I. GENERALIDADES1.1. Ttulo: Anlisis y Diseo Estructural
Comparativo Entre Los Sistemas Aporticado y Albailera Confinada
para una Vivienda Multifamiliar en la ciudad de Tarapoto, Regin San
Martin 2014.
1.2. Autor:Eric Jhonatan Esquivel Soriano.
1.3. Asesor: Ing. Fernando Ruiz SaavedraIng. Miguel Angel Lopez
Lozano
1.4. Tipo de investigacin:Investigacin descriptiva -
explicativa.
1.5. Lnea de investigacin:Diseo Ssmico y Estructural.
1.6. Localidad:Jr. Sachapuquio C-03, Barrio Sachapuqio, Distrito
de Tarapoto, Provincia de San Martin, Regin San Martn.
1.7. Duracin de la Investigacin: El proyecto tendr una duracin
de 15 semanas: Inicio : 12 Marzo 2014. Termino: 16 Julio 2014.
II. PLAN DE INVESTIGACIN:2.1 Realidad Problemtica: Segn Fondo Mi
Vivienda, Entre los aos 1997 y 2005, el nmero de hogares a nivel
nacional, pas de 5.4 a 6.4 millones, aproximadamente. Esto
represent una tasa de crecimiento promedio anual de 2.2%, para
dicho periodo. En relacin al dficit total habitacional
(cuantitativo ms cualitativo), ste muestra una tendencia a
reducirse en las zonas urbanas, mientras que en las reas rurales,
mantiene una tendencia creciente. En el caso del primero, muestra
tasas promedio anuales entre -0.8% y -2% (dependiendo de la
definicin), entre los aos 1997 y 2005; mientras que el dficit
rural, presenta tasas entre 2.2% y 2.8%, para los mismos aos.
Especficamente en el departamento de San Martin, el dficit es de
96,954 unidades de las cuales el 53,541 corresponde a la zona
Urbana (viviendas construidas con materiales precarios, ausencia de
servicios bsicos o hacinamiento) y el 43,413 a la zona Rural
(viviendas construidas con materiales precarios, ausencia de
servicios bsicos o hacinamiento).El mercado de vivienda popular
durante aos ha sido atendido principalmente por el sector informal
(autoconstruccin), lo que ha producido viviendas de baja calidad
con elevados costos financieros y sociales. Existe, en tanto, un
severo dficit de ofertas habitacionales de calidad y accesibles a
los sectores mayoritarios de la poblacin (niveles C y D), razn por
la cual debe analizarse nuevos sistemas constructivos que
garanticen menores, costos, tiempos de ejecucin y adecuada calidad
de viviendas. El dficit habitacional tanto cuantitativo como
cualitativo, la carencia de soluciones constructivas econmicas y
las polticas de formalizacin de procesos irregulares de ocupacin
del suelo han generado un serio problema, el cual conlleva al
inadecuado desarrollo urbano y la baja calidad de vida. La
autoconstruccin informal, es uno de los motivos comunes observados
en la actualidad, porque no existe una oferta formal
comercializable, concordante con los niveles de ingreso de las
personas para la construccin de edificios seguros. En nuestro pas,
el 62% de la poblacin vive en viviendas construidas con sistemas
que utilizan recursos locales de muy bajo costo (tierra, madera,
caa, etc.) y tecnologas tradicionales que posibilitan la
autoconstruccin. Es un hecho innegable que estas edificaciones no
tienen un grado de seguridad aceptable.
Otro de los motivos, es que el 38% de las edificaciones en el
Per se encuentran en zonas altamente ssmicas, potencialmente de 9
grados en la escala de 12 Mercalli Modificada (MM). En varios
casos, se tiene que adicionar problemas que surgen por el terreno,
como suelo de baja resistencia, cercana con cortes tectnicos,
relieves complejos, entre otros. Algo importante de recalcar en la
problemtica analizada, es que se considera al suelo de fundacin
como un parmetro de clculo, cuando en realidad, se debe analizar el
comportamiento real del suelo, es decir, calcular las edificaciones
como un trinomio suelo-cimentacin-superestructura. Es por ello, que
el rol de los Ingenieros Geotcnicos aumenta exponencialmente,
siendo la interaccin suelo-estructura el eje principal que
proporciona la exactitud de la prediccin de los clculos al momento
de disear una edificacin, ya que toda obra est construido sobre o
en el terreno.
2.2 FORMULACIN DEL PROBLEMA:Cul de los dos Sistemas
Estructurales presenta un mejor comportamiento estructural ante la
amenaza ssmica en la construccin de una vivienda multifamiliar en
la ciudad de Tarapoto?
2.3 OBJETIVOS:2.3.1 General:Analizar cul de los sistemas
estructurales en estudio ofrece un adecuado comportamiento
estructural frente a la amenaza ssmica en la construccin de
viviendas multifamiliares. 2.3.2 Especficos: Determinar la
distribucin arquitectnica del rea. Realizar el Levatamiento
Topografico altimtrico y taquimtrico. Realizar el estudio de
Mecanica de Suelos. Predimensionamiento de los elementos
estructurales de la edificacin. Disear estructuras sismorresistente
de vivienda multifamiliare aplicando el programa de computo
SAP-2000, ETABS 2013 V1.1., SAFE V14., CSI COLUM. Analizar los
costos y los tiempos de ejecucin en la construccin de una vivienda
multifamiliar por los sistemas estructurales planteados. Evaluar el
impacto socioeconmico y ambiental que genera la construccin masiva
de viviendas con ambos sistemas.2.4 ANTECEDENTES: HERNNDEZ PINEDO,
Luis Miguel Alexis, 2012 realizo un trabajo de tesis denominado
Diseo Estructural de un Edificio de Vivienda de Albailera
Confinada, Provincia Lima, Regin Lima, y llego a las siguientes
conclusiones: La distribucin de muros de albailera en la estructura
tuvo que ajustarse a la geometra en planta para no generar efectos
de torsin ante la posibilidad de un sismo. La simetra es
fundamental para la eficiencia del edificio en cuanto a costo y
comportamiento ssmico.SABOYA PINEDO, Wilber, 2011 realizo un
trabajo de tesis denominado Analisis y Diseo Estructural de Aulas y
Vivienda de la Asociacin Iglesia del Nazareno Tarapoto, provincia
San Martin, Region San Martin, y llego a las siguientes
conclusiones: En la Zona de estudio con ocurrencia ssmica peridica
y de intensidad leve, los sistemas estructurales en base de prticos
representan una alternativa tcnica adecuada para una buena
performance, ya que lo que se requiere son sistemas que no solo
acten adecuadamente ante fuerzas de gravedad, sino que tambin lo
hagan a fuerzas laterales, evitando as fallas en las edificaciones
a construir.ILDEFONSO RAYMUNDO, Gian Betto, 2014 realizo un trabajo
de tesis denominado Diseo Estructural de un Edificio de Viviendas
en Concreto Armado con un Stano y seis pisos, ubicado en
Miraflores, provincia Lima, Region Lima, y llego a las siguientes
conclusiones: El ingreso del modelo de un edificio y de sus cargas
en el programa ETABS, para analizar el comportamiento de la
estructura, requiere una verificacin de los resultados de tal forma
que estos se encuentren dentro de los valores esperados.MINGA
SEMINARIO, Mario Andres; SIGCHA SIGCHA, Luis Adrian; VILLAVICENCIO
FERNANDEZ, Paul Andres; 2012 realizo un trabajo de tesis denominado
Anlisis Comparativo de Costos y Eficiencia de Edificios en
Diferentes Materiales de Acuerdo a las Variables: Nmero de Pisos y
Luces entre Columnas, ciudad Cuenca, Pas Ecuador, y llego a las
siguientes conclusiones: Al realizar el anlisis de los costos
iniciales y finales de cada alternativa la estructura de Hormign
Armado resulta la ms econmica, seguida de la estructura con Hormign
Prefabricado, y finalmente, la estructura ms costosa es la
estructura de acero. TABOADA GARCA, Jos Antonio y DE IZCUE UCEDA,
Arturo Martn, 2009 realizo un trabajo de tesis denominado Anlisis y
Diseo de Edificios Asistido por Computadoras, Provincia Lima, Regin
Lima y llego a las siguientes conclusiones: Al usar un programa de
cmputo se reduce el tiempo de creacin del modelo y se pueden
realizar modificaciones muy rpidamente. Sin embargo, la veracidad
de los resultados est en funcin de un modelo que se aproxime al
comportamiento de la estructura real.ZAVALETA CHUMBIAUCA, Luis
Alfredo, 2009 realiz un trabajo de tesis denominado Anlisis y Diseo
Estructural Comparativo entre el Sistema de Muros de Ductivilidad
Limitada y Albaileria Confinada de una Vivienda Multifamiliar en la
ciudad de Trujillo, Provincia Trujillo, Regin la Libertad; y lleg a
las siguientes conclusiones: con el presente trabajo se pretende
que Tanto el sistema de MDL como el de AC presentan un adecuado y
real comportamiento estructural ante la amenaza ssmica, ya que
cumplen con los requisitos del Diseo Sismorresistente y del Diseo
Estructural que plantea el RNE de Per, as como incluyen el efecto
de la Interaccin Ssmica Suelo Estructura. A nivel de costos,
tiempos de ejecucin e impactos socioeconmicos, el sistema de MDL
presenta mayores ventajas frente al sistema de AC, pese a ello an
no ha sido lo suficientemente ensayado como es el caso del sistema
de AC el cual ya ha sido probado y mejorado ampliamente a lo largo
de los aos. Gracias a las enseanzas en las aulas universitarias se
pueden realizar este tipo de estudios, que contribuyen al xito
personal y desarrollo de la sociedad en la que vivimos.
2.5 JUSTIFICACIN:JUSTIFICACIN TEORICA: La investigacin permitir,
complementar los conocimientos tericos sobre el tema a tratar
Anlisis y Diseo Estructural Comparativo Entre Los Sistemas
Aporticado y Albailera Confinada para una Vivienda Multifamiliar en
la ciudad de Tarapoto, Regin San Martin 2014.JUSTIFICACIN PRCTICA:
Servir para complementar la teora y el conocimiento enmarcados en
el aporte al desarrollo de las ciudades. JUSTIFICACION
METODOLOGICA: Servir como material de consulta para futuras
investigaciones.JUSTIFICACIN SOCIAL: Se plantea los siguientes
motivos para justificar que este estudio deba efectuarse: Ayudara a
disminuir los costos y tiempo en la construccin de viviendas
lugar.La investigacin del proyecto se sustenta en la necesidad de
proteger y dar seguridad, a la construccin de viviendas.
2.6 MARCO TERICO:2.6.1. SISTEMA APORTICADO:Es un sistema cuyos
elementos estructurales consisten en vigas y columnas conectadas a
travs de nudos, formando prticos resistentes en dos direcciones,
vertical (columnas), horizontales (vigas), donde la mampostera es
independiente de este.Sistemas aporticado y arriostrado
excntricamente fueron propuestos por Roeder y Popov(1) (1977, 1978)
para hallar de manera econmica, los requerimientos de rigidez y
ductilidad necesarios. En este sistema es posible tener ambos
extremos de la riostra conectados a las vigas en lugar de hacerlo
en las uniones viga-columna. El conector de cortante (denominado
Shear Link), es el segmento corto de la viga entre los nudos
riostra-viga y se disea para disipar energa por medio de la
fluencia a cortante durante eventos ssmicos severos. Esto es, el
Shear Link acta como un fusible dctil para salvaguardar la riostra
ante un posible pandeo, evitando de esta manera inestabilidad o
colapso del sistema. La rigidez de este sistema es comparable al
prtico arriostrado concntricamente, manteniendo as las derivas de
piso mnimas. Sin embargo, el Shear Link es parte de los elementos
estructurales primarios que resisten el sistema de piso y
generalmente la reparacin despus de un evento ssmico fuerte es
costosa.Aristizabal Ochoa (1986) presenta el anlisis terico y
parametrico del DKB en prticos planos de acero hasta 3 niveles. El
autor concluye que la tcnica DKB ofrece un incremento de
resistencia y ductilidad para prticos de acero de 1, 2 y 3 niveles,
donde el elemento Knee tiene un gran potencial de absorcin de
energa por medio del pandeo durante eventos ssmicos severos, sin
que se presente prdida significativa de la rigidez lateral y
cedencia del sistema estructural. El elemento diagonal provee la
rigidez lateral requerida y permaneciendo en el rango elstico.T.
Balendra, E. L. Lim and C. Y. Liaw (1997) (5), muestra un anlisis
experimental a gran escala de un prtico plano de 2 niveles en acero
(perfiles en I) sometido a un ensayo pseudo dinmico en los que
encontr que el DKB puede disipar grandes cantidades de energa sin
estrangulamiento de los ciclos histerticos o deterioro de la
resistencia o rigidez. Adems, los resultados que obtuvo permiten
aproximar la variacin de los esfuerzos cortantes vs. deformacin, a
una curva histertica bilineal. Adicionalmente, los resultados
muestran que los desplazamientos fuera del plano en la unin del
Knee y en el elemento diagonal, as como el desplazamiento vertical
en las conexiones Knee-viga son pequeos.En las investigaciones ms
recientes realizadas por Keong Kong, T. Balendra y Kean Hwee Tan,
proponen una nueva tcnica involucrando el sistema DKB en acero para
repotenciar construcciones de hormign armado sujeto a cargas
ssmicas. Los resultados de los ensayos muestran que los prticos
repotenciados usando el DKB presentan valores de resistencia,
rigidez y ductilidad ms altos que los sistemas estructurales sin
este arriostramiento. El Knee se modela como un elemento, donde
todas las deformaciones elsticas e inelsticas estn concentradas en
los dos extremos de una viga infinitamente rgida.Williams M.S, F.
Albertmani (2003)(7), hacen una comparacin entre los sistemas DKB y
el friccional mostrando que el primero presenta un mejor desempeo.
Para ello, evalan la capacidad ssmica de tres edificios de 3, 6 y
10 niveles, a partir de 3 metodologas diferentes: FEMA 356, ATC 40
y el Euro cdigo.En este trabajo propuesto se pretende analizar y
evaluar analtica y experimentalmente el comportamiento ante carga
lateral de prticos tridimensionales de 1 y 2 niveles, mediante
ensayos a carga monotnica. Los resultados obtenidos se compararan
con los las metodologas (FEMA 1997): 356, ATC-40 y el Eurocdigo.
Para la investigacin de este sistema utilizaremos el mtodo de
Anlisis Dinmicos Lineales (ALD), el cual es de gran utilidad para
el estudio. El procedimiento consiste usar registros de aceleracin,
las respuestas estructurales y el espectro de respuesta, cuando se
trabaja con los espectros obtenidos de los registros de aceleracin,
combinando los aportes de cada modo. A partir de este procedimiento
de anlisis, se obtendra un valor representativo de la respuesta, ya
que la falta de simultaneidad de las mximas respuestas en cada modo
de vibracin implican la necesidad de combinarlas adecuadamente. a)
Los Prticos o Marcos Son estructuras cuyo comportamiento est
gobernado por la flexin. Estn conformados por la unin rgida de
vigas y columnas. Es una de las formas ms populares en la
construccin de estructuras de concreto reforzado y acero
estructural para edificaciones de vivienda multifamiliar u
oficinas; en nuestro medio haba sido tradicional la construccin en
concreto reforzado.La gran estandarizacin y control de calidad que
ha obtenido la industria del acero en el mundo, hace indiferente
para el diseo, el origen geogrfico del perfil estructural, primando
el menor costo. En pocas de superproduccin de acero a nivel
mundial, como la actual, ste aumenta an ms sus ventajas
competitivas sobre materiales tradicionales en nuestro medio como
el concreto reforzado. Los prticos tienen su origen en el primitivo
conjunto de la columna y el dintel de piedra usado por los
antiguos, en las construcciones clsicas de los griegos, como en el
Partenn y an ms atrs, en los trilitos del conjunto de Stonehenge en
Inglaterra (1800 aos a.C.). En stos la flexin solo se presenta en
el elemento horizontal (viga) para cargas verticales y en los
elementos verticales (columnas) para el caso de fuerzas
horizontalesCon la unin rgida de la columna y el dintel (viga) se
logra que los dos miembros participen a flexin en el soporte de las
cargas, no solamente verticales, sino horizontales, dndole al
conjunto una mayor resistencia, y una mayor rigidez o capacidad de
limitar los desplazamientos horizontales. Materiales como el
concreto reforzado y el acero estructural facilitaron la
construccin de los nudos rgidos que unen la viga y la columna. La
combinacin de una serie de marcos rectangulares permite desarrollar
el denominado entramado de varios pisos; combinando marcos en dos
planos perpendiculares se forman entramados espaciales. Estos
sistemas estructurales son muy populares en la construccin, a pesar
de que no sean tan eficientes como otras formas, pero permiten
aberturas rectangulares tiles para la conformacin de espacios
funcionales y reas libres necesarios para muchas actividades
humanas Los mtodos de anlisis introducidos desde la distribucin de
momentos de CROSS (1930), hasta las formulaciones matriciales de la
RIGIDEZ, ampliamente usados con los computadores, han reducido las
tediosas operaciones rutinarias, que limitaron su uso en el siglo
pasado. El denominado Mtodo Matricial de la Rigidez, es hoy en da
el preferido por los sistemas de anlisis de estructuras por
computador, se relaciona con el Mtodo de los Elementos Finitos, que
es la mejor herramienta de que disponen los ingenieros para el
estudio de esfuerzos en estructuras complejas. Diagramas de fuerzas
internas en los prticosPara el diseo de los sistemas de prtico es
necesario la determinacin de las fuerzas internas: momento,
cortante y fuerza axial; anteriormente se mostraron los diagramas
de momento y fuerza cortante de una viga y se indicaron las
convenciones tpicas empleadas para el dibujo de esos diagramas.
Esta determinacin de las fuerzas internas es lo que se ha llamado
tradicionalmente el anlisis de una estructura. Para el anlisis de
un prtico es necesario hacer algunas simplificaciones a la
estructura real. Un prtico tiene no solo dimensiones
longitudinales, sino transversales, como el ancho y la altura de la
seccin transversal y estos valores influyen en el anlisis de la
estructura; sin embargo la determinacin definitiva de las
dimensiones de los elementos es el objetivo final del denominado
diseo estructural. Este crculo vicioso lo rompe el diseador
suponiendo inicialmente unas dimensiones, de acuerdo al tipo de
estructura y a su conocimiento basado en la experiencia que ha
tenido con esas estructuras. Una vez supuestas unas dimensiones, el
anlisis se hace con modelos matemticos pertinentes, previas algunas
simplificaciones. La simplificacin ms comn, es analizar una
estructura de dimensiones tericas en que los elementos no tienen
secciones fsicas, sino parmetros asociados a ellas como el rea, el
momento de inercia. La estructura terica para el anlisis
corresponde a una idealizacin por el eje neutro de los elementos.
El diseador debe entonces distinguir claramente la diferencia entre
la longitud real de la viga, la longitud libre y la longitud
terica, que usa en los modelos matemticos empleados para el anlisis
de la estructura.Al hacer esta idealizacin, secciones diferentes en
la estructura como son el extremo de la viga y el extremo de la
columna se juntan en un punto: el nudo rgido terico. El
conocimiento de las metodologas para dibujar los diagramas en los
prticos es importante para que el estudiante pueda entender cmo se
afecta el diseo no solo por la magnitud y posicin de las cargas,
sino por las variaciones en las dimensiones de las secciones
transversales y vaya obteniendo criterios cualitativos y sentido de
las magnitudes que le permitan criticar y usar de modo seguro la
informacin obtenida mediante los modernos programas de computador;
stos le permiten obtener rpida y eficientemente no solo las
variaciones, sino los valores mximos y mnimos, que se emplearn
posteriormente en el diseo de los elementos de las estructuras, que
tambin ser hecho por programas de computador adicionales.b)
Fundamentos Normativos para el Diseo:El Reglamento Nacional de
Edificaciones tiene establecidas Normas para los diseos
arquitectnico y estructural. En el caso del diseo arquitectnico
existe la Norma A.010 de Consideraciones Generales de Diseo, que en
materia de caractersticas de diseo establece entre sus
disposiciones generales ms relacionados con el presente estudio, a
las siguientes:La norma establece los criterios y requisitos mnimos
de diseo arquitectnico que debern cumplir las
edificaciones.Excepcionalmente los proyectistas, podrn proponer
soluciones alternativas y/o innovadoras que satisfagan los
criterios establecidos en el artculo tercero de la presente Norma,
para lo cual la alternativa propuesta debe ser suficiente para
alcanzar los objetivos de las normas establecidas en el presente
reglamento. En este caso el proyectista deber fundamentar su
propuesta y contar con la conformidad del propietario Las obras de
edificacin debern tener calidad arquitectnica, la misma que se
alcanza con una respuesta funcional y esttica acorde con el
propsito de la edificacin, con el logro de condiciones de
seguridad, con el cumplimiento de la normativa vigente, y con la
eficiencia del proceso constructivo a emplearse. En las
edificaciones se responder a los requisitos funcionales de las
actividades que se realizarn en ellas, entrminos de dimensiones de
los ambientes, relaciones entre ellos, circulaciones y condiciones
de uso. Se ejecutar con materiales, componentes y equipos de
calidad que garanticen su seguridad, durabilidad y estabilidad. En
las edificaciones se respetar el entorno inmediato, conformado por
las edificaciones colindantes, en lo referente a altura, acceso y
salida de vehculos, integrndose a las caractersticas de la zona de
manera armnica. En las edificaciones se propondr soluciones tcnicas
apropiadas a las caractersticas del clima, del paisaje, del suelo y
del medio ambiente general. En las edificaciones se tomar en cuenta
el desarrollo futuro de la zona, en cuanto a vas pblicas, servicios
de la ciudad, renovacin urbana y zonificacin. Los parmetros
urbansticos y edificatorios de los predios urbanos deben estar
definidos en el Plan Urbano. Los Certificados de Parmetros deben
consignar la siguiente informacin:a) Zonificacin.b) Secciones de
vas actuales y, en su caso, de vas previstas en el Plan Urbano de
la localidad.c) Usos del suelo permitidos.d) Coeficiente de
edificacin.e) Porcentaje mnimo de rea libre.f) Altura de edificacin
expresada en metros.g) Retiros.h) rea de lote normativo, aplicable
a la subdivisin de lotes.i) Densidad neta expresada en habitantes
por hectrea o en rea mnima de las unidades que conformarn la
edificacin.j) Exigencias de estacionamientos para cada uno de los
usos permitidos.k) reas de riesgo o de proteccin que pudieran
afectarlo.l) Calificacin de bien cultural inmueble, de ser el
caso.m) Condiciones particulares. Los proyectos con edificaciones
de uso mixto debern cumplir con las normas correspondientes a cada
uno de los usos propuestos. Las normas tcnicas que deben cumplir
las edificaciones son las establecidas en el Reglamento Nacional de
Edificaciones. No es obligatorio el cumplimiento de normas
internacionales que no hayan sido expresamente homologadas en el
Per. Sern aplicables normas de otros pases, en caso que estas se
encuentren expresamente indicadas en este Reglamento o en normas
sectoriales.Para el diseo estructural se toma en cuenta la Norma
A.130, relacionada con los requisitos de seguridad en las
edificaciones, la cual seala que las edificaciones, de acuerdo con
su uso y nmero de ocupantes, deben cumplir con los requisitos de
seguridad y prevencin de siniestros que tienen como objetivo
salvaguardar las vidas humanas y preservar el patrimonio y la
continuidad de la edificacin. Desarrollar todos los conceptos y
clculos necesarios para asegurar un adecuado sistema de evacuacin
dependiendo del tipo y uso de la edificacin. Estos son requisitos
mnimos que debern ser aplicados a las edificaciones. Todas las
edificaciones tienen una determinada cantidad de personas en funcin
al uso, la cantidad y forma de mobiliario y/o el rea de uso
disponible para personas. Cualquier edificacin puede tener
distintos usos y por lo tanto variar la cantidad de personas y el
riesgo en la misma edificacin siempre y cuando estos usos estn
permitidos en la zonificacin establecida en el Plan Urbano.El
Ministerio de Vivienda en coordinacin con las Municipalidades y las
Instituciones interesadas efectuarn los estudios que permitan
confirmar las densidades establecidas para cada uso. Sin importar
el tipo de metodologa utilizado para calcular la cantidad de
personas en todas las reas de una edificacin, para efectos de
clculo de cantidad de personas debe utilizarse la sumatoria de
todas las personas. Cuando exista una misma rea que tenga distintos
usos deber utilizarse para efectos de clculo, siempre el de mayor
densidad de ocupacin.Ninguna edificacin puede albergar mayor
cantidad de gente a la establecida en el aforo calculado. La Norma
Peruana de Concreto Armado E-60, establece en sus requisitos
generales:Los requisitos y exigencias mnimas para el anlisis, el
diseo, los materiales, la construccin, el control de calidad y la
supervisin de estructuras de concreto armado, preesforzado y
simple.Los planos y las especificaciones tcnicas del proyecto
estructural debern cumplir con esta Norma.Lo establecido en esta
Norma tiene prioridad cuando est en discrepancia con otras normas a
las que ella hace referencia.Para estructuras especiales tales como
arcos, tanques, reservorios, depsitos, silos, chimeneas y
estructuras resistentes a explosiones, las disposiciones de esta
Norma regirn en lo que sean aplicables.El diseo y construccin de
losas de concreto estructural, vaciadas sobre moldes permanentes de
acero consideradas como no compuestas, estn regidos por esta
Norma.c) Anlisis y diseo de un sistema aporticado:
Predimensionamiento de losas: Existen dos tipos de los losas; losas
macizas y aligeradas (nervadas). Para el presente proyecto
utilizaremos losas aligeradas.Como ya mencionamos, las losas las
podemos dividir en dos grandes grupos: perimetralmente apoyadas y
planas. Las losas apoyadas perimetralmente son aquellas que estn
apoyadas sobre vigas o muros en sus cuatro lados, y que por tanto
trabajan en dos direcciones, a diferencia de las losas en una
direccin que, estructuralmente slo se apoyan en dos extremos. Las
losas planas, son aquellas que se apoyan directamente sobre las
columnas, sin existir ninguna trabe entre columna y columna.
temDescripcinh = t
123Losa simple apoyadaLosa con un extremo continuoLosa con ambos
extremos continuosLn/20Ln/24Ln/28
Donde: h = t = Espesor bruto de losa Ln = Tramo o luz ms largo
perpendicular a la viga principal.Losas Aligerados: Armadas en una
sola direccin de Concreto Armado, con vigueta 0.10m. de ancho y
0.40m. entre ejes.Con ladrillo
Espesor del aligeradoEspesor de losa superiorPeso propio de
losaPeso muerto de ladrillo
mmKg/m2Kg/m2
0.170.0528080
0.200.0530090
0.250.05350110
0.300.05420150
0.350.05475
0.400.10600
Predimensionamiento de columnas: las columnas con estribos
rectangulares o circulares, requieren de cuatro varillas
longitudinales como mnimo, tomando en consideracin que si las
varillas longitudinales son menores a la N 10 el dimetro del
refuerzo transversal ser por lo menos 3/8 en caso contrario el
dimetro del refuerzo transversal ser por lo menos 1/2.
Figura 1.2. Distribucin de varillas como mnimo 4Espaciamiento
vertical de estribos S
Consideraciones para zonas de alto riesgo ssmico: Segn ensayos
experimentales en Japn.
Figura 1.3. Distribucin del tipo de columnas
AT = rea tributaria, C 1 = Columna centralC 2 = Columna extrema
de un prtico principal interior.C 3 = Columna extrema de un prtico
secundario interior.C 4 =Columna en esquinaLas columnas se
predimensionan con:
Donde:D = Dimensin de la seccin en la direccin del anlisis
ssmico de la columna.b = La otra dimensin de la seccin de la
columna.P = Carga total que soporta la columna (Ver tabla B 2).n =
Valor que depende del tipo de columna y se obtiene de la Tabla B -
2fc = Resistencia del concreto a la compresin simple.TABLA B 2Tipo
C 1(Para los primeros pisos)Columna interior N < 3 pisosP = 1.10
x PGn = 0.30
Tipo C 1(Para los 4 ltimos pisos superiores)Columna interiorN
> 4 pisosP = 1.10 x PGn = 0.25
Tipo C 2, C 3
Columnas extremas de prticos interioresP = 1.25 x PGn = 0.25
Tipo C 4Columna de esquinaP = 1.50 x PGn = 0.20
PG = Debido a carga de gravedad.P = Debido a cargas de
sismo.Nota: Se considera primeros pisos a los restantes a los 4
ltimos pisos.Tabla B 2, valores de p y n para el
predimensionamiento de columnas. PG es el peso total de cargas de
gravedad que soporta la columna. Las columnas zunchadas se requiere
como mnimo seis varillas longitudinales, el dimetro del zuncho ser
por lo menos 3/8, la distancia libre entre espirales estar entre
2.5 cm. a 7.5 cm. y mayor que 11/3 del tamao del agregado.
Figura 1.4. Distribucin varillas como mnimo 6
Predimensionamiento de las Vigas: Se realiza calculando el peralte
de la viga, determinado por longitud libre sobre el coeficiente del
momento.Vigas Principales:
Donde:h = Peralte de la viga.Ln = Longitud libre.Wu = Carga por
unidad de rea. (Kg/cm2) = Coeficiente de Momento. (Depende de la
ubicacin de la seccin y de las restricciones en el apoyo de acuerdo
al Mtodo de los coeficientes ACI).Aplicaciones de las Vigas que
soportan losas armadas en un sentido:Sobre Carga (S/C = Kg/Cm2)
Vivienda 200 13
Aulas 25012
Lugares de Asamblea 40011
Deposito A (Almacenaje pesado en biblioteca) 75010
Deposito B 10009
Donde:b = Ancho de viga.B = Dimensin transversal tributaria.
(Ancho tributario)Modificaciones de las Dimensiones de las Vigas
Principales: Criterio de igualdad de cuanta: El momento actuante, M
u es el mismo para dos juegos diferentes de dimensiones de vigas (b
h y bo ho).
Para casos prcticos se puede intercambiar los peraltes efectivos
d por su altura h.b x h2 = bo x ho2 Criterio de igualdad de
rigideces: Las rigideces de las dos secciones es la misma, por lo
tanto.
Este criterio se recomienda para cambios de acciones por control
de desplazamientos laterales y para sistemas aporticados de alto
riesgo ssmico. Tambin es recomendable para el dimensionamiento de
vigas chatas. Es recomendable que las vigas chatas no tengan luz
libre mayor de 4.00m. Para vigas chatas menores que 4.00m se estima
que su costo es igual al de una viga peraltada. Para vigas chatas
mayores de 4.00m el costo es algo mayor.Para el caso de las vigas
secundarias, el coeficiente est determinado por la relacin de la
dimensin menor sobre la dimensin mayor de la losa, y un valor
especfico de sobrecarga.Vigas Secundarias Donde: A = Dimensin menor
de la losa. B = Dimensin mayor de la losa. Coeficiente para el
predimensionamiento de vigas de una relacin A/B y un valor
especfico de sobre carga.Tabla B 1:A/BSobrecarga (Kg/m2)
A/B > 0.67 A/B =1.02002505007501000131211109131211109
A/B < 0.672002505007501000131211109131211109
Criterio 1:
Criterio 2:Dimensionar como una viga corta correspondiente a una
losa reforzada en dos direccionar.
Predimensionamiento de la escalera:Una escalera es una
construccin diseada para comunicar varios espacios situados a
diferentes alturas. Est conformada por escalones (peldaos) y puede
disponer de varios tramos entre los descansillos (mesetas o
rellanos). Escalera de un tramo Escalera de un tramo curvo con
escalones compensados Escalera de dos tramos Escalera de cuatro
tramos
En el caso de cimentacin: Una zapata (a veces llamada poyo) es
un tipo de cimentacin superficial (normalmente aislada), que puede
ser empleada en terrenos razonablemente homogneos y de resistencias
a compresin medias o altas. Consisten en un ancho prisma de hormign
(concreto) situado bajo los pilares de la estructura. Su funcin es
transmitir al terreno las tensiones a que est sometida el resto de
la estructura y anclarla.Zapatas aisladas
Debemos trabajar con condiciones de carga de servicio, por tanto
no se factoraran las cargas.
En el caso que la carga P, acte sin excentricidad, es
recomendable buscar que:
Figura 1.5. Zapatas aisladasPara la cual podemos demostrar
que:
Dimensionamiento de la altura hz de la zapata.Las condicin para
determinar el peralte efectivo de zapatas, se basa en que la seccin
debe resistir el cortante por penetracin (cortante por
punzonamiento).Se asume que ese punzonamiento es resistido por la
superficie bajo la lnea punteada. (Debemos trabajar con cargas
factoradas)
La resistencia al corte del concreto de corte por punzonamiento
es igual a la menor determinada a travs de las siguientes
expresiones.
Donde:bo= Permetro de la seccin crtica.s= Parmetro iguala 40
para aquellas columnas en que la seccin crtica de punzonamiento
tiene 4 lados, 30 para las que tienen 3 lados y 20 para las que
tienen 2 lados.
Esta ltima nos dar una expresin en funcin de d que debemos
resolver. Finalmente en la zapata se debe de verificar la capacidad
cortante como viga a una distancia d de la cara de la columna de
apoyo. Peralte Mnimo: El peralte de la zapata (por encima del
refuerzo de flexin), ser mayor de 15 cm.Zapatas combinadas:Este
tipo de cimentacin puede ser conveniente principalmente en los
siguientes casos. Columnas muy cercanas entre siPara esta condicin
si se usarn zapatas aisladas, podran traslaparse o bien podran
resultar proporciones poco econmicas.
Figura 1.6. Dibujo esquemtico de zapatas continua.Es conveniente
que el punto de aplicacin de la resultante de las cargas actuantes
coincida con el centro de gravedad de la zapata combinada para
poder considerar una reaccin uniforme repartida del terreno.
Columna exterior muy cercana del lmite de propiedadEl punto G fija
la longitud de la zapata para una reaccin uniforme repartida del
terreno.
Figura 1.7. Dibujo esquemtico de zapatas continuas.
2.6.1.2 SISTEMA DE ALBAILERA CONFINADA:Es un sistema de
construccin que resulta de la superposicin de unidades de albailera
unidas entres si por un mortero, formando un conjunto monoltico
llamado muro. La albailera confinada se origina cuando el muro est
enmarcado en todo su permetro por concreto armado vaciado con
posterioridad a la construccin del muro, es decir es una conexin
dentada entre la albailera y las columnas; esta conexin es ms bien
una tradicin peruana, puesto que en Chile se utiliza una conexin
prcticamente a ras que tuvo un buen comportamiento en el terremoto
de 1985. El prtico de concreto armado, que rodea al muro, sirve
principalmente para ductilizar al sistema; esto es, para otorgarle
capacidad de deformacin inelstica, incrementando muy levemente su
resistencia, por el hecho de que la viga ("solera", "viga collar",
"collarn" o "viga ciega") y las columnas son elementos de
dimensiones pequeas y con escaso refuerzo. Adicionalmente, el
prtico funciona como elemento de arriostre cuando la albailera se
ve sujeta a acciones perpendiculares a su plano.Este el sistema que
tradicionalmente se emplea en casi toda Latinoamrica para la
construccin de edificios de hasta 5 pisos; La razn de su
popularidad es que en estas construcciones, generalmente, se tienen
ambientes con dimensiones pequeas que varan entre 3.00 a 4.50 m;
entonces resulta muy conveniente que los elementos verticales que
sirven para limitar los espacios tengan tambin funciones
estructurales y justamente, los muros de ladrillo cumplen con estos
dos requisitos. Adems, de encontrarse en nuestra medio una gran
cantidad de materiales con los que se elabora sus unidades bsicas.
As lo demuestra el Estudio de Edificaciones Urbanas en Lima y
Callao, realizado en Julio del 2003, por la Cmara Peruana de la
Construccin (Capeco) el cual indica que: del total de las
edificaciones censadas, el 69,9% de las viviendas son de albailera
(ladrillo y concreto) y un 15,6 se utiliza el concreto armado; el
cual tiene un comportamiento ante eventos naturales que todava
viene siendo estudiado para lograr un ptimo comportamiento de los
elementos que lo conforman.Es destacable sealar que el
comportamiento ssmico de un tabique en el interior de un prtico
principal de concreto armado, es totalmente diferente al
comportamiento de los muros confinados. La razn fundamental de esa
diferencia se debe al procedimiento de construccin, al margen del
tipo de unidad o mortero que se emplea en cada caso.Mientras que en
el caso de los tabiques primero se construye la estructura de
concreto armado (incluyendo el techo que es sostenido por el
prtico) y finalmente se levanta el tabique, en el caso de los muros
confinados el proceso constructivo es al revs; esto es, primero se
construye la albailera, posteriormente se procede con el vaciado de
las columnas y luego se vacan las soleras en conjunto con la losa
del techo. Con lo cual, el muro confinado es capaz de transportar y
transmitir cargas verticales, cosas que no lo hacen los tabiques.La
tcnica constructiva descrita hace que en los muros confinados se
desarrolle una gran adherencia en las zonas de interface
columna-muro y solera-muro, integrndose todo el sistema; con lo
cual estos elementos trabajan en conjunto, como si fuese una placa
de concreto armado sub-reforzada (con refuerzo slo en los
extremos), evidentemente con otras caractersticas elsticas y
resistentes.Lo expresado en el prrafo anterior no se produce en los
tabiques, ya que la zona de interconexin concreto-albailera es dbil
(la interface prtico-tabique es usualmente rellenada con mortero),
lo que hace que incluso ante la accin de sismos leves se separen
ambos elementos, trabajando la albailera como un puntal en
compresin (Figura 1.8); esto se debe a que la zona de interaccin
(contacto) slo se presenta en las esquinas, al deformarse el
tabique bsicamente por corte ("panel de corte"), mientras que el
prtico (ms flexible que el tabique) se deforma predominantemente
por flexin.
Figura 1.8. Modelaje de Tabiques de Albailera.1) Criterios
Generales De Estructuracin En Edificios De Albailera:Aparte de los
requisitos reglamentarios y recomendaciones que se han dado para
los muros armados y confinados, se sugiere lo siguiente:1. Por la
importancia que tienen los muros ubicados en el permetro del
edificio (son los que aportan la mayor rigidez torsional), y todo
aqul que absorba ms del 10% del cortante basal ssmico, stos debern
ser reforzados. Al respecto, en la Norma E-070 se especifica que
como mnimo un 70% de los muros que conforman el edificio (en cada
direccin) deben ser reforzados.2. El espesor efectivo (sin
recubrimientos) mnimo de los muros debe ser h I 20, donde "h" es la
altura libre del muro (altura de pandeo).3. Los techos deben ser
diafragmas rgidos, de manera que permitan uniformizar los
desplazamientos laterales de los muros. De preferencia, debe
emplearse como sistema de techado la losa (aligerada o maciza)
armada en 2 sentidos, con el objeto de que todos los muros porten
una carga vertical que no sea excesiva.4. De preferencia, las vigas
aisladas y coplanares con los muros no deben ser chatas, ya que las
vigas (de un peralte Suficiente) son elementos dctiles que pueden
aprovecharse como disipadores de energa antes que ocurra la falla
por corte en los muros; adems, las vigas peraltadas atenan las
concentraciones de esfuerzos en la losa del techo (producto del
giro de los muros) e incrementan la rigidez lateral del sistema. De
seguirse esta recomendacin, se lograr una reduccin en las
dimensiones de la cimentacin, al disminuir los momentos basales;
adicionalmente, los efectos de flexocompresin en los talones de los
muros se atenuarn.5. En los Muros Confinados la seccin transversal
mnima de las columnas deber ser Ac = 20 t cm2 (t = espesor del
muro); el peralte de la columna debe ser suficiente como para
permitir el anclar el refuerzo de la solera. Las columnas no deben
estar espaciadas ms del doble de la altura entre los arriostres
horizontales. El refuerzo longitudinal mnimo debe ser 4 3/8" y el
estribaje mnimo de confinamiento es 1/4", 1 a 5 cm, 4 a 10 cm. Debe
emplearse concreto con resistencia mnima fc = 175 kg/cm2. El
esfuerzo axial actuante () deber ser menor a 0.15 fm; si > 0.05
fm, deber emplearse refuerzo horizontal continuo anclado en las
columnas (cuanta 0.001). De preferencia, deber emplearse unidades
de arcilla con 33% mximo de vacos en su cara de asentado.Usualmente
es costumbre vaciar el sobrecimiento de los muros con una mezcla
cemento - hormign 1:8 ms 30% de piedra mediana (3"); el concreto de
este sobrecimiento es de menor resistencia al de las columnas.
Puesto que las bases de las columnas van a estar sujetas a elevadas
fuerzas axiales, producto de los momentos ssmicos y de las cargas
gravitacionales, es recomendable que el concreto de las columnas
llegue hasta el cimiento y que los estribos de confinamiento se
cuenten a partir de ese encuentro.
Figura 1.9. Se indica la recomendacin a emplear en las bases de
las columnas.2) Diseo Por Reglamento (Norma E - 070):Requisitos
Estructurales Mnimos: Espesor Efectivo t. El espesor efectivo:
Esfuerzo Axial Mximo. El esfuerzo axial mximo ( m) producido por
la carga de gravedad mxima de servicio ( Pm ), incluyendo el 100%
de sobrecarga, ser inferior a:
Aplastamiento. Cuando existan cargas de gravedad concentradas
que acten en el plano de la albailera, el esfuerzo axial de
servicio producido por dicha carga no deber sobrepasar a 0,375 fm.
Densidad Mnima de Muros. La densidad mnima de muros portantes a
reforzar en cada direccin del edificio se obtendr mediante la
siguiente expresin:
Analisis y Diseo Estructural: ANALISIS ESTRUCTURAL:El anlisis
estructural de los edificios de albailera se realizar por mtodos
elsticos teniendo en cuenta los efectos causados por las cargas
muertas, las cargas vivas y el sismo. La carga gravitacional para
cada muro podr ser obtenida por cualquier mtodo racional. DISEO
ESTRUCTURAL:1. Diseo de los elementos de confinamiento de los muros
del primer piso y de los muros agrietados de pisos superiores:a)
Diseo de las columnas de confinamientoLas fuerzas internas en las
columnas se obtendrn aplicando las expresiones de la tabla 11.
Donde:M = Mu1 1/2 Vm1 x h = - (h es la altura del primer piso).F
= M/L = fuerza axial en las columnas extremas producidas por M.Nc =
nmero de columnas de confinamiento (en muros de un pao Nc = 2).Lm =
longitud del pao mayor 0,5 L, lo que sea mayor (en muros de un pao
Lm = L)Pc = es la sumatoria de las cargas gravitacionales
siguientes: carga vertical directa sobre la columna de
confinamiento; mitad de la carga axial sobre el pao de muro a cada
lado de la columna; y, carga proveniente de los muros transversales
de acuerdo a su longitud tributaria.a.1) Determinacin de la seccin
de concreto de la columna de confinamiento:Diseo por compresinEl
rea de la seccin de concreto se calcular asumiendo que la columna
est arriostrada en su longitud por el panel de albailera al que
confina y por los muros transversales de ser el caso. El rea del
ncleo (An) bordeado por los estribos se obtendr mediante la
expresin:
donde: = 0,7 o 0,75, segn se utilice estribos cerrados o
zunchos, respectivamente. = 0,8, para columnas sin muros
transversales. = 1, para columnas confinadas por muros
transversales.Diseo por corte-friccin (V c)La seccin transversal (A
cf) de las columnas de confinamiento se disear para soportar la
accin de corte friccin, con la expresin siguiente: Donde: =
0,85
a.2) Determinacin del refuerzo verticalEl refuerzo vertical a
colocar en las columnas de confinamiento ser capaz de soportar la
accin combinada de corte-friccin y traccinDonde:El factor de
reduccin de resistencia es = 0,85 y el coeficiente de friccin es =
0,8.a.3) Determinacin de los estribos de confinamientoLos estribos
de las columnas de confinamiento podrn ser ya sea estribos cerrados
con gancho a 135, estribos de 1 de vuelta o zunchos con ganchos a
180. En los extremos de las columnas, en una altura no menor de 45
cm o 1,5 d (por debajo o encima de la solera, dintel o
sobrecimiento), deber colocarse el menor de los siguientes
espaciamientos (s) entre estribos:
Donde d es el peralte de la columna, tn es el espesor del ncleo
confinado y Av es la suma de las ramas paralelas del estribo.El
confinamiento mnimo con estribos ser [] 6mm, 1 @ 5, 4@ 10, r @ 25
cm. Adicionalmente se agregar 2 estribos en la unin solera columna
y estribos @ 10 cm en el sobrecimiento.b) Diseo de las vigas
soleras correspondientes al primer nivel La solera se disear a
traccin pura para soportar una fuerza igual a Ts:
Donde: = 0,9Acs = rea de la seccin transversal de la soleraEl
rea de la seccin transversal de la solera (Acs) ser suficiente para
alojar el refuerzo longitudinal (As), pudindose emplear vigas
chatas con un peralte igual al espesor de la losa del techo. En la
solera se colocar estribos mnimos: [] 6mm, 1 @ 5, 4@ 10, r @ 25
cm.2. Diseo de los pisos superiores no agrietadosa) Las columnas
extremas de los pisos superiores debern tener un refuerzo vertical
(As) capaz de absorber la traccin T producida por el momento
flector (Muf = Me (Vm1 / Ve1)) actuante en el piso en estudio,
asociado al instante en que se origine el agrietamiento diagonal
del primer entrepiso.
Donde: = 0,9b) El rea del ncleo (An) correspondiente a las
columnas extremas de confinamiento, deber disearse para soportar la
compresin C. Para obtener el rea de concreto (Ac), deber agregarse
los recubrimientos al rea del ncleo An:
donde = 0,7 o 0,75, segn se emplee estribos cerrados o zunchos,
respectivamente. = 0 ,8 para columnas sin muros transversales. = 1
para columnas confinadas para muros transversales.c) Las soleras se
disearn a traccin con una fuerza igual a Ts:
d) Tanto en las soleras como en las columnas de confinamiento,
podr colocarse estribos mnimos: [] , 1 @ 5, 4@ 10, r @ 25 cm.
2.6.1.3 DISEO POR SISMOS:En un principio las respuestas que nos
interesaban estaban basadas en resistencia, pero este criterio ha
evolucionado y actualmente nos interesan las que se encuentran
basadas en desplazamientos, pues se ha llegado a la conclusin que
son estos, los desplazamientos, los que daan a las estructuras,
adicionalmente se ha demostrado que nuestra capacidad de prediccin
de la demanda de resistencia (representada principalmente por el
cortante en la base) es bastante superior a nuestras posibilidades
de predecir los desplazamientos de nuestra estructura, siendo esto
muy claro cuando vemos una curva de capacidad, donde se aprecia que
pequeas variaciones en el cortante basal pueden implicar
sustanciales variaciones en el desplazamiento.Los principales
procedimientos de anlisis ssmico son los siguientes (FEMA, 1997):1.
ANLISIS ESTTICOS LINEALES (ALE): Conocidos como Estticos
Equivalentes, tal como se especifica en el artculo 17 de nuestra
Norma E.030 (RNE, 2006). 2. ANLISIS DINMICOS LINEALES (ALD):
Normados en nuestro reglamento por el artculo 18 de la mencionada
Norma. Se usan dos tipos: Tiempo Historia, cuando se usan registros
de aceleracin y las respuestas estructurales se conocen a lo largo
de toda a duracin del evento ssmico. Espectro de Respuesta, cuando
se trabaja con los espectros obtenidos de los registros de
aceleracin, combinando los aportes de cada modo, a fin de obtener
un valor representativo de la respuesta, ya que la falta de
simultaneidad de las mximas respuestas en cada modo de vibracin
implican la necesidad de combinarlas adecuadamente. 3. ANLISIS
ESTTICOS NO LINEALES (ANLE):Ms conocidos como Push Over, por su
nombre en ingls, cuya principal caracterstica es la de usar
sistemas equivalentes de un grado de libertad, para modelar una
estructura de mltiples grados de libertad y que nicamente nos
permiten apreciar respuestas globales de la estructura.
4. ANLISIS DINMICOS NO LINEALES (ANLD): Cuando conociendo las
propiedades de los materiales constitutivos de nuestra estructura y
de los elementos de los sistemas estructurales, hacemos uso de
registros de aceleracin, en un cierto nmero de ellos, para predecir
las respuestas de nuestro sistema, generalmente las basadas en
desplazamientos. Las herramientas ms conocidas, desde la ptica de
la discretizacin, son: Elementos Finitos, sumamente poderoso, pero
consumidor de ingentes recursos de hardware, que lo hace
prohibitivo en su uso en la mayora de los casos, de tal modo que
solamente ciertas instituciones tienen los equipos y el software
capaces de manejar en forma aceptable los requerimientos que
implican el modelar una estructura. Permite predecir respuestas de
resistencia y desplazamiento al detalle. Macro Elementos, que
usando las curvas esfuerzo deformacin y el mtodo de las fibras por
un lado e incorporando modelos histerticos para diversos elementos
(vigas, columnas, muros, rotulas, resortes, cables, etc.) por otro,
permiten predecir de una forma no tan onerosa, la respuesta de
nuestro sistema estructural. Ideal para respuestas de
desplazamiento (rotaciones, curvaturas, deformaciones de entrepiso,
etc.) El rango de aplicacin de los diversos tipos de anlisis,
superpuesto a una curva de capacidad, se muestra en la siguiente
figura, es interesante ver que los procedimientos dinmicos no
lineales cubren toda la gama de respuestas estructurales.Para el
diseo ssmico se tomaron como referencia la Norma E.030 Diseo sismo
resistente,El mtodo dinmico, es el mtodo adoptado para este
proyecto y comprende el anlisis de las fuerzas, desplazamientos,
velocidades y aceleraciones que aparecen en una estructura o
mecanismo como resultado de los desplazamientos y deformaciones que
aparecen en la estructura o mecanismo. Debido a la simplicidad y al
buen comportamiento en muchas estructuras que han sufrido sismos
severos, este mtodo tiene gran aceptacin.Para el anlisis ssmico
dinmico en el proyecto, se tomo en cuenta el dimensionamiento de
los elementos estructurales, el metrado de cargas y el espectro de
respuesta en prticos paralelos a los ejes X-X y Y-YLos objetivos
generales de la construccin sismorresistente deben seguir los
siguientes principios: Prevenir daos no estructurales para
temblores o terremotos pequeos, que pueden ocurrir frecuentemente
durante la vida til (de servicio) de una estructura. Prevenir daos
estructurales y hacer que los no estructurales sean mnimos, para
terremotos moderados que pueden ocurrir de vez en cuando.
(Usualmente se seala expresamente que la estructura sufrir varios
de estos). Evitar el colapso o daos graves en terremotos intensos y
larga duracin que pueden ocurrir raras veces. (Usualmente uno
durante la vida til de la estructura).La norma E-030 de diseo
Sismorresistente del 1997 dice: Resistir Sismos Leves sin dao.
Resistir sismos moderados considerando la posibilidad de daos
estructurales leves. Resistir sismos severos con posibilidad de
daos estructurales importantes, evitando el colapso de la
edificacin.Bases y Criterios De Diseo Segn la Norma ISO 3010:
Prevenir Lesiones a las personas. Asegurar la continuidad de los
servicios. Minimizar el dao a la propiedad.Con el fin de conseguir
estos objetivos, se plantean a diferencia de la mayora de las
normas vigentes y en concordancia con la tendencia hacia orientar
el diseo para conseguir los comportamientos esperados, dos niveles
de diseo. Y no un solo juego de fuerzas y verificaciones sino dos
que son:Estado lmite de Serviciabilidad:Las estructuras deben
resistir movimientos ssmicos moderados que se espera puedan ocurrir
en el sitio durante su vida til sin dao estructural y con dao no
estructural dentro de lmites aceptables. La forma de definir el
sismo para el cual se va a disear es caracterizarlo en funcin a su
periodo de retorno. Para este estado lmite se le considera 20
aos.Estado Lmite ltimo:Las estructuras no deben colapsar ni daar
vidas humanas debido a movimientos ssmicos severos que posiblemente
puedan ocurrir en el sitio. Este sismo es el que tiene el periodo
de retorno de 20 aos.
5. CARGAS:Fuerza u otras acciones que resulten del peso de los
materiales de construccin, ocupantes y sus pertenencias, efectos
del medio ambiente, movimientos diferenciales y cambios
dimensionales restringidos. Las cargas que soporta un edificio se
clasifican en muertas, vivas y accidentales (de viento y ssmica).
Tipos De Cargas: Cargas muertas:Son aquellas que se mantienen en
constante magnitud y con una posicin fija durante la vida til de la
estructura; generalmente la mayor parte de las cargas muertas es el
peso propio de la estructura. Es que puede calcularse con buena
aproximacin a partir de la configuracin de diseo, de las
dimensiones de la estructura y de la densidad del material. Para
edificios, por lo general se toman como cargas muertas, rellenos,
acabados de entrepisos y cielos rasos, y se deja un margen para
tener en cuenta cargas suspendidas como conductos, aparatos y
accesorios de iluminacin, etc. Consisten en los pesos de los
diversos miembros estructurales y en los pesos de cualesquiera
objetos que estn permanentemente unidos a la estructura, entre
otros: Columnas, Vigas, Trabes, Losas, Muros, Ventanas, Plomera,
Instalaciones elctricas y sanitarias.Incluye el peso de todos los
elementos estructurales basados en las dimensiones de diseo (peso
propio) y el peso permanente de materiales o artculos, tales como:
paredes y muros, cielos rasos, pisos, cubiertas, escaleras, equipos
fijos y todas las cargas que no son causadas por la ocupacin del
edificio. Son cargas que tendrn invariablemente el mismo peso y
localizacin durante el tiempo de vida til de la estructura.Incluyen
el peso del mismo edificio y el peso de los materiales,
dispositivos de servicio, equipos, tabiques y otros elementos
soportados por la edificacin. Siempre ejercen una fuerza
descendente de manera constante y acumulativa desde la parte ms
alta del edificio hasta su base.Materiales:Se considerar el peso
real de los materiales que conforman y de los que deber soportar la
edificacin, calculados en base a los pesos unitarios que aparecen
en la memoria de clculo, pudindose emplear pesos unitarios menores
cuando se justifique debidamente.El peso real se podr determinar
por medio de anlisis o usando los datos Indicados en los diseos y
catlogos de los fabricantes.Dispositivos de servicio y equipos:Se
considerar el peso de todos los dispositivos de servicio de la
edificacin, incluyendo las tuberas, ductos, equipos de calefaccin y
aire acondicionado, instalaciones elctricas, ascensores, maquinaria
para ascensores y otros dispositivos fijos similares. El peso de
todo este material se incluir en la carga muerta.Tabiques:Se
considerar el peso de todos los tabiques, usando los pesos reales
en las ubicaciones que indican los planos. Cargas vivas:Las cargas
vivas son cargas no permanentes producidas por materiales o
artculo, e inclusive gente en permanente movimiento. Cabinas,
particiones y personas que entran y salen de una edificacin pueden
ser consideradas como carga vivas. Las cargas vivas son producidas
por el uso y ocupacin de la edificacin y no deben incluir cargas
ambientales tales como viento, sismo, ni la carga muerta. Consta
principalmente de cargas de ocupacin en edificios, estas pueden
estar aplicadas total o parcialmente o no estar presentes y tambin
es posible cambiarlas de ubicacin. Su magnitud y distribucin son
inciertas en determinado momento, y adems sus mximas intensidades a
lo largo de la vida til de la estructura no se conocen con
precisin. Son cargas variables en magnitud y posicin debidas al
funcionamiento propio de la estructura. Pueden ser causadas por los
pesos de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura,
por ejemplo: Personal, Mobiliario, Empujes de cargas de almacenes.
Las cargas mnimas especificadas en los cdigos se determinan
estudiando la historia de sus efectos sobre estructuras existentes.
Usualmente esas cargas incluyen un margen para tener una proteccin
contra deflexiones excesivas o sobrecargas repentinas. Se supone
que los pisos de edificios estn sometidos a cargas vivas uniformes,
que dependen del propsito para el cual el edificio es diseado.
Estas cargas estn tabuladas en cdigos locales, estatales o
nacionales. Un ejemplo representativo de esas cargas mnimas
uniformes, tomadas del American Standard Building Code, se muestran
en la tabla. Estos valores se determinaron con base en la historia
de carga de varios edificios. Ellos incluyen mrgenes contra la
posibilidad de sobrecarga debido a cargas de construccin y
requisitos de servicio. Adems de las cargas uniformes, algunos
cdigos especifican cargas vivas concentradas mnimas, causadas por
carretillas, automviles, etc. Por ejemplo, cargas vivas, tanto
uniformes como concentradas deben considerarse en una losa de un
estacionamiento para automviles. Las cargas vivas en las cubiertas
son aquellas causadas por:a. Materiales, equipos y trabajadores
utilizados en el mantenimiento de la cubierta y b. Durante la vida
de la estructura las causadas por objetos mviles y por las personas
que tengan acceso a ellas. Para simplificar los clculos las cargas
vivas son expresadas como cargas uniformes aplicadas sobre el rea
de la edificacin. Las cargas vivas, comprenden la fuerza del
viento, las originadas por movimientos ssmicos, las vibraciones
producidas por la maquinaria, mobiliario, materiales y mercancas
almacenadas y por mquinas y ocupantes, as como las fuerzas
motivadas por cambios de temperatura. Las cargas ssmicas son cargas
inerciales causadas por movimientos ssmicos, estas pueden ser
calculadas teniendo en cuenta las caractersticas dinmicas del
terreno, de la estructura (amortiguamiento masa y rigidez), y las
aceleraciones esperadas. Se usar como mnimo los valores que se
establecen en la Tabla 2.3. Para Los diferentes tipos de ocupacin o
uso, valores que incluyen un margen para Condiciones ordinarias de
impacto. Cuando la ocupacin o uso de un espacio no sea conforme con
ninguno de los que figuran en la Tabla 2.3. El proyectista
determinar la carga viva justificndola ante las autoridades
competentes.Las cargas vivas de diseo debern estar claramente
indicadas en los planos del proyecto.Cargas vivas mnimas repartidas
(Segn Norma E.020)Ocupacin o usoCargas Repartidas kPa (Kgf/m2
Almacenaje = 5.0 (500) Baos = A la carga principal del resto del
rea, sin que sea necesario que se exceda de 3.0 (300) Bibliotecas
(Ver *) Salas de lectura = 3.0 (300)Salas de almacenajes = 7.5
(750) con estantes fijos (no apilables)Corredores y escaleras = 4.0
(400) Centros de EducacinAulas = 2.5 (250)Talleres = 3.5
(350)Auditorios, gimnasios, etc. = De acuerdo a lugares de
asambleas.Laboratorios = 3.0 (300)Corredores y escaleras = 4.0
(400) GarajesPara parqueo exclusivo de = 2.5 (250) Vehculos de
pasajeros, con altura de entrada menor de 2.40m.Para otros
vehculos...Ver 9.3 HospitalesSalas de operacin, labora = 3.0 (300)
torios y zonas de servicio.Cuartos = 2.0 (200)Corredores y
escaleras = 4.0 (400) HotelesCuartos = 2.0 (200)Salas pblicas = De
acuerdo a lugares de asambleas.Almacenajes y servicio = 5.0
(500)Corredores y escaleras = 4.0 (400)
Ocupacin o usoCargas Repartidas kPa (Kgf/m2
Industrias....Ver 6.4 Instituciones penalesCeldas y zona de
habitacin = 2.0 (200)Zonas pblicas = De acuerdo a lugares de
asambleas.Corredores y escaleras = 4.0 (400) Lugares de AsambleaCon
asientos fijos = 3.0 (300)Con asientos mviles = 4.0 (400)Salones de
baile, restaurantes, = 4.0 (400) Museos, gimnasios y vestbulosde
teatros y cines.Graderas y tribunas = 5.0 (500)Corredores y
Escaleras = 5.0 (500) Oficinas(*)Exceptuando salas de = 2.5 (250)
archivo y computacin.Salas de archivo = 5.0 (500)Corredores y
Escaleras = 4.0 (400) TeatrosVestidores = 2.0 (200)Cuarto de
proyeccin = 3.0 (300)Escenario = 7.5 (750)Zonas pblicas = De
acuerdo a lugares de asambleas. Tiendas = 5.0 (500)Corredores y
Escaleras = 4.0 (400) Viviendas = 2.0 (200)Corredores y Escaleras =
2.0 (200)
(*) Estas cargas no incluyen la posible tabiquera mvil - Tabla
2.3. Cargas Vivas Mnimas Repartidas. Carga Viva Concentrada:Los
pisos y techos que soporten cualquier tipo de maquinaria u otras
cargas vivas concentradas en exceso de 5,0 kN (500 kgf) (incluido
el peso de los apoyos o bases), sern diseados para poder soportar
tal peso como una carga concentrada o como grupo de cargas
concentradas.Cuando exista una carga viva concentrada, se puede
omitir la carga viva repartida en la zona ocupada por la carga
concentrada.Tabiquera Mvil:El peso de los tabiques mviles se
incluir como carga viva equivalente uniformemente repartida por
metro cuadrado, con un mnimo de 0,50 kPa (50 kgf/m2), para
divisiones livianas mviles de media altura y de 1,0 kPa (100
kgf/m2) para divisiones livianas mviles de altura completa.Cuando
en el diseo se contemple tabiqueras mviles, deber colocarse una
nota al respecto, tanto en los planos de arquitectura como en los
de estructuras.Conformidad:Para determinar si la magnitud de la
carga viva real es conforme con la carga viva mnima repartida, se
har una aproximacin de la carga viva repartida real promediando la
carga total que en efecto se aplica sobre una regin rectangular
representativa de 15 m2 que no tenga ningn lado menor a 3,00
m.Carga viva del techo:Se disearn los techos y las marquesinas
tomando en cuenta las cargas vivas, las de sismo, viento y otras
prescritas a continuacin.Las cargas vivas mnimas sern las
siguientes:Para los techos con una inclinacin hasta de 3 con
respecto a la horizontal, 1,0 kPa (100 kgf/m2).Para techos con
inclinacin mayor de 3, con respecto a la horizontal 1,0 kPa (100
kgf/m2) reducida en 0,05 kPa (5 kgf/m2), por cada grado de
pendiente por encima de 3, hasta un mnimo de 0,50 kPa (50
kgf/m2).Para techos curvos, 0,50 kPa (50 kgf/m2).Para techos con
coberturas livianas de planchas onduladas o plegadas, calaminas,
fibrocemento, material plstico, etc., cualquiera sea su pendiente,
0,30 kPa (30 kgf/m2).Cuando se trate de malecones o terrazas, se
aplicar la carga viva correspondiente a su uso particular.Cuando
los techos tengan jardines, la carga viva mnima de diseo de las
porciones con jardn ser de 1,0 kPa (100 kgf/m2). Excepto cuando los
jardines puedan ser de uso comn pblico, en cuyo caso la sobrecarga
de diseo ser de 4,0 kPa (400 kgf/ m2).El peso de los materiales del
jardn ser considerado como carga muerta y se har este cmputo sobre
la base de tierra saturada.Las zonas adyacentes a las porciones con
jardn sern consideradas como reas de asamblea, a no ser que haya
disposiciones especficas permanentes que impidan su uso.Cuando se
coloque algn anuncio o equipo en un techo, el diseo tomar en cuenta
todas las acciones que dicho anuncio o equipo ocasionen.Cargas
debidas al viento:La estructura, los elementos de cierre y los
componentes exteriores de todas las edificaciones expuestas a la
accin del viento, sern diseados para resistir las cargas (presiones
y succiones) exteriores e interiores debidas al viento, suponiendo
que ste acta en dos direcciones horizontales perpendiculares entre
s. En la estructura la ocurrencia de presiones y succiones
exteriores sern consideradas simultneamente.Clasificacin de las
edificaciones:Tipo 1.Edificaciones poco sensibles a las rfagas y a
los efectos dinmicos del viento, tales como edificios de poca
altura o esbeltez y edificaciones cerradas con cobertura capaz de
soportar las cargas sin variar su geometra. Tipo 2.Edificaciones
cuya esbeltez las hace sensibles a las rfagas, tales como tanques
elevados y anuncios y en general estructuras con una dimensin corta
en el sentido del viento.Tipo 3.Edificaciones que representan
problemas aerodinmicos especiales tales como domos, arcos, antenas,
chimeneas esbeltas y cubiertas colgantes.Para este tipo de
edificaciones las presiones de diseo se determinarn a partir de
procedimientos de anlisis reconocidos en ingeniera, pero no sern
menores que las especificadas para el Tipo 1.6. DISTRIBUCION Y
COMBINACIN DE CARGAS:Distribucin de las Cargas Verticales:La
distribucin de las cargas verticales a los elementos de soporte se
establecer sobre la base de un mtodo reconocido de anlisis o de
acuerdo a sus reas tributarias.Se tendr en cuenta el desplazamiento
instantneo y diferido de los soportes cuando ellos sean
significativos.Distribucin de Cargas Horizontales en Columnas,
Prticos y Muros: Se supondr que las cargas horizontales sobre la
estructura son distribuidas a columnas, prticos y muros por los
sistemas de pisos y techo que actan como diafragmas horizontales.
La proporcin de la carga horizontal total que resistir cualquier
columna, prtico muro se determinar sobre la base de su rigidez
relativa, considerando la excentricidad natural y accidental de la
carga aplicada. Cuando la existencia de aberturas, la excesiva
relacin largo/ancho en las losas de piso techo o la flexibilidad
del sistema de piso techo no permitan su comportamiento como
diafragma rgido, la rigidez de cada columna y muro estructural
tomar en cuenta las deflexiones adicionales de piso mediante algn
mtodo reconocido de anlisis.Factores de CargaLos factores de carga
tienen el propsito de dar seguridad adecuada contra un aumento en
las cargas de servicio ms all de las especificaciones en el diseo,
para que sea sumamente improbable en la falla. Los factores de
carga tambin ayudan a asegurar que las deformaciones bajo carga de
servicio no sean excesivas:El reglamento especifica en el artculo
10 de nuestra Norma E.060 (RNE, 2006) la resistencia requerida U
para resistir las cargas sean: La resistencia requerida (U) para
cargas muertas (CM), cargas vivas (CV) y cargas de sismo (CS), ser
como mnimo:U = 1.5 CM + 1.8 CVU = 1.25 (CM + CV CS)U = 0.9 CM 1.125
CSEn las combinaciones donde se incluya cargas de o de sismo, deber
considerarse el valor total y cero de la carga viva (CV) para
determinar la ms severa de las condiciones. Si en el diseo se
debieran considerar cargas de viento (CVi), se reemplazar este
valor por los efectos del sismo (CS) en las en las formulas
anteriores, no siendo necesario considerarlas simultneamente.En las
combinaciones anteriores, donde se incluye cargas de viento o de
sismo, deber considerarse el valor total y cero de la carga viva
(CV) para determinar la ms severa de las condiciones. Si fuera
necesario incluir en el diseo el efecto del empuje lateral del
terreno (CE), la resistencia requerida (U) ser como mnimo:U = 1.5
CM + 1.8 CV + 1.8 CE)U = 1.5 CM + 1.8 CVEn el caso en que la carga
muerta y/o carga viva reduzcan el efecto del empuje lateral, se
usar:U = 0.9 CM + 1.8 CE Si fuera necesario incluir en el diseo el
efecto de cargas debidas a peso y presin de lquidos con densidades
bien definidas y alturas controladas, dichas cargas podrn tener un
factor de 1,5 y agregarse en todas las combinaciones que incluyen
carga viva. Si fuera necesario incluir en el diseo el efecto de
cargas de impacto, stas debern incluirse en la carga viva (CV). Si
fuera necesario incluir el efecto (CT) de los asentamientos
diferenciales, fluencia, contraccin o cambios de temperatura, la
resistencia requerida deber ser como mnimo:U = 1.25 (CM + CT + CV)U
= 1.5 CM + 1.5 CTLas estimaciones de los asentamientos
diferenciales, la fluencia, la fluencia, la contraccin o los
cambios de temperatura deben basarse en una determinacin realista
de tales efectos durante el servicio de la estructura.7. PROBLEMAS
DE CONFIGURACIN ARQUITECTNICA Y ESTRUCTURAL:Por su naturaleza, las
construcciones tienden a ser construcciones de gran envergadura y
complejidad, lo que conduce a que en muchos casos presenten
esquemas de configuracin complejos.Por configuracin no se entiende
la mera forma espacial de la construccin en abstracto, sino el
tipo, disposicin, fragmentacin, resistencia y geometra de la
estructura de la edificacin, relacin de la cual se derivan ciertos
problemas de respuesta estructural ante sismos. En el planeamiento
de una construccin es necesario tener en cuenta que una de las
mayores causas de daos en edificaciones ha sido en el uso de
esquemas de configuracin arquitectnico-estructural nocivos. Puede
decirse de manera general que el alejamiento de formas y esquemas
estructurales simples es castigado fuertemente por los sismos.Y
adems que, lamentablemente, los mtodos de anlisis ssmico usuales no
logran cuantificar adecuadamente la mayora de estos problemas. De
cualquier forma, dada la naturaleza errtica de los sismos, as como
la posibilidad de que se exceda el nivel de diseo, es aconsejable
evitar el planteamiento de configuraciones riesgosas,
independientemente del grado de sofisticacin que sea posible lograr
en el anlisis de cada caso.a) Configuracin geomtrica:A continuacin
se exponen brevemente los aspectos ms relevantes de la incidencia
de la configuracin geomtrica en la respuesta ssmica de las
edificaciones, as como los mecanismos correctivos. Debe hacerse
nfasis en que, debido a su complejidad, y a su estrecha relacin con
el planteamiento de espacio y forma de la construccin, los
problemas de configuracin deben ser enfrentados bsicamente desde la
etapa de definicin del esquema espacial del edificio, y en toda la
etapa de diseo. Por esta razn es un tema que debe ser comprendido
en toda su amplitud por los arquitectos y diseadores. Problemas de
configuracin en planta:Los problemas que se mencionan a continuacin
son referentes a la disposicin de la estructura en el plano
horizontal, en relacin con la forma y distribucin del espacio
arquitectnico.Se debe destacar que los problemas de configuracin en
planta que a continuacin se detallan, se presentan cuando las
plantas son continuas; cabe destacar tambin que algunas de las
plantas que a simple vista se pueden percibir como complejas y que
cuentan con las respectivas juntas de dilatacin ssmicas no
presentan problemas para el comportamiento frente a
sismos.Longitud:La longitud en planta de una construccin influye en
la respuesta estructural de la misma de una manera que no es fcil
determinar por medio de los mtodos usuales de anlisis. En vista de
que el movimiento del terreno consiste en una transmisin de ondas,
la cual se da con una velocidad que depende de las caractersticas
de masa y rigidez del suelo de soporte, la excitacin que se da en
un punto de apoyo del edificio en un momento dado difiere de la que
se da en otro, diferencia que es mayor en la medida en que sea
mayor la longitud del edificio en la direccin de las ondas. Los
edificios cortos se acomodan ms fcilmente a las ondas que los
edificios largos.Considerando lo anterior, el correctivo usual para
el problema de longitud excesiva de edificios es la particin de la
estructura en bloques por medio de la insercin de juntas de
dilatacin ssmica, de tal manera que cada uno de ellos pueda ser
considerado como corto. Estas juntas deben ser diseadas de manera
tal que permitan un adecuado movimiento de cada bloque sin peligro
de golpeteo o choque entre los diferentes cuerpos o bloques que
componen la edificacin.
Figura 1.10. Formas Sencillas y Complejas en Planta y
ElevacinLos edificios largos son tambin ms sensibles a las
componentes torsionales de los movimientos del terreno, puesto que
las diferencias de movimientos transversales y longitudinales del
terreno de apoyo, de las que depende dicha rotacin, son
mayores.Concentracin de esfuerzos debido a plantas complejas:Este
problema surge en edificios denominados de plantas complejas y es
muy comn en edificaciones hospitalarias. Se define como planta
compleja a aquella en la cual la lnea de unin de dos de sus puntos
suficientemente alejados hace su recorrido en buena parte fuera de
la planta. Esto se da cuando la planta est compuesta de alas de
tamao significativo orientadas en diferentes direcciones (formas en
H, U, L, etc.).En las plantas irregulares las alas pueden
asimilarse a un voladizo empotrado en el cuerpo restante del
edificio, sitio en el cual sufrira menores deformaciones laterales
que en el resto del ala.Por esta razn aparecen grandes esfuerzos en
la zona de transicin, los cuales producen con frecuencia daos en
los elementos no estructurales, en la estructura vertical y aun en
el diafragma de la planta.
Figura 1.11. Formas de la PlantaPara este caso, la solucin
corrientemente adoptada consiste en la introduccin de juntas de
dilatacin ssmica, como las mencionadas para el caso de los
edificios largos. Estas juntas permiten que cada bloque tenga su
propio movimiento sin estar atado al resto del edificio, con lo
cual se rompe el esquema de trabajo en voladizo de cada ala. Las
juntas, obviamente, deben tener el ancho suficiente para permitir
el movimiento de cada bloque sin golpearse. Problemas de
configuracin en altura:Escalonamientos:Los escalonamientos en los
volmenes del edificio se presentan habitualmente por exigencias
urbansticas de iluminacin, proporcin, etc. Sin embargo, desde el
punto de vista ssmico, son causa de cambios bruscos de rigidez y de
masa; por lo tanto, traen consigo la concentracin de fuerzas que
producen dao en los pisos aledaos a la zona del cambio brusco. En
trminos generales, debe buscarse que las transiciones sean lo ms
suave posible con el fin de evitar dicha concentracin.
Figura 1.12. Formas Irregulares en AlturaLa figura 1.13. Muestra
algunas caractersticas de configuracin de edificaciones que deben
ser evitadas, debido al comportamiento inadecuado que han
experimentado en caso de sismos.
Figura 1.13. Irregularidades en Estructuras
b) Configuracin estructural: Concentraciones de masa:El problema
en cuestin es ocasionado por altas concentraciones de la masa en
algn nivel determinado del edificio que se puede deber a la
disposicin en l de elementos pesados, tales como equipos, tanques,
bodegas, archivos, etc. El problema es mayor en la medida en que
dicho nivel pesado se ubica a mayor altura, debido a que las
aceleraciones ssmicas de respuesta aumentan tambin hacia arriba,
con lo cual se tiene una mayor fuerza ssmica de respuesta all y por
ende una mayor posibilidad de volcamiento del equipo.Por lo
anterior, en el diseo arquitectnico es recomendable disponer los
espacios que representen pesos inusuales en stanos o en
construcciones aisladas aledaas al cuerpo principal del edificio.
En casos en los que por razones topogrficas se deba tener
almacenamientos de agua elevados, debe preferirse construir torres
independientes para ese fin, en lugar de adosarlas al edificio
principal.
Figura 1.14. Concentraciones de Masa Columnas dbiles:Las
columnas dentro de una estructura tienen la vital importancia de
ser los elementos que trasmiten las cargas a las cimentaciones y
mantienen en pie a la estructura, razn por la cual cualquier dao en
este tipo de elementos puede provocar una redistribucin de cargas
entre los elementos de la estructura y traer consigo el colapso
parcial o total de una edificacin.Por lo anterior, el diseo ssmico
de prticos (estructuras formadas preferentemente por vigas y
columnas) busca que el dao producido por sismos intensos se
produzca en vigas y no en columnas, debido al mayor riesgo de
colapso del edificio por el de dao en columnas. Sin embargo, muchos
edificios diseados segn cdigos de sismo resistencia han fallado por
esta causa. Estas fallas pueden agruparse en dos clases: Columnas
de menor resistencia que las vigas. Columnas cortas.Varias son las
causas de que el valor de la longitud libre se reduzca drsticamente
y se considere que se presenta una columna corta:- Confinamiento
lateral parcialmente en la altura de la columna por muros
divisorios, muros de fachada, muros de contencin, etc.- Disposicin
de losas en niveles intermedios.- Ubicacin del edificio en terrenos
inclinados.Las columnas cortas son causa de serias fallas en
edificios bajo excitaciones ssmicas debido a que su mecanismo de
falla es frgil. Pisos suaves:Varios tipos de esquemas
arquitectnicos y estructurales conducen a la formacin de los
llamados pisos dbiles o suaves, es decir, pisos que son ms
vulnerables al dao ssmico que los restantes, debido a que tienen
menor rigidez, menor resistencia o ambas cosas, La presencia de
pisos suaves se puede atribuir a: Diferencia de altura entre pisos.
Interrupcin de elementos estructurales verticales en el piso.
Figura 1.15. Falla en Planta por piso suave
Figura 1.16. Edificios con Irregularidad Tipo Piso FlexibleEl
primer caso de la figura anterior (Figura 1.15.) se da
frecuentemente por la bsqueda de volmenes mayores en ciertos
niveles de la construccin, generalmente por razones tcnicas
(exigencias de equipos, etc.) o estticas simblicas (imagen del
edificio en los niveles de acceso, etc.). Esto conduce a que en los
pisos en cuestin se presente un debilitamiento de la rigidez,
debido a la mayor altura de Los elementos verticales.La interrupcin
de elementos verticales de la estructura ha probado ser la causa de
mltiples colapsos parciales o totales en edificios sometidos a
sismos, sobre todo cuando la interrupcin de los elementos
verticales resistentes (muros y columnas) se presenta en los pisos
inferiores (Figura 1.16.). La razn del deslizamiento del piso recae
en que el nivel en que se interrumpen los elementos es ms flexible
que los restantes, con lo que aumenta el problema de estabilidad,
pero adems porque se origina un cambio brusco de rigidez que
ocasiona una mayor acumulacin de energa en el piso ms dbil.Los
casos ms usuales de interrupcin de elementos verticales, que ocurre
generalmente por razones espaciales, formales o estticas, son los
siguientes: Interrupcin de las columnas. Interrupcin de muros
estructurales (muros de cortante).Interrupcin de muros divisorios,
concebidos errneamente como no estructurales, alineados con
prticos. Falta de redundancia:El diseo estructural sismorresistente
contempla la posibilidad de dao de los elementos estructurales para
los sismos ms intensos. Desde este punto de vista, el diseo de la
estructura debe buscar que la resistencia a las fuerzas ssmicas
dependa de un nmero importante de elementos, puesto que cuando se
cuenta con un nmero reducido de elementos (poca redundancia) la
falla de alguno de ellos puede tener como consecuencia el colapso
parcial o total durante el sismo. En este sentido, debe buscarse
que la resistencia a las fuerzas ssmicas se distribuya entre el
mayor nmero de elementos estructurales posibles. Excesiva
flexibilidad estructural:La excesiva flexibilidad de la edificacin
ante cargas ssmicas puede definirse como la susceptibilidad a
sufrir grandes deformaciones laterales entre los diferentes pisos,
conocidas como derivas. Las principales causas de este problema
residen en la excesiva distancia entre los elementos de soporte
(claros o luces), las alturas libres y la rigidez de los mismos.
Dependiendo de su grado, la flexibilidad puede traer como
consecuencias: Daos en los elementos no estructurales adosados a
niveles contiguos. Inestabilidad del o los pisos flexibles, o del
edificio en general. No aprovechamiento de la ductilidad
disponible. Excesiva flexibilidad del diafragma:Un comportamiento
excesivamente flexible del diafragma de piso implica deformaciones
laterales no uniformes, las cuales son en principio perjudiciales
para los elementos no estructurales adosados al
diafragma.Adicionalmente, la distribucin de fuerzas laterales no se
har de acuerdo a la rigidez de los elementos verticales. (Figura
1.17.)Figura 1.17. Comportamiento Rgido y Flexible del
Diafragma.Son varias las razones por las cuales puede darse este
tipo de comportamiento flexible. Entre ellas se encuentran las
siguientes:
Flexibilidad del material del diafragma. Relacin de aspecto
(largo/ancho) del diafragma. Por tratarse de un trabajo a flexin de
este tipo de elementos, mientras mayor sea la relacin largo/ancho
del diafragma, mayores pueden ser sus deformaciones laterales. En
general, los diafragmas con relaciones de aspecto superiores a 5
pueden considerarse flexibles. Rigidez de la estructura vertical.
La flexibilidad del diafragma debe juzgarse tambin de acuerdo con
la distribucin en planta de la rigidez de los elementos verticales.
En el caso extremo de un diafragma en el que todos los elementos
verticales tengan igual rigidez es de esperarse un mejor
comportamiento del diafragma que en el caso en el cual tengan
grandes diferencias en este punto. Aberturas en el diafragma. Las
aberturas de gran tamao practicadas en el diafragma para efectos de
iluminacin, ventilacin y relacin visual entre los pisos, ocasionan
la aparicin de zonas flexibles dentro del diafragma, las cuales
impiden el ensamblaje rgido de las estructuras verticales.Las
soluciones al problema de excesiva flexibilidad del diafragma son
mltiples, y dependen de la causa que la haya ocasionado. Las
grandes aberturas en el diafragma deben estudiarse con cuidado, con
el fin de proveer mecanismo de rigidizacin o, si esto no es
posible, segmentacin del edificio en bloques. Torsin:La torsin ha
sido causa de importantes daos de edificios sometidos a sismos
intensos, que van desde la distorsin a veces visible de la
estructura (y por tanto su prdida de imagen y confiabilidad) hasta
el colapso estructural (Figura 1.18.).La torsin se produce por la
excentricidad existente entre el centro de masa y el centro de
rigidez.Algunos de los casos que pueden dar lugar a dicha situacin
en planta son: Posicin de elementos rgidos de manera asimtrica con
respecto al centro de gravedad del piso. Colocacin de grandes masas
en forma asimtrica con respecto a la rigidez. Combinacin de las dos
situaciones anteriores.Debe tenerse presente que los muros
divisorios y de fachada que se encuentren adosados a la estructura
vertical tienen generalmente una gran rigidez y, por lo tanto,
habitualmente participan estructuralmente en la respuesta al sismo
y pueden ser causantes de torsin, como en el caso corriente de los
edificios de esquina.
Figura 1.18. TorsinCuantitativamente, puede considerarse que una
excentricidad entre el centro de la masa y de rigidez es grande
cuando supera el 10% de la dimensin en planta bajo anlisis. En un
caso as deben tomarse medidas correctivas en el planteamiento
estructural del edificio (Figura 1.19.).Si se contempla adems la
situacin en altura, el panorama de la torsin puede complicarse an
ms cuando hay irregularidades verticales, como los escalonamientos.
En efecto, la parte superior del edificio transmite a la inferior
un cortante excntrico, lo cual provoca torsin del nivel de
transicin hacia abajo, independientemente de la simetra o asimetra
estructural de los pisos superiores e inferiores.Como todos los
problemas de configuracin, el de la torsin debe ser enfrentado
desde la etapa de diseo espacial y de forma de la edificacin. Los
correctivos necesarios para el problema de la torsin pueden
resumirse en general en los siguientes puntos: Las torsiones deben
ser consideradas inevitables, debido a la naturaleza del fenmeno y
a las caractersticas de la estructura. Por esta razn, se sugiere
proveer a los edificios de rigidez, mediante la cual se busca
reducir la posibilidad de giro en planta. A efectos del control de
la torsin, debe estudiarse con cuidado el planteamiento de la
estructura en planta y en altura, as como la presencia y la
necesidad de aislamiento de los muros divisorios no estructurales
que puedan intervenir estructuralmente en el momento de un
sismo.Finalmente, el objetivo debe ser proveer a la estructura con
la mayor simetra posible de la rigidez con respecto a la masa.
Figura 1.19. Torsin por Muros Excntricos Presin y empujeCuando
se considera la presin, implcitamente se relaciona una fuerza a la
unidad de rea sobre la cual ella acta.Considerndose, en el interior
de cierta masa lquida, una presin de volumen V, limitada por la
superficie A, si dA representa un elemento del rea en esta
superficie y dF, la fuerza que en ella acta (perpendicularmente);
la presin ser:P = dF./ dATeniendo en cuenta toda el rea, el efecto
de la presin producir una fuerza resultante, que es llamada Empuje,
siendo a veces llamada de presin total, y que es dada por el valor
de la siguiente integral.E = A pdA dFdAVA
Figura 1.20. Presin y Empuje de un Solido6Si la presin fuese la
misma en toda el rea, el empuje ser:E = pA. Empuje ejercido Por un
Lquido Sobre una Superficie Plana SumergidaImportancia del
problema: frecuentemente, el ingeniero encuentra problemas
relativos al proyecto de estructuras que deben resistir a presiones
ejercidas por los lquidos. Tales son los proyectos de compuertas,
vlvulas, diques, depsitos, tuberas, etc.El problema ser investigado
en dos partes:
Magnitud y Direccin del Empuje:La siguiente figura muestra un
rea de forma irregular, situada en un plano que hace un Angulo con
la superficie libre del lquido.Para la determinacin del empuje que
acta en uno de los lados de la mencionada figura, esta rea ser
subdividida en elementos dA, localizados en la profundidad genrica
h y a una distancia y de la interseccin O._________________* Rocha
Felices, Rocha; introduccin a la Hidrulica Fluvial; Pag. 34 39, y
70 - 115.
La fuerza que acta en dA ser:dF = p dA =hdA = y sen dA
Figura 2.22. Magnitud y Direccin del Empuje.Cada una de las
fuerzas dF ser normal al rea correspondiente:La resultante o el
empuje (total) sobre toda el rea, tambin normal, ser dada por:F =
dF = A y sen dA = sen A y dA.A y dA es el momento del rea en
relacin a la interseccin O; por lo tanto:A y dA = Ay.Expresin en el
cual Y es la distancia del centro de gravedad del rea hasta O, y A
el rea total.Como:F = y sen A sen = h.Viene: F = h A.El empuje
ejercido sobre una superficie plan inmersa es perpendicular a la
superficie y es igual al producto del rea por la presin relativa al
centro de gravedad del rea.2.7. MARCO CONCEPTUALCARGAS ESTTICAS:
Son aquellas que se aplican lentamente sobre la estructura, la cual
hace que se originen esfuerzos y deformaciones que alcanzan sus
valores mximos en conjunto con la carga.CARGAS DINMICAS: Las cargas
dinmicas se distinguen de las estticas por el hecho de originar
modificaciones tanto en la magnitud de las tensiones como en las
deformaciones a que dan lugar, afectando tambin la forma y lmite de
rotura de los materiales.CARGAS PERMANENTES O MUERTAS: Son cargas
gravitacionales que actan durante la til de la estructura como por
ejemplo el peso propio.CARGA VIVA O SOBRECARGA: Son cargas
gravitacionales de carcter movible que podran actuar en forma
espordica sobre la estructura.CARGAS DINMICAS: Son aquellas cuya
magnitud, direccin y sentido varan rpidamente con el tiempo, por lo
que los esfuerzos y desplazamientos que originan sobre la
estructura, tambin cambian con el tiempo.DISEO ARQUITECTNICO: Diseo
y distribucin de los ambientes funcionales, para cada finalidad
segn su uso definido.DISEO ESTRUCTURAL: Arte de disear los
elementos estructurales para las solicitaciones de servicios (carga
viva y muerta, viento y/o sismo), hallando ubicaciones y cantidades
adecuadas de materiales requerida para el buen funcionamiento de la
estructura de las propiedades fsicas y mecnicas de los
mismos.ESTADO LMITE DE FALLA: Son los que se relacionan con la
seguridad y corresponden a situaciones en que la estructura sufre
una falla total o parcial o que presenta daos que afectan su
capacidad para resistir nuevas acciones.ESTADO LMITE DE SERVICIO:
Son los que se asocian con la afectacin del correcto funcionamiento
de la construccin y comprenden deflexiones, agrietamientos y
vibraciones excesivas.LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO: Es el estudio