DISEO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO DE VIVIENDA DE ALBAILERA
CONFINADA
1. DESCRIPCION
1.1 UbicacinLa estructura es una Vivienda Multifamiliar, de dos
pisos, se construir en el Corregimiento de San Francisco de Icho,
perteneciente a la ciudad de Quibd.
1.2 rea de ocupacin de la estructuraLa estructura a analizar
tiene un rea de construccin de 112.00m2, correspondientes a 14.00m
de frente y 8.00m de profundidad.1.3 Uso de la estructuraLa
estructura tendr un grupo de uso I, destinado a la ocupacin
residencial.1.4 Norma empleada La estructura se diseara de acuerdo
al Reglamento NSR-10, aplicando el Titulo E, que establece los
requisitos para la construccin sismo resistente de viviendas de uno
y dos pisos de mampostera confinada y de bahareque encementado.1.5
Microzonificacin SsmicaLa ciudad de Quibd, cuenta con una
Microzonificacin Ssmica reglamentada bajo el Decreto 523 del 16 de
diciembre del 2010; el cual es de carcter obligatorio y sustituye
las secciones A.2.4 y A.2.6 (efectos locales de amplificacin de las
ondas ssmicas debidas al suelo subyacente de la edificacin y el
Espectro de Diseo, respectivamente) del Reglamento NSR-10.La
localizacin de la estructura tiene una zona de amenaza ssmica
alta.PARMETROSMBOLOVALOR
Coeficiente de AceleracinAa0.35
Coeficiente de SitioS1.2
Coeficiente de ImportanciaI1.0
Altura medida desde la base, de la altura de cubiertahn6.1m
Periodo Fundamental AproximadoTa0.368 seg
Espectro Elstico de DiseoSa0.75
Coeficiente de Disipacin de EnergaR7
1.6 Caractersticas de los materiales empleadosConcreto
Armado:Zapatas : concreto f c = 210 kg/cm2Vigas de cimentacin :
concreto f c = 210 kg/cm2Columnas : concreto f c = 210 kg/cm2Vigas
: concreto f c = 210 kg/cm2Placas : concreto f c = 210 kg/cm2Losas
aligerada : concreto f c = 210 kg/cm2Escalera : concreto f c = 210
kg/cm2
Peso Especfico:Concreto simple : 2300kg/m3Concreto armado :
2400kg/m3
Acero:Corrugado estructural : fy = 4200 kg/cm2
Albailera:Resistencia a la compresin de la mampostera : f m =
100kg/cm2Unidad de mampostera (ladrillo) : 12 x 20 x 30 cmMortero
tipo : MJuntas : 1 cm
Peso especifico mampostera:
Ladrillo hueco : 1300kg/cm3Ladrillo solido : 1800kg/cm3
Componentes del sistema de entrepiso:
Perfil metlico placa fcil : 9cm de alto x 13cm de ancho Bloque
de loza (ladillo de arcilla): 80cm de largo x 23cm de ancho x 10cm
de alto.Malla electro soldada : grafil de 5 mm con retcula de 15cm
x 15cm
2. PLANTEAMIENTO ESTRUCTURAL
2.1 Diseo murosLa estructura a disear es una vivienda de dos
pisos, donde se adopt como sistema estructural mampostera
confinada; Muros confinados estructurales (NSR-10 sec.
E.3.1.1.1).Dimensionamiento de los muros
Altura libre del muro: Se adopto una altura libre mxima de 2.5m,
donde (2.5m < 25 x espesor del muro = 25 x 0.12m = 3.00m). como
lo establece (NSR-10 sec. E.3.5.1).
Longitud libre horizontal (NSR-10 sec. E.3.5.2): se adopto una
longitud libre mxima de 4.0m, donde (4.0m < 35 x espesor del
muro = 35 x 0.12m = 4.20m).
Espesor de muros confinado (NSR-10 sec. E.3.5.3): se adopto un
espesor de muro de 0.12m, ya que la estructura est en la regin 7 de
la Figura A.2.3-2 NSR-10, se encuentra en zona de amenaza ssmica
alta, con un coeficiente de aceleracin de Aa=0.35. donde el espesor
adoptado es mayor al recomendado en la (Tabla E.3.5-1 NSR-10).
Longitud de muros confinados (NSR-10 sec. E.3.6): para
garantizar un comportamiento ssmico adecuado debe proveerse de una
longitud mnima de muros confinados en cada una de las direcciones
principales en planta.
La longitud de los muros confinados en la direccin x = 28.00mLa
longitud de los muros confinados en la direccin y = 24.00mLa
longitud de los muros confinados que se requieren en cada direccin
principal de la edificacin, en metros, no puede ser menor a la
obtenida por medio de la Ecuacin E.3.6-1 NSR-10.
Lmin = = 18.67mLmin = Longitud mnima de muros en cada direccin
en (m).Mo = Coeficiente establecido en la Tabla E.3.6-1, para Aa =
0.35 Mo = 30. t = Espesor efectivo del muro de confinamiento en los
dos niveles es 120mm. Ap = El rea de la cubierta liviana, 112 x
(2/3) = 74.67m2.
Tomamos la longitud menor, en la direccin Y = 24.00m > Lmin =
18.67m. Cumple
2.2 Columnas de confinamientoLas columnas de confinamiento deben
ser de hormign reforzado, su armadura debe anclarse a la cimentacin
y a la viga de amarre superior. Su vaciado debe realizarse con
posterioridad al levantamiento de los muros de confinamiento y
directamente contra ellos.Dimensionamiento de las columnas La
seccin transversal que se adopto para las columnas de amarre es de
(12x20 cm), para un rea de 240cm2 > 200cm2, el espesor es igual
al del muro que confina (12cm), como se establece en (NSR-10 sec.
E.4.3.2).
La separacin mxima entre columnas de amarre en los extremos de
los muros de confinamiento que se adopto es 4.00m, la cual es menor
a los requisitos que exige el (NSR-10 sec. E.4.3.3).
L = 4.00m < 35 * 0.12 = 4.20m < 1.5 * 2.8 = 4.20m <
4.00m. Cumple
El refuerzo longitudinal que se adopto para las columnas es 4
barras NO 4. (1/2) 12mm de dimetro.
El refuerzo transversal que se adopto para las columnas es de
estribos cerrados de barras No 3 (3/8) espaciados cada 20cm. Los
primeros seis estribos se deben espaciar a 10cm en las zonas
adyacentes a los elementos horizontales de amarre.
2.3 Vigas de confinamiento Las vigas de confinamiento sern de
hormign reforzado, su refuerzo ser anclado en los elementos
terminales con ganchos de 90. Su vaciado se realizara directamente
sobre los muros de confinamiento (NSR-10 sec.
E.4.4.1).Dimensionamiento de las vigas El ancho de las vigas de
amarre es igual al espesor del muro 12cm, y su seccin transversal
ser de (12x20cm), para un rea transversal de 240cm2 > 200cm2.
(NSR-10 sec. E.4.4.2).
Las vigas de amarre podrn ir embebidas en la losa aligerada del
entrepiso.
El refuerzo longitudinal de las vigas de confinamiento ser de 4
barra No 4, las cuales se dispondrn de manera simtrica respecto a
los ejes de la seccin.
El refuerzo transversal considerando como luz de espacio
comprendido entre las columnas de amarre ubicadas en el eje de la
viga, se utilizaran estribos cerrados de barra No 3 (3/8)
espaciados cada 10cm en los primeros 50cm de cada extremo de la luz
y espaciados a 20cm en el resto de la luz.
2.4 Cintas de amarre
Se adopto un elemento de concreto reforzado de altura de 12cm,
con un ancho igual al espesor del elemento que remata y ser
reforzado con dos barras longitudinales No 3. El refuerzo
transversal se utilizara estribos de barras No 2, espaciadas cada
20cm.
2.5 Losa de entrepisoEsta losa est proyectada para soportar
cargas por muros divisorios. La cual se construir con un sistema
econmico, rpido y seguro llamadoPLACA FACIL.
Sistema de Entrepiso Placa Fcil El sistema constructivoPlaca
fcil es considerado en Colombia como uno de los procesos para
realizarlosas de entrepisoque ofrece mayorrapidezen el proceso
deconstruccin para dichos elementosestructuralesde las viviendas
y/o edificaciones, ya que el desarrollo de la instalacines fcil de
implementar y toma menos tiempo que una losa de entrepiso
tradicional,ademsde ser un sistema econmico que seadaptade forma
perfecta a las necesidades de las personas que construyen su propia
vivienda, lograndoobtenerentrepisos o losasde forma ms prctica
yrpida.Laplacafcil ofrece ciertas ventajas encomparacinde otros
sistemas de losas, entre los cuales se encuentras las
siguientescaractersticas:
No requiere formaleta, ya que los bloquelones hacen lafuncinde
esta. Montaje rpido y sencillo Sistema Econmico Liviano y
resistente No requiere herramientas ni equipo especial para su
instalacin Disponible en depsitos, ferreteras y cadenas de
almacenes deconstruccin Calidad en acabados interiores Se ajusta a
cualquier rea Cumple con la Norma SismoResistenteColombiana
NSR-10
El sistema placa fcil consta una serie de perfiles metlico o de
concreto, que conforman el soporte estructural de los dems
componentes de la solucin, piezas de arcilla llamado bloquelones
que sirven como aligerante o formaleta.
El sistema lo complementa la malla de refuerzo y una capa de
concreto de 5cm de espesor. Su construccin es sencilla y no demanda
formaletas ni mano de obra especializada.
Los materiales de los cuales secomponelaPlacafcilson:
Para 1 metro cuadrado (m2) de placa fcil son necesarios la
siguiente cantidad de materiales, en base a esto podremos calcular
que cantidad vamos a necesitar para la losa de entrepiso de nuestro
proyecto de vivienda.
Perfilde 1.00 m de largo 5 bloquelones Malla electro soldada de
1 m * 1 m con grafil de 5 mm 1m2 x 0.05m de espesor de Concreto de
3000 psi.
Dimensionamiento de los componentes del entrepiso:
El espesor de la losa, aligerada con bloquelones y de apoyos
continuos, cumpliendo los requisitos de (NSR-10 sec. E.5.1.3) y la
Tabla E.5.1-1, donde no ser necesario verificar las deflexiones;
entonces: el espesor de la losa que soporta muros divisorios y
particiones frgiles es:
Para apoyos continuos es .. L/18.5
h = = 0.155m
Por razones constructivas adoptaremos un espesor de losa de
0.16m.
Componentes de la placa fcil:
El perfil metlico, que se utilizara es un Perfil estructural
abierto es formado en fro, compuesto por una base de 13 cm con dos
aletas de 2,5 cm de ancho que le dan soporte al bloqueln y dos
almas de 9 cm de altura separadas entre s por 8 cm, como se puede
observar en la siguiente figura. Estos se espaciaran entre si cada
89 cm.
Figura 1. Perfil placa fcil o duralosa galvanizado de 1.5mm de
espesor
Verificacin de la capacidad de carga del perfil:
Como primero anteriormente se escogi y predimensiono un Perfiles
placa fcil galvanizado de 1.5mm de espesor, los cuales tendrn la
funcin de elemento estructural (nervios metlicos), dando soporte al
sistema de aligeramiento con bloquelones, donde la separacin
aproximada de perfiles ser de 89 cm, que se construir como
entrepiso de una vivienda unifamiliar. La losa debe soportar el
acabado del piso y particiones de mampostera, para una carga
valorada en la Tabla B.3.4.3-1 de 300kgf/m2.
A partir de la distribucin estructural se usara un mtodo ms
exacto de anlisis manteniendo las cargas aproximadas de la
predimension, a fin de comparar los resultados de las cargas ltimas
requeridas (Wu) por perfiles con las cargas ltimas (Wu) que pueden
soportar estos perfiles.
Avalo de Cargas:
Peso propio perfil metlico galvanizado : (4.77kg/m)/0.89m =
5.36kg/m2 Peso bloquelones = 56kg/m2 Placa concreto 300psi
(210kg/cm2) : ( 0.05m2400kg/m3) = 120kg/m2 Acabado : segn NSR-10
Tabla B.3.4.3-1 = 160kg/m2 Particiones : segn NSR-10 Tabla
B.3.4.3-1 = 300kg/m2
Carga muerta (D) : = 641.36kg/m2
Carga viva (L) : = 180 kg/m2
Carga total : = 821.36kg/m2
Escogemos la combinacin de carga ms desfavorable de Sec. B.2.4,
NSR-101.2D + 1.6L
Carga mayorada : Wu = (1.2 * 641.36 + 1.6 * 180) =
1,057.63kg/m2
Verificacin de la luz y carga ultima segn tablas de diseo de
perfiles placa fcil de espesor de 1.50mm negro y galvanizado para
luces continuas.
Segn tabla para L = 3.10m y espesor de placa de concreto t =
0.05m, se tiene una carga ultima de 1,650kg/m2. Donde:
Wu perfil = 1,650kg/m2 > Wu requerido = 1,057.63kg/m2
CUMPLE
Se recomienda la utilizacin del perfil escogido ya que cumple
con los requisitos estipulados en la NSR -10.
El elemento aligerante, que se adopto es un bloqueln (pieza de
arcilla resistente), es til como elemento aligerante, y cumple la
funcin de aislante trmico y acstico.Con dimensiones del bloqueln de
80 cm de largo, 23 cm de ancho y 8 cm de alto.
El refuerzo de la placa, ser una malla electro soldada con un
espesor de 5mm y retculas de 15 cm por 15 cm.
Importante:Para la elaboracin de los voladizos es necesario
colocar doble malla electrosoldada sobre el rea del voladizo, la
cual se extender el doble de la luz del voladizo.
La placa superior, es en concreto que se debe utilizar segn la
norma NSR-10 para el recubrimiento (losa) es de 3.000 psi de
resistencia y 5 cm de altura, con un agregado mximo de 1/2.
2.6 Cimentaciones Esta cimentacin ser competente para transmitir
con seguridad el peso de la vivienda al suelo, ya que se cuenta con
un suelo duro y resistente.Ya que no se cuenta con un estudio
geotcnico, para la obtencin de la licencia de construccin se logro
verificar el comportamientos de casas vecinas, donde se constato
que no se han producidos asentamientos, agrietamientos y
deslizamientos. Concluyndose que el comportamiento de las casas
aledaas ha sido adecuado, contndose as con un terreno firme.
Dimensionamiento de los cimientos: Las vigas de cimentacin
(NSR-10 sec. E.2.2.1): estas vigas tendrn la funcin de transmitir
las cargas de los muros de confinamiento, y poder distribuirlas al
suelo de soporte.
Se adopt una seccin de (20cm x 25cm), ya que se proveer zapatas
para transmitir las cargas de las columnas y un refuerzo
longitudinal ser de 4 barras No 4 (1/2), y un refuerzo transversal
con estribos cerrados de No 3 (3/8) espaciados cada 20cm.
Zapatas: se dispondrn zapatas aisladas de 80cm x 80cm de rea en
planta y un espesor de 20cm. las cuales anclaran las columnas de
confinamiento para poder transmitir las cargas de estas. Esta irn
reforzadas con barras No 4 (1/2) cada 15cm en las dos direcciones
principales.
2.7 Diseo de la Escalera Uno de los elementos estructurales ms
frecuente son las escaleras de tipo losas simplemente apoyada. Se
diseara una escalera en L de dos tramos inclinados, la cual tendr
una altura libre entre pisos de 2.70m, para subir al segundo piso.
Las dimensiones adoptadas en el plano arquitectnico, de la huella
son de 25cm y de contrahuella es de 18cm.
El espesor de la losa maciza inferior inclinada se
predimensiona:
t = = 0.15m
En cuanto que la pendientes Tan-1 = = 0.72 = 35.75
Con estas dimensiones y pendiente se analizan las cargas en kN
por m2 de rea en proyeccin horizontal. Avalu de cargas del tramo
inclinado:
Peso propio losa: ( 0.15*1.00*1.00*24)/cos = 4.44kN/m2 Peso
peldao : ( 0.18*0.25/2*1.00*24)/0.25 = 2.16kN/m2 Cielo raso : (
0.02*1.00*1.00*22)/cos = 0.54kN/m2 Acabado : 0.04*(
0.18+0.25)/0.25*1.00*22 = 1.51kN/m2
Carga muerta : = 8.65kN/m2
Carga viva : = 3.00 kN/m2
Carga total : = 11.65kN/m2
Carga mayorada : wu = (1.4 * 8.65 + 1.6 * 3.00) = 16.91kN/m2
Reacciones:
RA = RB = = 25.37kN
Momento mximo:
M (+) max = = = 19.02kN-m
Determinacion del acero:
b = 1.00m, d = 0.12m, r = 0.03m
K = = 1,320.83kN/m2 = 0.003666
Por lo tanto las armaduras seran:
Armadura longitudinal (As):
As = *b*d = 0.003666* 1.00m * 0.12m = 0.00043992m2 =
439.92mm2
Armadura transversal (At):
At = *b*d = 0.0018 * 1.00m * 0.15m = 0.00027m2 = 270mm2
Separacion de las barras:
En la seccion longitudinal. Refuerzo inferior 4 c/ 0.25m As =
516mm2 > As (requerido) = 439.92mm2 OK
Refuerzo superior
2 c/ 0.50m As = 258mm2 OK En la seccin transversal.
3/8 c/ 0.25m As = 284mm2 > As (requerido) = 270mm2 OK
Chequeo por cortante:
Coeficiente de carga (U):U = = = 1.45
Vd = RA - W*d = 25.37kN (11.65kN/m2 * 0.12m) = 23.97 kNVu = U *
Vd = 1.45 * 23.97 kN = 34.76KnVc = 0.17 * (fc)bw * d Vc =
(0.75)(0.17)(21.1Mpa)(1.00m)(0.12)(1000) = 70.28Kn
Vc > Vu
NOTA:Como se puede observar el cortante suministrado por el
concreto es superior al cortante actuante en la escalera, podemos
definir que el diseo es satisfactorio, con respecto a los
requisitos que estipula la NSR-10. En los PLANOS ESTRUCTURALES
anexos a esta memoria podemos observar el despiece de las armaduras
de los diferentes elementos estructurales, la forma de colocar las
barras en las zonas donde hay traccin ya que se prefiere llevar el
hierro hasta zonas de compresin para proveer una mayor seguridad
cuando la estructura sea solicitada a traccin.