ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO DE ALBAÑILERÍA ARMADA

1. INTRODUCCIÓN.

La presente trabajo consta de un edificio de Albañilería Armada previamente diseñado con la norma vigente. El trabajo abarca lo que es el análisis estructural (el predimensionamiento, estructuración y análisis sísmico del edificio) y el diseño estructural (el diseño de los muros portantes, el diseño de los alféizares y los planos respectivos) de un edificio de 4 pisos destinado a oficinas y que está ubicado en el Departamento de La Libertad sobre un suelo de tipo intermedio.

2. CARACTERÍSTICAS DEL EDIFICIO.

2.1. Características Geométricas:

Ubicación del edificio : Trujillo Uso : Oficinas Sistema Estructural : Albañilería Armada Altura Total de la Edificación : 10.08 m Altura de Piso a Techo : h = 2.40 m Altura libre de albañilería : h = 2.58 m Losa Maciza armada en 2 sentidos : t = 0.12 m Vigas soleras y dinteles : 0.14 m x 0.12 m Vigas (ejes B, C, 2, 1) : 0.14 m x 0.30 m Espesor del bloque de concreto : t = 0.14 m Alfeizar : h = 1.00 m (excepto en SS.HH. donde h=1.80 m) Garganta de escalera : t = 0.12 m Descanso de la escalera : t = 0.16 m Azotea : con parapetos (h = 1.0m), y sobrecarga de 100

kg/m2 Acabados : 100 kg/m2 Área Techada : 1er Piso : 115.78 m2

2do Piso : 115.78 m2 3er Piso : 115.78 m2

4to Piso : 115.78 m2

Se decidió utilizar vigas soleras y dinteles del mismo espesor de la losa (vigas chatas) a recomendación del Reglamento Nacional de Edificaciones E070 (Art.15.6), esto es debido a que la norma busca que los muros de albañilería armada fallen por flexión y si se usan vigas dinteles peraltadas estas reducirían el momento actuante en los muros, lo que va en contra de la falla por flexión que se busca. Se colocó viga peraltada (14x30) en el eje A porque dicha viga recibe el peso de la escalera.

2.2. Características de los Materiales:

Albañilería :

Clase de unidad a utilizar: Bloque (vacios) de Concreto Vibrado tipo P (1) f´b = 50

kg/cm2 sobre área bruta

Pilas : f´m = 1200 ton/m2

Muretes : v´m = 109 ton/m2

Grout : f´c = 140 kg/cm2

Modulo de Elasticidad: Em= 700 f´m

Em= 700x (1200) = 840000 ton/m2

Modulo de Corte: Gm= 0.4 Em

Gm= 0.4 x (840000) = 336000 ton/m2

Modulo de Poisson: ѵ = 0.25

Concreto :

Resistencia Nominal a la compresión: f’c = 175 kg/cm2

Modulo de Elasticidad: E= 2 x 106 ton/m2

Modulo de Poisson: ѵ = 0.15

Mortero: cemento – cal – arena gruesa: 1: ½ : 4

Acero : fy = 4200 kg/cm2 = 4.2 ton/cm2

La norma recomienda que el valor de f´c mínimo del concreto sea de 175 kg/cm2 para elementos de confinamiento.

3. PREDIMENSIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES:

3.1. Espesor Efectivo de los Muros Portantes:

La estructura emplea como sistema de techado una losa maciza armada en 2 sentidos, con 12 cm de espesor como se indicó en las características geométricas.Empezamos estimando el espesor mínimo que deben de tener los muros para cumplir con el artículo 19.1 del RNE:

t =h/20 (Para las Zonas Sísmicas 2 y 3)

X1

X2

X3

Y1

Y2

Donde:

t: espesor efectivo

h: altura libre entre los elementos de arriostre horizontales.

t=2.420

t=0.12 m ≈ 12cm

Debido a que no existen ladrillos comerciales con esa medida se usara un bloque de concreto de 14 cm de espesor, lo cual cumple con el espesor mínimo establecido, por lo cual el aparejo a usar será de soga.

3.2.Verificación del Esfuerzo Axial por Cargas de Gravedad

Seguidamente, se procede a la revisión por compresión del muro más esforzado con lo especificado en el artículo 19.1.b. Por inspección de la planta el muro más esforzado es X2.

σ m=Pm

L. t≤0.2 f 'm [1−( h

35. t )2]≤0.15 f 'm

σ x 2=P x2

L. t

Px2=13.04×(2.4×0.12+0.10)×4+(2.3×0.14×2.40×3.93)×4+(2.4×0.14×0.12×3.93)×4+(0.9×0.1)+(0.9×0.25×3)=33.79 ton

σ x 2=33.79

3.93×0.14=61.41 ton /m2

Fa=0.2 f 'm [1−( h35. t )

2]=0.2 f 'm [1−( 2.5835×0.14 )

2]=0.145 f ´ m=173.5 ton /m2

0.15 f 'm=0.15×1200=180 ton /m2

σ x 2=61.41≤173.5≤180…OK

Con el resultado obtenido, se comprueba que el nivel de compresión en el primer piso del muro X2 es menor al establecido en la norma (0.15f’m). Esto es básicamente por el uso de la losa maciza que reparte uniformemente las cargas en los muros en los cuales se apoya.

3.3. Densidad de Muros:

Area decorte de losmuros reforzadosAreade la PlantaTipica

=∑ L . tAp

≥ Z .U . S .N56

Donde:

Z = factor de zona (Trujillo está en zona 3)U = factor de uso (oficinas)S = factor de suelo (intermedio)N = número de pisos del edificioAp. = área de la planta típica = 8.64 x 13.40 = 115.78 m2L = longitud total del muro

t = espesor efectivo del muro = 0.14 m

Los valores de Z, U y S son los especificados en la norma Sismo resistente E030.

Parámetros de Diseño

Valores

Z 0.4U 1S 1.2N 4

Ap. 115.78

El siguiente cuadro es un listado de los muros, con sus dimensiones (t, L) y sus respectivas áreas, referidas a la planta mostrada.

1er AL 4to PISODIRECCIÓN "X" DIRECCIÓN "Y"

MURO L = m t = m ÁREA MURO L = m t = m ÁREA

X1i 3.93 0.14 0.55 Y1i 8.64 0.14 1.21X2i 3.93 0.14 0.55 Y2i 4.86 0.14 0.68X3i 3.93 0.14 0.55 Y3i 1.50 0.14 0.21X4 2.54 0.14 0.36 Y4 2.50 0.14 0.35X1d 3.93 0.14 0.55 Y1d 8.64 0.14 1.21X2d 3.93 0.14 0.55 Y2d 4.86 0.14 0.68X3d 3.93 0.14 0.55 Y3d 1.50 0.14 0.21

TOTAL ∑ = 3.66 ∑ = 4.55

Eje “X”………………………. ∑ L. tAp

≥ Z .U .S . N56

; 0.0316 ≥ 0.0166 OK!

Eje “Y”………………………. ∑ L. tAp

≥ Z .U .S . N56

; 0.0393 ≥ 0.0166 OK!

En ambos sentidos se cumple con la densidad de muros establecida en la norma.

4. METRADO DE CARGAS:

Las cargas actuantes en cada muro se obtienen sumando las cargas directas (peso propio, peso de soleras, dinteles, ventanas y alféizares) más las cargas indirectas (provenientes de la losa del techo: peso propio, acabados y sobrecarga).

4.1. Cargas Unitarias.

Pesos Volumétricos:

Peso Volumétrico del Concreto : 2.4 ton/m2 Peso volumétrico de la albañilería armada alveolos llenos: 2.3 ton/m3 Peso Volumétrico del Tarrajeo : 2.0 ton/m2

Techos:

Peso propio de la losa de techo: 2.4x0.12 = 0.288 ton/m2 Sobrecarga: 0.25 ton/m2 Sobrecarga en azotea: 0.1 ton/m2 Sobrecarga en escalera: 0.4 ton/m2 Acabados: 0.10 ton/m2

Muros:

Peso de los muros de albañilería armada alveolos llenos y con 2 cm de tarrajeo t=0.14m: 2.3x0.14 + 2x0.02=0.362 ton/m2

Ventanas: 0.02 ton/m2

Otros:

Número de Niveles: 4 Altura de Muros: 2.40 m Altura de parapetos: 1.00 m Altura de Alfeizar: 1.00 m Altura de Alfeizar (SS.HH.) =1.80 m