RICHARD LOZANO VILLACORTA 1 ANALISIS Y DISEÑO DE UNA EDIFICACION DE 4 PISOS DE ALBAÑILERIA CONFINADA INTRODUCCION El proyecto comprende el análisis y diseño de una edificación de Albañilería Confinada destinado a viviendas, cuyos ambientes son: Dormitorios, cocinas, S.S.H.H, comedor y ambientes libres. Se orienta a proporcionar adecuada estabilidad, resistencia, rigidez y ductilidad frente a solicitaciones provenientes de cargas muertas, vivas, asentamientos diferenciales y eventos sísmicos. La edificación se dividió en tres módulos: - Modulo A ( Lado Izquierdo) - Modulo B (Lado Central ), que comprende la escalera, el ducto y la Losa Maciza) - Modulo C (Lado Derecho), que es de forma simétrica al Modulo A. El diseño sísmico obedece a los principios de la Norma E.030 DISEÑO SISMORESISTENTE del Reglamento Nacional de Edificaciones conforme a los cuales: La estructura no debería colapsar, ni causar daños graves a las personas debido a movimientos sísmicos severos que puedan ocurrir en el sitio. La estructura deberá desarrollar un buen comportamiento y deberá tener la capacidad de soportar movimientos sísmicos moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando posibles daños dentro de los límites aceptables. Estos principios guardan estrecha relación con la Filosofía de Diseño Sismoresistente de la Norma: Evitar pérdidas de vidas Asegurar la continuidad de los servicios básicos Minimizar los daños a la propiedad El sistema Estructural predominante y el cual se definió con finalidad teórica en lo que llevara del curso corresponde a MUROS DE ALBAÑILERIA CONFINADA en la dirección “X” y “Y”, por lo que las normas que rigen sus diseños son básicamente la E.070 Albañilería.
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RICHARD LOZANO VILLACORTA 1
ANALISIS Y DISEÑO DE UNA EDIFICACION DE 4 PISOS DE ALBAÑILERIA CONFINADA
INTRODUCCION
El proyecto comprende el análisis y diseño de una edificación de Albañilería
Confinada destinado a viviendas, cuyos ambientes son: Dormitorios, cocinas,
S.S.H.H, comedor y ambientes libres. Se orienta a proporcionar adecuada
estabilidad, resistencia, rigidez y ductilidad frente a solicitaciones
provenientes de cargas muertas, vivas, asentamientos diferenciales y eventos
sísmicos.
La edificación se dividió en tres módulos:
- Modulo A ( Lado Izquierdo)
- Modulo B (Lado Central ), que comprende la escalera, el ducto y la
Losa Maciza)
- Modulo C (Lado Derecho), que es de forma simétrica al Modulo A.
El diseño sísmico obedece a los principios de la Norma E.030 DISEÑO
SISMORESISTENTE del Reglamento Nacional de Edificaciones conforme a los
cuales:
La estructura no debería colapsar, ni causar daños graves a las
personas debido a movimientos sísmicos severos que puedan
ocurrir en el sitio.
La estructura deberá desarrollar un buen comportamiento y
deberá tener la capacidad de soportar movimientos sísmicos
moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de
servicio, experimentando posibles daños dentro de los límites
aceptables.
Estos principios guardan estrecha relación con la Filosofía de Diseño
Sismoresistente de la Norma:
Evitar pérdidas de vidas
Asegurar la continuidad de los servicios básicos
Minimizar los daños a la propiedad
El sistema Estructural predominante y el cual se definió con finalidad teórica
en lo que llevara del curso corresponde a MUROS DE ALBAÑILERIA
CONFINADA en la dirección “X” y “Y”, por lo que las normas que rigen sus
diseños son básicamente la E.070 Albañilería.
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MARCO TEORICO
1) DEFINICION:
1.1) Albañilería Estructural: Construcciones de Albañilería que han
sido diseñadas racionalmente de tal manera que las cargas
actuantes durante su vida útil se transmiten adecuadamente a
través de los elementos de albañilería hasta el suelo de
cimentación. La albañilería estructural puede ser considerada de
horizontalmente e integrada mediante concreto líquido,
de tal manera que los diferentes componentes actúen
conjuntamente para resistir los esfuerzos. A los muros de
Albañilería Armada se les denomina Muros Armados.
1.1.2) Albañilería Confinada: Albañilería reforzada con
elementos de concreto armado en todo su perímetro,
vaciado posteriormente a la construcción de la albañilería.
La cimentación de concreto se considerara como
confinamiento horizontal para los muros del primer nivel.
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1.2) Muro Portante: Muro diseñado y construido en forma tal que
pueda transmitir cargas horizontales y verticales de un nivel al
inferior o a la cimentación. Estos muros componen la estructura
de un edificio de albañilería y deberá tener continuidad vertical.
1.3) Muro No Portante: Muro diseñado y construido en forma tal
que solo lleva cargas provenientes de su peso propio y cargas
transversales a su plano como los parapetos, alfeizar con
ventanas, cercos, etc.
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1.4) Unidad de Albañilería: Ladrillos y bloques de arcilla cocida, de
concreto o de sílice-cal. Puede ser sólida, hueca, alveolar o
tubular.
2) REQUISITOS ESTRUCTURALES MINIMOS:
Para Albañilería Confinada se deberán cumplir los requisitos
estipulados en el Artículo 19, donde deberá cumplirse lo siguiente
2.1) Se considerara como muro portante confinado, aquel que cumpla
las siguientes condiciones:
- 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 confinamiento horizontal para el caso de los muros
ubicados en el primer piso.
- Que la distancia máxima centro a centro entre las columnas de
confinamiento sea dos veces la distancia entre los elementos
horizontales de refuerzo y no mayor que 5 m. De cumplirse esta
condición, así como de emplearse el espesor mínimo
especificado en el Artículo 19.1.a, la albañilería no necesitará
ser diseñada ante acciones sísmicas ortogonales a su plano,
excepto cuando exista excentricidad de la carga vertical.
- Que todos los empalmes y anclajes de la armadura desarrollen
plena capacidad a la tracción. Ver NTE E.060 Concreto Armado
y Artículo 11.
- Que se utilice en los elementos de confinamiento, concreto con
𝑓 ′𝑐 ≥ 17.15 𝑀𝑃𝑎 (175 𝑘𝑔
𝑐𝑚2⁄ ).
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2.2) El espesor mínimo de las columnas y solera será igual al espesor
efectivo del muro.
2.3) El peralte mínimo de la viga solera será igual al espesor de la losa
de techo.
2.4) El peralte mínimo de la columna de confinamiento será de 15 cm.
En el caso que se discontinúen las vigas soleras, por la presencia de
ductos en la losa del techo o porque el muro llega a un límite de
propiedad, el peralte mínimo de la columna de confinamiento
respectiva deberá ser suficiente como para permitir el anclaje de la
parte recta del refuerzo longitudinal existente en la viga solera más el
recubrimiento respectivo.
2.5) Cuando se utilice refuerzo horizontal en los muros confinados, las
varillas de refuerzo penetrarán en las columnas de confinamiento por
lo menos 12.50 cm y terminarán en gancho a 90°, vertical de 10 cm de
longitud.
3) REQUISITOS BASICOS DE ESTRUCTURACION: Para la Estructuración de nuestra edificación se deberán establecer
estos requisitos siguientes para que el sistema estructural presente un
buen comportamiento sísmico.
a) La configuración Estructural de la Edificación debe presentar
regularidad y una continuidad eficiente al absorber las fuerzas
sísmicas y disiparlas a los muros de Albañilería desde el punto en
que estas se generen.
b) La edificación debe poseer la suficiente resistencia y rigidez a
cargas laterales en cualquiera de sus direcciones.
Esto será resultante si se provee de una buena densidad de
muros en ambas direcciones.
c) Los sistemas estructurales deben disponer de redundancia y de
capacidad de deformación inelástica que les permitan disipar la
energía introducida por sismos de excepcional intensidad,
mediante elevado amortiguamiento inelástico y sin la presencia
de fallas frágiles local y global.
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DISEÑO ESTRUCTURAL
1. INFORMACIÓN GENERAL (MODULO A – ALBAÑILERIA CONFINADA)
- Ubicación del edificio: Trujillo.
- Uso: Vivienda Multifamiliar
- Área Terreno: 86.43 m²
- Área Techada: 81.45 m²
- Sistema de techado: Losa Aligerada armada en una dirección, espesor t = 20 cm.
- Azotea: Utilizable
- Altura de piso a techo: 2.60 m
- Altura de alféizares: h = 0.85 m (excepto en S.H. donde h = 1.80 m)
- Peralte de vigas soleras: 0.20 m (igual al espesor del techo)
- Peralte de vigas dinteles: 0.45 m.
2. MATERIALES
En el plano en el cual vamos a trabajar, identificaremos los muros que cumplen con los requisitos mínimos estructurales según la norma E.070 del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE).
- Ladrillos clase IV sólidos (30% de huecos), tipo King Kong de arcilla. Según anexo 1 de la norma E.020 del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), para unidades de albañilería cocida sólida = 1800Kg/m3.
Esta unidad es un ladrillo que nos sirve para hacer muros portantes, es decir, aquellos que soportan la carga de las flechas y esfuerzos laterales fv, fm y de algunos casos dependiendo del presupuesto. También son usados por el Estado para la construcción de colegios, hospitales, comisarías, etc.
Nos pareció conveniente usar este tipo de unidad de albañilería porque tiene la propiedad de “flexo-tracción” ya que tiene la capacidad de resistir fuertes movimientos de energía como las ocasionadas por el sismo.
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3. CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES
Albañilería
- Ladrillos clase IV sólidos (30% de huecos), tipo King Kong de arcilla, t = 13 cm y 23 cm, f´b = 145 kg/cm2
- Corrugado, grado 60, esfuerzo de fluencia = fy = 4200 kg/cm2 = 4.2 ton/cm2
4. CARGAS UNITARIAS
Pesos Volumétricos
- Peso volumétrico del concreto armado: 2.4 ton/m3 - Peso volumétrico de la albañilería: 1.8 ton/m3
- Peso volumétrico del tarrajeo: 2.0 ton/m3
Techos - Peso propio de la losa de techo: 300kg/m2 = 0.30 ton/m2
- Sobrecarga Vivienda (incluso en escalera): 0.2 ton/m2, excepto en azotea: 0.1 ton/m2
- Acabados: 0.1 ton/m2
- Pastelero: 0.1Tn/m2
Muros - Peso de los muros de albañilería con 1 cm de tarrajeo: 1.8x0.13 + 2.0x0.02 = 0.274 ton/m2
- Peso de los muros de concreto con 1 cm de tarrajeo: 2.4x0.13 + 2.0x0.02 = 0.352 ton/m2
- Ventanas: 0.021 ton/m2
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5. NORMAS HA UTILIZAR
I. Metrado de cargas: Norma E.020 de Cargas
II. Análisis Sísmico: Norma E.030 de Diseño Sismo Resistente
III. Diseño de cimentaciones: Norma E.050 de Suelos y Cimentaciones IV. Diseño de concreto: Norma E.060 de Concreto Armado
V. Diseño de albañilería: Norma E.070 de Albañilería
6. PREDIMENSIONAMIENTO
A. LOSA ALIGERADA: Se decidió utilizar un sistema de techado unidireccional tanto para el modulo A y el C, el Modulo B debido a que esta embebida a la Escalera y por dar una mayor rigidez horizontal en el diafragma se lo modelara como Losa Maciza en dos direcciones. En nuestro proyecto hemos ubicado el paño más desfavorable teniendo un L = 4.30m.
L: Longitud Menor del paño paralelo a la dirección de las viguetas.
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El Ing. Antonio Blanco Blasco, en su libro Estructuración y Diseño
de Concreto Armado, recomienda luces máximas que pueden
usarse para predimensionar aligerados armados en una dirección
hasta sobrecargas de 300 kg/m2 y en ausencia de cargas
concentradas provenientes por ejemplo de tabiques.
B. VIGA SOLERA: La Norma indica que el espesor mínimo de la viga solera deberá ser como mínimo igual al espesor del muro y el peralte mínimo de igual manera al de la Losa. Los esfuerzos axiales de la albañilería varían muy poco, debido a que la Solera no se diseña por Cortante Sísmico ya que sobre ellas existen muros superiores que elevan el área de Cortante Vertical.
.·. Viga Solera: 25x23
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C. VIGA DINTEL: Se encuentran ubicados en los vanos correspondientes a las puertas y ventanas, le asumiremos un peralte de 25x45, debido que al incrementarse el peralte de las vigas dinteles, las fuerzas que se desarrollan en ellas también se incrementan, lo que se podría decir que los muros actúan de manera contraria tratando de contrarrestar los efectos de la carga Sísmica.
.·. Viga Dintel: 25x45
D. VIGAS CHATAS: Tienen como función concatenar los paños de la Losa Aligerada.
.·. Viga Chata: 25x20
E. MUROS DE ALBAÑILERIA:
E.1. Espesor Efectivo “t”:
𝒕 ≥ 𝒉
𝟐𝟎;𝒁𝒐𝒏𝒂𝒔 𝑺𝒊𝒔𝒎𝒊𝒄𝒂𝒔 𝟐 𝒚 𝟑.
h= Altura Libre entre los elementos de Arriostre Horizontales.
𝒕 =𝟐. 𝟔𝟎
𝟐𝟎= 𝟎. 𝟏𝟑 𝒎
Se decidió tomar como t=23cm exclusivamente en los muros perimetrales del edificio debido a que generara mayor resistencia a la torsión en planta y reduce notablemente los desplazamientos laterales haciendo que la estructura tenga un mejor comportamiento ante la presencia de un evento sísmico. Algunos muros se decidió considerarlos solamente de 13cm.
E.2 Densidad Mínima de los Muros Reforzados: Como parte del predimensionamiento y estructuración del edificio se deberá calcular su densidad. 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑀𝑢𝑟𝑜𝑠 𝑅𝑒𝑓𝑜𝑟𝑧𝑎𝑑𝑜𝑠
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 𝑇𝑖𝑝𝑖𝑐𝑎= ∑ 𝐿 𝑥 𝑡
𝐴𝑝 ≥
𝑍𝑈𝑆𝑁
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-L: Longitud total del muro incluyendo columnas (m) (mayor a 1.20 m) -t: Espesor efectivo del muro (m) -Ap: Área de la planta típica (m2)
Además, de la NTE E.030 tenemos:
-Z: Factor de zona sísmica. En Trujillo (Zona 3) corresponde Z = 0.40 -U: Factor de importancia. Edificio de vivienda (categoría C), U = 1.00 -S: Factor de suelo (Blando), le corresponde S = 1.40 -N: # de Pisos = 4
𝑍𝑈𝑆𝑁
56= 0.4𝑥1.0𝑥1.4𝑥4
56= 0.0400
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E.3 Verificación del Esfuerzo Axial por Cargas de Gravedad:
𝞼𝒎 = 𝑷𝒎
𝑳 𝒙 𝒕 ≤ 𝟎.𝟐𝒇′𝒎[𝟏 − (
𝒉
𝟑𝟓𝒕)𝟐
] ≤ 𝟎. 𝟏𝟓𝒇′𝒎
0.2 x 650[1 − (2.60
35x0.13)2
] = 87.55 Tn m2⁄
0.15 x 650 = 97.5 Tn m2⁄ .·. Gobierna = 87.55
Longitud desfavorable del muro Y7, considerando un metro de ancho