1er congreso internacional de estructuras de edificación · simplemente apoyada un extremo...

1er Congreso Internacional de Estructuras de EdificaciónCOINESED

Lima 01 y 02 de abril de 2017

IMPORTANCIA DE LAS CONDICIONES DE SERVICIO Y

ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES

Ing. Julio Rivera Feijóo

Condiciones de Servicio que se deben tener presente

• La norma ANSI/AISC 360-10 EN SU CAPÍTULO “L” “Design forServiceability”

• establece que los siguientes estados límites de servicio deben ser tenidos en cuenta según corresponde:

• L1 Provisiones Generales

• L2 Contra Flechas

• L3 Deflexiones

• L4 Drift (Desplazamientos

• Relativos)

• L5 Vibración

• L6 Movimientos inducidos por

• viento

• L7 Expansión y Contracción

• L8 Deslizamiento de Uniones

• OTROS: CorrosiónJuntas entre edificiosDiseño de Tabiques


L1 Provisiones Generales


Estados Límites de Servicio

• La estructura debe tener presente un comportamiento normal y aceptable

• La función del edificio, su aspecto, mantenimiento o el confort de sus ocupantes son preservados para un uso normal.

• Las solicitaciones son sin factores de amplificación


Por que es muy importante las Condiciones de Servicio

Costo de reparación por “fallas en edificios”

52%Estructuras

12%

25%

11%Instalaciones

Cerramientos

TabiqueríaIng. Julio Rivera Feijóo

L3 Deflexiones


Las deformaciones producirán múltiples daños en tabiques, ventanas, mamparas y pisos


Comportamiento del Concreto Armado

Momentos de Inercia a considerar

• Ig = Sección bruta

• Icr = Sección agrietada

• Ie = Sección equivalente


Deformaciones de Techos


Deformaciones de pisos


Peralte Mínimo para no calcular deflexiones

Peralte mínimo “h”

Elemento

Simplemente apoyada

Un extremo continuo

Ambos extremos continuos Voladizo

Elementos que no soportan ni están en contacto con tabiquería u otros elementos que pueden ser dañados por deflexiones excesivas

Losas macizas armadas en un

sentido

L/20 L/24 L/28 L/10

Vigas o losas nervadas

armadas en una dirección

L/16 L/18.5 L/21 L/8


Deflexiones máximas permitidas

Nº

Elementos

Ligados a elementos no estructurales Deflexión considerada Limitación

1

Techos (azoteas) NO

Deflexión instantánea debida a la aplicación de la

carga viva L/180

2

Pisos NO

Deflexión instantánea debida a la aplicación de la

carga viva L/360

3

Techos o Pisos

SI

Elementos estructurales que si sufren daños con deflexiones

excesivas

Parte de la flecha total que ocurre después de la

colocación de los elementos no estructurales

(sobrecarga+deformacion diferida debido a cargas

muertas)

L/480

4

Techos o Pisos

SI

Elementos estructurales queno sufren daños con deflexiones

excesivas

L/240


Deformaciones

� La deformación inicial debe ser con la Inercia adecuada - sale del análisis estructural

� El concreto, cuando está sometido a compresión se deforma a través del tiempo. Ese fenómeno se denomina “Flujo Plástico” (creep del concreto)

� La deformación total será la deformación inicial más la deformación diferida


Momento de Inercia Equivalente “Ie” de la viga

� Mcr = Momento de agrietamiento� Ma = Momento máximo, en la condición donde se está

evaluando la flecha� Ig = Momento de Inercia de la sección bruta� Icr = Momento de Inercia de sección agrietada

cra

crg

a

cre I

M

MI

M

MI

−+

=

33

1


Momentos Equivalentes en vigas continuas

� Vigas continuas en ambos extremos

Ie = 0.70Iem + 0.15(Ie1 + Ie2)

� Vigas continuas en un extremo

Ie = 0.85Iem + 0.15Ie1

Ie1Iem

Ie2

Ie1Iem


Deformaciones Diferidas

� ρ’ = Cuantía del acero en compresión. Al centro de la luz para elementos continuos y simplemente apoyados y en el apoyo para volados

� ε = Factor que depende del tiempo que actúa la carga consideradaε = 2 Para 5 años o másε = 1.4 Para 1 añoε = 1.2 Para 6 mesesε = 1 Para 3 meses

'501 ρξδ

+=t


Tipos de deformaciones

� δ = deformación total

� δi = deformación inicial

� δt = deformación diferida queocurre a lo largo del tiempo

ti δδδ += it δξδ .=


L2 Contra Flechas


Contra Flechas para deformaciones iniciales

Es conveniente indicar en planos y/o especificaciones técnicas las contra flechas


L4 Drift (Desplazamientos Relativos)


Límites para la Distorsión de Entrepiso DRIFT

Material Predominante ∆ i/ hei )

Concreto Armado 0.7%

Acero 1.0%

Albañilería 0.5%

Madera 1.0%

Edificios de C.A. de Ductilidad Limitada 0.5%


El Drift es variable en cada piso

DRIFT


Choque entre edificios por DRIFT muy elevado y junta inadecuada


L5 Vibración


Todos los objetos vibran con diferentes frecuencias

Frecuencias Naturales

FrecuenciasCon excitaciónExterna

Amplificación,amortiguamientoY Resonancia


La norma DIN 4150: Efectos en edificios y sus elementos estructurales

3 Criterios de Aceptación:

• Vibraciones Estructurales de corta duración (transitorias)

• Vibraciones Estructurales permanentes

• Vibraciones Permanentes particulares de techos

El tema “exacto” es muy complejo y las diversas normas del mundo dan criterios diferentes per parecidos

Todos preferimos trabajar conservadoramente con métodos aproximados


Espectro de respuesta de los efectos de las vibraciones en personas y estructuras

Las vibraciones pueden ser molestas:

• A las personas

• A elementos que se puedan romper (muros y otros)

• Malograr funcionamiento de equipos

• Agrandar las Fisuras en las estructuras


Percepción Humana de las vibraciones: Según Ministerio Soviético

• Para frecuencias entre 1 y 10 Hz considera determinante en la percepción el valor máximo de la aceleración

• Para frecuencias entre 10 y 100 Hz el parámetro definitivo es la velocidad.


Sensación de confort: Norma ISO 2631-1

Percepción por las personas Aceleracionesen m/seg2

Confortable <0.315

Un poco inconfortable 0.315 a 0.63

Bastante inconfortable 0.5 a 1.0

Inconfortable 0.8 a 1.6

Muy inconfortable 1.25 a 2.5

Extremadamente inconfortable > a 2.0


Resonancia en Estructuras por vibración de Equipos

• Las Estructuras tienen múltiples Frecuencias Naturales

• Los equipos usan una serie de reductores con diversas frecuencias.

• En lo posible usar “Resilentes” de amotiguamiento


Ventilador para Enfriamiento Industrial:Problema: al ventilador se le rompían las paletas

El Proyecto de “Ingeniería Básica” mostraba la siguiente solución

• L = 5m

• P = 1tn + p.p.

El Ingeniero Estructural planteó lo siguiente:

Columna


Control de Vibraciones en EstructurasSucede principalmente en estructuras livianas

PARA ANALIZAR LA VIBRACIÓN:

• Se puede hacer la estructura integral• Una buena aproximación se tiene sólo• Con la viga articulada en sus extremos:

Según el ASCE7-10

�1 =�

2

�. �

. ��≥ �2�� 2.8 ��= 5.6 ��

Donde:

I = Inercia del elemento estructural (viga + losa)E = Módulo de Elasticidad (sección compuesta)m = masa del elemento estructural (viga + losa)L = Longitud del elemento estructural

Se trabaja con una inerciaEquivalente ---� he

Se determina el anchoEquivalente con “I” del acero Ing. Julio Rivera Feijóo

L6 Movimientos inducidos porviento


La fuerza del viento

Barlovento(presión)

Sotavento(succión)

Presiones y succiones en paredesY techos


El Efecto del Viento es muy Complejo

El Perú tiene vientos de velocidadesPequeñas (mínimo 75 km/hora)

Por lo que todo se hace con muchasimplificación


Se debe controlar las deformaciones máximas por viento en las fachadas

ASCE7-10

Se recomiendo que la deformaciónHorizontal máxima de la parte superiorDe las fachadas sea:

d < H/150

Para H = 10m se permite máximo 6.7cm


L7 Expansión y Contracción


Retracción del Concreto

L = 100m

Contracción de laLosa de concreto

Fuerzas por la interAcción entre vigas ycolumnas


Efectos de la Retracción en concreto“Curado sumergido”

EsfuerzosDe tracción

Tiempo

Esfuerzosactuantes

TiempoEsfuerzosresistentesResistencia

De tracciónDel concreto

DeformacionesDel concretoTiempoCurado

Expansión

Contracción


Fig. 4Efectos de la Retracción en concreto

“mal curado”

EsfuerzosDe tracción

Tiempo

Esfuerzosactuantes

Tiempo

EsfuerzosresistentesResistencia

De tracciónDel concreto

DeformacionesDel concretoTiempo

Expansión

Contracción

Grieta


Probetas sumergidas

Probetas sin curar

Curado como obra

Curado por 7 días

28 100 200 300 1año0.0

-0.02%

-0.04%

Edad en días

Contracción

Expansión

Efecto del Curado(Sin refuerzo y sin Expansivo)

0.01%


Efecto del Refuerzo(Curado como obra)

Curado por 7 días

28 100 200 300 1año

Edad en días

Contracción

0.0

-0.02%

-0.04%

Expansión

0.01%

Refuerzo ρ = 0.34%

Sin refuerzo

Refuerzo ρ = 1.2%


Contracción de secado del concreto

Máximo

Promedio de 56 cilindros

mínimo

10 días28 días

90 días 1 año

Basados en cilindros curados 28 días y luego 50 á 6 0% de humedad

2 años5 a

30 a10 a20a

100%

60%

40%

20%

0%

80%


Fig. 17Proceso Constructivo

1211

8765

4321

109

Edificio de vaciado únicoTendrá muchas fisuras

Edificio vaciado en 12 partesMenos fisuras


L9 Otros: Tabiquería

Los tabiques se diseñan en función a sus apoyos, longitudes y espesores

Muro en Volado

Muro apoyado en 2 lados





Fuerza Sísmica de Edificio y Tabiques

Edificio Nº pisos

Fuerza Horizonta / Peso

EdificioTabiques en Pisos Azotea

La Mar-Eureka 21 6.4% 24.5% 38.1%Multifamiliar San Felipe 23 6.0% 19.6%Defensores 10 19.5% 46.9% 46.9%Morro Solar Lopez 11 15.3% 34.2% 50.6%Residencial Arequipa

Edif 1A 11 13.2% 36.5%Edif 1B 13 13.6% 34.7%Edif 1C 11 12.1% 28.9%Edif 2A 12 14.9% 55.6%Edif 3A 7 18.7% 37.0%

Multifamiliar Calle franciaEdificio delantero 7 15.4% 38.5% 59.2%Edificio posterior 7 15.0% 27.1% 45.6%

Edificio Campodónico 22 9.2% 29.6%Edif Ejercito-Time Magdalena 16 6.9% 21.8% 33.8%COSTANERA 0.0% 0.0%

BLOQUE A 15 8.3% 23.1%BLOQUE B 16 10.2% 31.9%

CLASIFICACIÓN DE TABIQUES EN FUNCIÓN A LA ACELERACIÓN (EQUILIBRIO3)

COMO % DE ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD

Rango de Clasificación

Aceleración de diseño Categoría E3

<0.2g 0.2g A 0.2

0.21g < 0.3g 0.3g A 0.3

0.31g < 0.4g 0.4g A 0.4

0.41g < 0.5g 0.5g A 0.5

0.51g < 0.6g 0.6g A 0.6

0.61g < 0.8g 0.8g A 0.8

0.81g < 1.0g 1.0g A 1.0


y = -0.006x2 + 0.2629x + 1.1693R² = 1

y = -0.006x2 + 0.2629x - 0.1067R² = 1

y = -0.0059x2 + 0.2599x + 0.5481R² = 0.638

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

REL

AC

ION

DE

AC

ELER

AC

ION

DE

UN

PIS

O Y

LA

BA

SE

NÚMERO DE PISOS

NÚM DE PISOS VSMAX DE UN PISO

y = 0.0109x2 - 0.0718x + 2.342R² = 1

y = 0.0109x2 - 0.0718x + 3.8144R² = 1

y = 0.0109x2 - 0.0718x + 3.0782R² = 0.7362

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

REL

AC

ION

DE

AC

ELER

AC

ION

DE

LA A

ZOTE

Y L

A B

ASE

NÚMERO DE PISOS

NÚM PISOS VS MAX DE AZOTEA

Coef Sísmico Tabique/Coef Sísmico de Edificio



Tabiquería sin Juntas con EstructuraEl 1er piso funcionó como “Piso Blando”

Edificios

con

Piso

Blando

L9 Otros: Oxidación

La corrosión destruye al acero

Tener presente: Recubrimientos, ataque químico externo y del concreto


L9 Otros: Junta Sísmica

JUNTAS SÍSMICAS

Las juntas deben ser continuas

En la figura, si la junta fuera continua: ¿Estaría bien que tenga relleno de Poliestireno Expandido?


Las Juntas sísmicas deben quedar libres, “sin poliestireno expandido”

Si el Poliestireno es de10cm Con móduloE=60kg/cm2, y estásometido a unaPresión de 10tn/m2Se tendrá:

Deformación de 0.17 cmIng. Julio Rivera Feijóo

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