. Este tipo de construcción !úmeda es lenta, pesada y por consiguiente más cara.
CONDICIONES DE DISE)O DE *ORTICOS *RINCI*ALES +SECUNDARIOS
•
%os pórticos principales soportan el peso de las lozas es decir las 'igas de los pórticos reciben las cargas y se transmiten a las columnas y estas a las zapatas.
•
En la figura mostrada ?fig. a@ los pórticos principales son 0, >0>, /0/ debido a que estos soportan el peso de la losa.
•
Para el metrado de cargas se tendrá en cuenta el anc!o tributario de losa que reciban las 'igas principales así como el peso propio de la misma, más las cargas 'i'as. Estas 'igas son por lo general de gran peralte y tienen función estructural.
•
%as columnas de los pórticos, se disearan de acuerdo a las cargas que reciben. Estas tienen función estructural.
•
%as columnas de los pórticos secundarios no soportan el peso de las losas y en la figura a, están constituidas por los e"es (0( y )0).
•
Si la losa se arma como en la figura #b$ los pórticos principales serán los e"es (0(, )0) y los secundarios serán 0, >0> y /0/.
•
Este tipo de pórticos conocidos como pórticos simples es uno de los más sencillos. 8iene la 'enta"a que permiten usar los espacios libremente. Se utiliza para estructuras no muy altas ya que en caso contrario las dimensiones de las columnas aumentan considerablemente.
•
%os pórticos 'an cada - o metros. El espaciamiento de estos estará en función de los peraltes de las losas y las 'igas.
SISTEMA DUAL ,MURO - *ORTICO.
Se entiende como sistema dual aquellos en los que las fuerzas laterales son resistentes tanto por los pórticos como por muros de cortante. El comportamiento y el diseo del sistema acoplado 9uros0Pórticos tiene similitudes con el sistema de muros con 'igas de acoplamiento. %a gran diferencia de rigidez entre los pilares y los muros significa que los desplazamientos laterales de cedencia son menores que los de los pilares. Por lo tanto la distribución de la fuerza lateral entre muros y pilares basados en la rigidez elástica inicial, tiene poca rele'ancia en la respuesta dúctil final de la estructura. /omo sugiere Paulay, el proyectista debe elegir un porcenta"e de la resistencia lateral para muros y pórticos. 4ormalmente, la proporción de cortante en la base de los pilares serán de entre (D y
/$0 *ROCEDIMIENTO DD1D El diseo y la respuesta de las estructuras duales muro0pórtico se !a in'estigado de una 77>7 procedimiento en detalle por Sulli'an. %a siguiente descripción se basa en gran medida en el traba"o y en las propuestas de diseo por Paulay. -.).( Elecciones de diseo pr el imi nar 7os opciones de diseo sub"eti'a se !acen antes del inicio de los cálculos de diseo6 @ 3atio de cortante en pilares6 %a proporción * del cortante basal F>ase, se realiz a para pilares según6 >@ 7istribución 'ertical de la fuerza. %a segunda elección disponible para el diseo es como se distribuye en 'ertical la fuerza en los pilares. 7esde la respuesta de desplazamiento será efecti'amente controlada por la rigidez de los muros, !ay un pequeo riesgo de mecanismo de piso0blando por los desplazamientos en pilares. Paulay sugiere una distribución de la fuerza en la estructura S7:*, resulta de un cortante constante en los pilares para todos los ni'eles. Esto implica que los pilares son cargados lateralmente por una única carga aplicada por for"ado, igual a F* según %as fuerzas laterales en los muros son obtenidos por sustracción de las fuerzas laterales en los pilares de las fuerzas totales. Esto implica que el signo de las fuerzas laterales es igual al del resto del total en todos los ni'eles e&cepto la cubierta, donde la fuerza lateral normalmente es de signo contrario. %as fuerzas de cortante que resultan de la distribución de las fuerzas laterales, se
muestran en las figuras -.) ?d@ -.).) 7iagrama de momentos pa ra pilares y muros. El total de momentos de 'uelco que resulta de las fuerzas laterales se muestran en la figura -.) ?g@, "unto la distribución 'ertical del momento de 'uelco para los pilares. unque estos son esquemáticos, están basados en una estructura de C plantas y con un ratio de cortante para pilares de * G <.+. %a distribución 'ertical de los momentos en el muro, se muestra en la figura -.) ?i@ que se obtiene por sustracción de la distribución lineal de momentos en pilares del total. Para este caso ?y en la mayoría@ implica un punto de infle&ión en el muro a una altura H/* como se indica en la figura -.) ?i@. %a altura de infle&ión es un parámetro mu y importante. Es usual en este estado considerar la distribución de momentos inducido en los pilares por F*, ilustrado en la figura ?-.+@. quí se asume que todos los pilares en una dirección dada son idénticos y los cálculos se refieren a la combinación de la fuerza en todos los pilares. Por ello se asume un punto de infle&ión a una altura media de la columna en cada piso. 5nicialmente !emos asumido que la altura de los pisos son iguales a HS .En cada piso la suma de cortante en la columna es6
a@ *uerzas totales
b@ *uerzas en pilares
c@ *uerzas en muros
g@ 9omentos totales@
! 9omentos en pórticos
i@ 9omentos en muros
7istribución sugerida de las fuerzas laterales y momentos de 'uelco en un edifici o de sistema acoplado 9uros0Pórticos
En el ni'el de cubierta, la suma de los momentos en las 'igas debería ser idealmente la mitad dad por la ec -.+, ya que el momento de entrada en los centros de articulación de las columnas es del
Son muros de hormigón fuertemente armados. Presentan ligeros movimientos de flexión y dado que el cuerpo trabaja como un voladizo vertical, su espesor requerido aumenta rpidamente con el incremento de la altura del muro. Presentan un saliente o talón sobre el que se apoya parte del terreno, de manera que muro y terreno trabajan en conjunto. Siempre que sea posible, una extensión en el puntal o la punta con una dimensión entre un tercio y un cuarto del ancho de la base suministra una solución ms económica. !ipos distintos de muros estructurales son los muros "en #", "en ! invertida". $n algunos casos, los l%mites de la propiedad u otras restricciones obligan a colocar el muro en el borde delantero de la losa base, es decir, a omitir el puntal. $s en estas ocasiones cuando se utilizan los muros en #. &omo se ha indicado, en ocasiones muros estructurales verticales de gran altura presentan excesivas flexiones. Para evitar este problema surge el 'muro con contrafuertes', en los que se colocan elementos estructurales (contrafuertes) en la parte interior del muro (donde se localizan las tierras). Suelen estar espaciados entre s% a distancias iguales o ligeramente mayores que la mitad de la altura del muro. !ambi*n existen muros con contrafuertes en la parte exterior del mismo. +-S /$ &0&-$! 1-+1/ (P#1&1S)
tro tipo de muro que contribuye notablemente a darle fortaleza a la estructura de una edificación y que se esta utilizando frecuentemente en nuestro medio, es el denominado muro de concreto armado, ms conocido como "placa".
1l igual que los muros portantes de alba2iler%a, las placas soportan las cargassísmicas. Sin embargo, a diferencia de otros muros estructurales, son ms resistentes y ms durables en el tiempo, si estn bien dise2adas y bien construidas.
#as placas de concreto armado son consideradas como elementos estructurales bidimensionales planos, es decir, su espesor es peque2o en comparación a sus otras dos dimensiones (largo, alto) (3igura 4).
$s recomendable usar estas placas en los casos de viviendas nuevas que tienen deficiencias de densidad de muros portantes de alba2iler%a, en cualquiera de sus direcciones principales (5er &onstruyendo 06 47).
!ambi*n las placas se pueden usar en los casos de reparación de viviendas que han sido da2adas por un sismo.
#os materiales a utilizarse en la construcción de estos muros son los siguientes8
CONCRETO + FIERRO = CONCRETO ARMADO
RECOMENDACIONES:
1 continuación te proporcionamos algunos consejos para recordar y tener en cuenta cuando te toque construir una placa8
Generales:
a. #as placas deben construirse estrictamente de acuerdo a lo especificado en los planos estructurales.
b. Si la edificación es de dos pisos o ms, las placas deben ser coincidentes en todos los niveles (3igura 9).
c. &uando se construyan placas de concreto armado que sean colindantes a predios con muros de ladrillo o adobe, estos muros del vecino no debern ser utilizados como encofrados para el vaciado de la placa (3igura 7).
d. 0o se debe colocar ninguna clase de tuber%a (agua, desag:e, el*ctrico) ni accesorios dentro de la placa, por que la debilita.
Para el refuerzo:
e. #as especificaciones del refuerzo a colocarse ( diámetro de barras, cantidad, espaciamiento, numero de capas), tanto vertical como horizontalmente, deben estar claramente indicadas en los planos.
f. $l refuerzo vertical debe ingresar totalmente en la cimentación, respetndose un recubrimiento de ;.< cm.
g. Si la placa contin=a en los niveles superiores, no olvides dejar las mechas con la longitud de empalme apropiado.(&uadro 4).
h. 1ntes de vaciar el concreto, aseg=rate de que los dados est*n bien colocados, para darle el importante y necesario recubrimiento al refuerzo de la placa (3igura >).
Para el concreto:
i. $n la preparación del concreto debes tener cuidado con el tama2o de piedra chancada que vas a utilizar, de preferencia usa solo de ?" (no debe estar mezclada con @" y 4"), en especial cuando se trate de placas delgadas (4A a 4< cm.).
j. 1 fin de evitar la formación de cangrejeras, el concreto no debe ser muy seco pero tampoco muy aguado, debe tener la fluidez apropiada (consistencia(4)), para que se meta hasta el =ltimo rincón del encofrado.
Puedes utilizar la siguiente mezcla por cada metro c=bico de concreto a preparar8
B. $s sumamente importante que compactes el concreto conforme vas haciendo el vaciado (5er &onstruyendo 06 44). l. /ebes realizar el curado del concreto luego de desencofrar, lo puedes hacer humedeci*ndolo constantemente con agua (m%nimo 7 d%as) o utilizando aditivos (3igura <).
Para el Encofrado
m. !u encofrado no debe permitir la fuga de la lechada de cemento(9), ya que deteriora la calidad del concreto.
n. 1 fin de que la placa tenga un espesor uniforme, aseg=rate de usar templadores, ya que la fuerte presión del concreto fresco sobre el encofrado lo empuja hacia fuera. $sta presión puede hacer colapsar al
2. /ebes apuntalar el encofrado para proporcionarle estabilidad
o. 5erifica el aplomado.
SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA 0$2$2 DEFINICI3N DEL SISTEMA Es un sistema estructural donde la resistencia ante cargas sísmicas y cargas de gra'edad, en las dos direcciones, está dada por muros de concreto armado que no pueden desarrollar desplazamientos inelásticos importantes. %os muros son de espesores reducidos, se prescinde de e&tremos confinados y el refuerzo 'ertical se dispone en una solo !ilera. %os sistemas de piso son losas macizas o aligeradas que cumplen la función de diafragma rígido.
0$2$0 IM*ORTANCIA DEL SISTEMA El sistema de 9uros de 7uctilidad %imitada en la actualidad está siendo muy utilizado en el Perú, debido a la facilidad que la industrialización !a traído para este sistema, mediante el uso de encofrados metálicos estructurales y el uso de concreto premezclado, !aciendo más ágil y económico el proceso constructi'o de las obras. %a 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.
E&iste un déficit !abitacional6 cuantitati'o y cualitati'o
I El Perú afronta en la actualidad un déficit de cerca de (.; millones de 'i'iendas de calidad, y que anualmente se forman (-),+)B nue'os !ogares a ni'el nacional que requieren satisfacer su necesidad !abitacional. I Se cree también que el déficit !abitacional e&istente en el país se reduciría a
Son considerados así por dos razones6 (. 7ebido a la ausencia de confinamiento. ). El uso de mallas electro soldadas.
CARACTER4STICASTIC AS I Edificaciones de poca altura ?entre y B pisos@. I 8odos los muros son portantes. I Platea de espesor entre )< y ) cm como cimentación I Sus muros, 'arían entre (< ?espesor mínimo indicado por la 4orma Peruana de Edificaciones@, () y ( cm. I %as losas de piso son macizas con espesores de (< y () cm con ensanc!es. I 8ienen refuerzos de acero corrugado con'encional en los e&tremos. I lta densidad de muros en cada dirección. I Su fJc es de (BKgLcm), 'alor que en obra suele incrementarse !asta en +
'iento o sismo. I lta resistencia debido a la cantidad de áreas de muros estructurales I 7ebido a su gran rigidez lateral, estos elementos absorben grandes cortantes, que a su 'ez producen grandes momentos. I 4o es necesario usar pórticos I Simplicidad y simetría I umento de área de uso debido a espesores menores y el tiempo de e"ecución es reducido.
DES%ENTA&AS I Problemas térmicos y acústicos. I Presencia de fisuras por contracción de secado del concreto I *ormación de cangre"eras dadas por la congestión del refuerzo y tuberías en muros y losas de poco espesor. I Efectos de retracción ?deformaciones y cambios de 'olumen@
COM*ORTAMIENTO ESTRUCTURALIENTO ESTRUCTURAL I lta resistencia de muros debido a la significati'a cantidad de áreas de muros estructurales. I 3esistentes a cargas de gra'edad y las cargas laterales de 'iento o sismo I 2ran rigidez lateral que permiten absorber grandes fuerzas cortantes, que producen grandes momentos. I lta resistencia a la fle&ión
El diseo se basa en los siguientes /apitulos de la 4orma E.
/oncreto
/apitulo (-6 9uros /apítulo )(6 7isposiciones Especiales para el 7iseo Sísmico cápite )(.;6 9uros Estructurales de /oncreto 3eforzado 8ambién se tiene en cuenta el acápite )(.(<6 Edificaciones con 9uros de 7uctilidad %imitada. Este es un tipo especial de construcción con muros de concreto en la que se reduce la e&igencia de ductilidad debido a que la resistencia es muy alta. %a ductilidad es la
capacidad que tienen las estructuras de soportar dao sin colapsar y es una propiedad muy importante en sismos, ya que la intensidad del sismo es difícil de estimar y en sismos grandes se acepta dao pero no colapso. Por eso si se tiene alta resistencia la necesidad de ductilidad será menor y esto se !a considerado para aceptar este sistema con muros de menor ductilidad. Pero también en este acápite se incluye la pro!ibición de usar este tipo de estructura para edificios de más de B pisos ya que se reconoce que en edificios altos es mayor la demanda de ductilidad. Sobre esto se basa la ob"eción al sistema del 7r. Na'ala, que indica que no es adecuado para edificios altos, lo que está de acuerdo a este acápite de la 4orma. Para lograr un buen comportamiento sísmico es deseable que el edificio tenga las siguientes características6 0 >uena configuración estructural, que incluye plantas simétricas, continuidad de los elementos estructurales 'erticales en toda la altura del edificio y formas regulares en planta y ele'ación. 0 decuada rigidez, que significa que en un mo'imiento sísmico el edificio tenga poco desplazamiento lateral. Se !a demostrado en sismos anteriores alrededor del mundo que si se limita la deformación se reduce el dao. Esto !a sido considerado en la 4orma que es una de las que tiene la mayor e&igencia de reducir el desplazamiento de toda la región. %os edificios de muros cumplen ampliamente con las dos características indicadas. 8ienen una configuración muy regular en planta, simétrica y con todos los muros continuos, y al tener gran densidad de muros de concreto armado tiene una rigidez muy alta por lo que en un sismo tendrá desplazamientos muc!o menores a los aceptados por la norma.
P3:OE/8: /P58% 2:%* %:S 54S. E75*5/5: 7E :*5/54S 7E )< P5S:S O A SQ84:S
.
