UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE Lauréate International UniversitiesⓇ FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL SISTEMA ESTRUCTURAL DE CONCRETO ARMADO CURSO: ESTRUCTURAS Y CARGAS CLASE: 10021343. PROFESOR: PINTO BARRANTES RAUL. ALUMNO: HURTADO ZELADA ANIBAL. MAYO 2014 LIMA – PERU
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229452140 Los Cuatros Sistemas Estructurales de Concreto Armado
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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE
Lauréate International UniversitiesⓇ
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
SISTEMA ESTRUCTURAL DE CONCRETO ARMADO
CURSO: ESTRUCTURAS Y CARGAS
CLASE: 10021343.
PROFESOR: PINTO BARRANTES RAUL.
ALUMNO: HURTADO ZELADA ANIBAL.
MAYO 2014
LIMA – PERU
TERMINOLOGÍA
Concreto del recubrimiento: Es el concreto localizado por fuera del refuerzo
transversal del confinamiento.
Columna: Elemento estructural (vertical), cuya solicitud principal es la carga
axial de compresión, acompañada o no de momentos flectores, torsión o
esfuerzos cortantes.
Las dimensiones mínimas de las columnas de la estructura principal según la
nsr 98 son de un diámetro mínimo de 0.25 m para secciones circulares y una
dimensión mayor a 0.20 m con área de 0.06 m3 para columnas con área
rectangular.
Concreto: Mezcla homogénea de material cementante, agregados inertes
yagua, con o sin aditivos.
Concreto ciclópeo: Mezcla de concreto simple y agregado grueso
seleccionado con tamaños entre los 150 y 300 mm, utilizada para la
construcción de elementos estructurales que trabajan predominantemente a
compresión.
Concreto de peso normal: Se entiende por concreto de peso normal aquel en
el cual se han utilizado agregados inertes cuya masa específica es mayor que
1840kg/m3.
Estribo de confinamiento: Es un estribo rectangular cerrado, de barra de
diámetro al menos no. 3.
Curado: Proceso mediante el cual el concreto endurece y adquiere resistencia,
una vez colocado en su posición final.
Diafragmas estructurales: Son conjuntos de elementos estructurales, tales
como las losas de entrepiso o de cubierta, que transmiten las fuerzas inerciales
a los elementos del sistema de resistencia sísmica.
Encofrados y formaletas: Moldes con la forma y las dimensiones de los
elementos estructurales, en los cuales se coloca el refuerzo y se vierte el
concreto fresco.
Junta de construcción: Interrupción de la colocación del concreto, ya sea temporal, de construcción, o permanente.
Junta de expansión: Separación entre porciones adyacentes de la estructura de concreto, localizada en un lugar establecido momentos y fuerzas axiales inducidas por cargas verticales y horizontales. un muro de cortante es un muro estructural.
Nudo: es la porción de columna limitada por las superficies superiores e inferiores de las vigas que llegan a ella.
Pórtico: Conjunto estructural constituido por vigas y columnas unidas rígidamente.
Prefabricado: Elemento de concreto, con o sin esfuerzo, que se construye en un lugar diferente al de su posición final dentro de la estructura.
Refuerzo: Acero en una de las tres formas siguientes, colocado para absorber esfuerzos de tracción, de compresión, de corte o de torsión en conjunto con el concreto:
a. Grupo de barras de acero corrugado que cumple las normas NTC 2289 (A5TM A706) o NTC 248 (ASTM A615). O barras lisas que cumplen la norma NTC 161 (ASTM A615), de forma rectas, dobladas, con o sin ganchos, o en forma de estribos.
b. Malla electrosoldada. c. Alambres o cables de alta resistencia destinados principalmente al
concreto preesforzado.
Losa: Elemento estructural horizontal, o aproximadamente horizontal, macizo o con nervaduras, que trabaja en una o dos direcciones, de espesor pequeño en relación con sus otras dos dimensiones.
Muro: Elemento cuyo espesor es mucho menor en relación con sus otras dos dimensiones, usualmente vertical, utilizado para delimitar espacios.
Muro estructural: Son muros que se dimensionan y diseñan para que resistan la combinación de fuerzas cortantes.
Viga: Elemento estructural, horizontal o aproximadamente horizontal, cuya dimensión longitudinal es mayor que las otras dos y su solicitación principal es el momento flector, acompañado o no de cargas axiales, fuerzas cortantes y torsiones.
Vigueta o nervadura: Elemento estructural que forma parte de una losa nervada, el cual trabaja principalmente a flexión.
SISTEMAS ESTRUCTURALES
Los sistemas estructurales se clasificarán según los materiales usados y el
sistema de estructuración sismorresistente predominante en cada dirección.
Según la clasificación que se haga de una edificación se usará un coeficiente
de reducción de fuerza sísmica (R). Para el diseño por resistencia última las
fuerzas sísmicas internas deben combinarse con factores de carga unitarios.
En caso contrario podrá usarse como (R) los valores establecidos previa
multiplicación por el factor de carga de sismo correspondiente. (ver Tabla No 6).
1. Por lo menos el 80% del cortante en la base actúa sobre las columnas de los
pórticos que cumplan los requisitos de la NTE E.060 Concreto Armado. En
caso se tengan muros estructurales, estos deberán diseñarse para resistir una
fracción de la acción sísmica total de acuerdo con su rigidez.
2. Las acciones sísmicas son resistidas por una combinación de pórticos y
muros estructurales. Los pórticos deberán ser diseñados para tomar por lo
menos 25% del cortante en la base. Los muros estructurales serán diseñados
para las fuerzas obtenidas del análisis según Artículo 16 (16.2)
3. Sistema en el que la resistencia sísmica está dada predominantemente por
muros estructurales sobre los que actúa por lo menos el 80% del cortante en la
base.
4. Edificación de baja altura con alta densidad de muros de ductilidad limitada.
5. Para diseño por esfuerzos admisibles el valor de R será 6
(*) Estos coeficientes se aplicarán únicamente a estructuras en las que los
elementos verticales y horizontales permitan la disipación de la energía
manteniendo la estabilidad de la estructura. No se aplican a estructuras tipo
péndulo invertido.
(**) Para estructuras irregulares, los valores de R deben ser tomados como ¾
de los anotados en la Tabla. Para construcciones de tierra referirse a la NTE
E.080 Adobe. Este tipo de construcciones no se recomienda en suelos S3, ni
se permite en suelos S4.También debemos de mencionar la configuración
estructural de los diferentes sistemas estructurales.
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Las estructuras deben ser clasificadas como regulares o irregulares con el fin
de determinar el procedimiento adecuado de análisis y los valores apropiados
del factor de reducción de fuerza sísmica (Tabla N° 6).
a. Estructuras Regulares. Son las que no tienen discontinuidades
significativas horizontales o verticales en su configuración resistente a cargas
laterales.
b. Estructuras Irregulares. Se definen como estructuras irregulares aquellas
que presentan una o más de las características indicadas en la Tabla N°4 o
Tabla N° 5.
Tabla N° 4
IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA
Irregularidades de Rigidez – Piso blando En cada dirección la suma de las áreas de las secciones transversales de los elementos verticales resistentes al corte en un entrepiso, columnas y muros, es menor que 85 % de la correspondiente suma para el entrepiso superior, o es menor que 90 % del promedio para los 3 pisos superiores. No es aplicable en sótanos. Para pisos de altura diferente multiplicar los valores anteriores por (hi/hd) donde hd es altura diferente de piso y hi es la altura típica de piso.
Irregularidad de Masa Se considera que existe irregularidad de masa, cuando la masa de un piso es mayor que el 150% de la masa de un piso adyacente. No es aplicable en azoteas
Irregularidad Geométrica Vertical La dimensión en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 130% de la correspondiente dimensión en un piso adyacente. No es aplicable en azoteas ni en sótanos Discontinuidad en los Sistemas Resistentes. Desalineamiento de elementos verticales, tanto por un cambio de orientación, como por un desplazamiento de magnitud mayor que la dimensión del elemento.
Tabla N° 5
IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA
Irregularidad Torsional
Se considerará sólo en edificios con diafragmas rígidos en los que el desplazamiento promedio de algún entrepiso exceda del 50% del máximo permisible indicado en la Tabla N°8 del Artículo 15 (15.1).
En cualquiera de las direcciones de análisis, el desplazamiento relativo máximo entre dos pisos consecutivos, en un extremo del edificio, es mayor que 1,3 veces el promedio de este desplazamiento relativo máximo con el desplazamiento relativo que simultáneamente se obtiene en el extremo opuesto.
Esquinas Entrantes
La configuración en planta y el sistema resistente de la estructura, tienen esquinas entrantes, cuyas dimensiones en ambas direcciones, son mayores que el 20 % de la correspondiente dimensión total en planta. Discontinuidad del Diafragma
Diafragma con discontinuidades abruptas o variaciones en rigidez, incluyendo áreas abiertas mayores a 50% del área bruta del diafragma.
SISTEMAS ESTRUCTURALES DE CONCRETO ARMADO
TIPOLOGIA
En las normas suelen distinguirse cuatro tipologías estructurales de concreto
armado, en función de los elementos del sistema resistente a sismos. Estas
son las siguientes:
Tipo I
Estructuras capaces de resistir la totalidad de las acciones sísmicas mediante
deformaciones debidas esencialmente a la flexión de sus miembros
estructurales, tales como los sistemas estructurales constituídos principalmente
por pórticos.
Tipo II
Estructuras constituídas por pórticos y muros estructurales de concreto armado
o pórticos diagonalizados, cuya acción conjunta sea capaz de resistir la
totalidad de las fuerzas sísmicas. Los pórticos por si sólos deben estar en
capacidad de resistir por lo menos el 25% de esas fuerzas.
Tipo III
Estructuras capaces de resistir la totalidad de las acciones sísmicas mediante
pórticos diagonalizados o muros estructurales de concreto armado, que
soportan la totalidad de las cargas permanentes y variables. Los últimos son
los sistemas comúnmente denominados apantallados o de muros estructurales.
Se consideran igualmente dentro de este grupo las estructuras Tipo II cuyos
pórticos no sean capaces de resistir por sí sólos el 25% de las fuerzas sísmicas
totales, pero sí contribuyan a resistir las cargas gravitacionales.
Tipo IV
Estructuras sustentadas por una sola columna. Estructuras que no posean
diafragmas con la rigidez y resistencia necesaria para distribuir eficazmente las
fuerzas sísmicas entre los diversos miembros verticales.
Todos los tipos de estructuras, con excepción del Tipo IV, deberán poseer
suficientes diafragmas para distribuir eficazmente las acciones sísmicas entre
los diferentes miembros del sistema resistente a sismos.
SISTEMA ESTRUCTURAL DE CONCRETO ARMADO
SISTEMA APORTICADO SISTEMA DUAL
SISTEMA DE MUROS ESTRUCTURALES SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA
SISTEMA APORTICADO
¿Hasta cuantos pisos se puede construir en el Sistema Aporticado?
Podría ser hasta unos 8 pisos, El sistema porticado tiene la ventaja al
permitir ejecutar todas las modificaciones que se quieran al interior de la
vivienda, ya que en ciertos muros, al no soportar peso, tienen la posibilidad de
moverse.
•El sistema porticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y que
implica el uso del ladrillo. El ladrillo es un materia que aísla más el ruido de un
espacio a otro.
• El sistema porticado por la utilización muros de ladrillo y éstos por ser estos
huecos y tener una especie de cámara de aire, el calor que trasmiten al interior
de la vivienda es mucho poco.
•Gran libertad en la distribución de los espacios internos del edificio.
•Son estructuras muy flexibles que atraen pequeñas solicitaciones sísmicas.
•Disipan grandes cantidades de energía gracias a la ductilidad que poseen los
elementos y la gran hiperestaticidad del sistema.
SISTEMA APORTICADO
SISTEMA DUAL
¿Hasta cuantos pisos de puede construir en el sistema dual?
Hasta unos 20 pisos si se construye más se hace un sobredimensionamiento.
Es un sistema mixto de pórticos reforzados por muros de carga o diagonales de
arriostramiento. En este sistema los muros tienden a tomar una mayor
proporción de los esfuerzos en los niveles inferiores, mientras que los pórticos
pueden disipar energía en los niveles superiores.
Figura 1 _ Distintos sistemas duales.
Es muy común, sobretodo en la vieja práctica, que cuando se diseñan
estructuras duales se supone que los muros resisten todas las fuerzas
laterales y el sistema aporticado todas las gravitacionales. Esta suposición
arroja un error despreciable en estructuras de alturas moderadas,
aproximadamente 20 pisos, pero para edificios de alturas mayores se incurre a
un sobredimensionamiento de la estructura, ya que se desperdicia buena parte
de la resistencia de ambos sistemas. Aunque la Norma COVENIN 1753-2001
en el subcapítulo 6.3 especifica que para estructuras duales, el pórtico debe
resistir al menos el 25% de las cargas laterales.
El problema que posee este sistema estructural es que hay que ser muy
cuidadoso en cuanto a la configuración de los elementos rígidos, ya que tienen
una extrema diferencia de rigidez comparado a los pórticos y esto puede
causar concentraciones excesivas de esfuerzos en algunas zonas del edificio y
una mala distribución de cargas hacia las fundaciones.
DUCTILIDAD LIMITADO
Hasta cuantos pisos se puede construir con el sistema de ductilidad limitada
El máximo número de pisos que se puede construir con este sistema es de 7.
Entre sus principales características arquitectónicas tenemos que son edificaciones de poca
altura (entre 5 y 7 pisos) con pisos típicos con el fin de optimizar el proceso constructivo y
todos los muros son portantes. Por otro lado, entre sus desventajas, se han registro por
parte de sus usuarios problemas térmicos y acústicos.
Los EMDL se caracterizan por tener un sistema estructural donde la resistencia
sísmica y de cargas de gravedad en las dos direcciones está dada por muros
de concreto armado que no pueden desarrollar desplazamientos inelásticos
importantes. En este sistema los muros son de espesores reducidos, se
prescinde de extremos confinados y el refuerzo vertical se dispone en una sola
hilera. Los sistemas de piso son losas macizas o aligeradas que cumplen la
función de diafragma rígido.
MUROS DE CONCRETO ARMADO
¿Hasta cuantos pisos se puede construir?
Este sistema funciona eficientemente hasta los 6 pisos por edificación lo cual puede construirse 6 niveles más con sistema de ductilidad limitada
Son muros de concreto armado o placas, estas reciben las cargas verticales
que actúan en la edificación; trabajan principalmente a compresión además de
resistir cargas horizontales paralelas a su plano. Este tipo de sistema ofrece
una gran rigidez debido a las placas, dado que su mayor dimensión en una
dirección ofrece una gran resistencia y rigidez lateral ante movimientos
laterales. De este modo, distribuyendo adecuadamente un conjunto de placas.
INTERACCIÓN TABIQUE PÓRTICO. Esto se presenta tanto en Consultorios A como en Consultorios B. Este problema genera un cambio total en la rigidez del pórtico, incrementándola; por lo tanto, puede conducir a un aumento de las fuerzas sísmicas en el edificio al disminuir su periodo natural de vibración. Dicha interacción puede generar los siguientes problemas: 1) Torsión en el edificio que ocurre cuando los tabiques están mal distribuidos en la planta del edificio como es el caso de edificio en esquinas con doble fachada 2) Concentración de esfuerzos en las esquinas del pórtico, lo que puede causar la falla del nudo. 3) Fractura diagonal del tabique al no estar diseñado por corte si no por ser sólo de relleno y podría desplomarse por las fuerzas perpendiculares a su plano que se presenten. 4) Piso blando que se presenta cuando los pisos inferiores están libres de tabiquería mientras que los superiores no. 5) Columnas cortas, donde el tabique restringe el libre desplazamiento lateral de la columna.
GOLPETEO.
Con frecuencia los edificios son construidos hasta las líneas de límite de
propiedad con el fin de hacer el máximo uso del espacio y así muchos edificios
se diseñan y construyen como si no existieran edificios adyacentes.
Esto sucede con muchos edificios en Lima donde a veces las paredes
de unos son aprovechadas como paredes de otro edificio adyacente. El
golpeteo de edificios puede alterar la respuesta dinámica de ambos edificios, y
fuerzas inerciales adicionales de impacto son añadidas a ambas estructuras. Si
los edificios tienen la misma altura y los pisos están alineados, aquellos
mostrarán un comportamiento dinámico similar.
Si en el golpeteo de edificios los pisos impactan a otros pisos los daños
debido al golpeteo será limitado a los elementos no estructurales. Cuando los
pisos de edificios adyacentes están a diferentes niveles, los pisos impactarán
las columnas de los edificios adyacentes y pueden causar un daño estructural.