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DISEO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO DE VIVIENDA DE ALBAILERA

CONFINADA(mampostera reforzada)

1. DESCRIPCION

1.1 Ubicacin

La estructura es una Vivienda Multifamiliar, de dos pisos, se construir en el

Corregimiento de San Francisco de Icho,perteneciente a la ciudad de Quibd.

1.2 rea de ocupacin de la estructura

La estructura a analizar tiene un rea de construccin de 112.00m2

,

correspondientes a 14.00m de frente y8.00m de profundidad.

1.3 Uso de la estructura

La estructura tendr un grupo de uso I, destinado a la ocupacin residencial.

1.4 Norma empleada

La estructura se diseara de acuerdo al Reglamento NSR-10, aplicando el

Titulo E, que establece los requisitos para la construccin sismo resistente de

viviendas de uno y dos pisos de mampostera confinada y de bahareque

encementado.

1.5 Microzonificacin Ssmica

La ciudad de Quibd, cuenta con una Microzonificacin Ssmica reglamentada

bajo el Decreto 523 del 16 de diciembre del 2010; el cual es de carcter

obligatorio y sustituye las secciones A.2.4 y A.2.6(efectos locales de

amplificacin de las ondas ssmicas debidas al suelo subyacente de la

edificacin y el Espectro de Diseo, respectivamente) del Reglamento NSR-

10.

La localizacin de la estructura tiene una zona de amenaza ssmica alta.

PARMETRO SMBOLO VALOR

Coeficiente de Aceleracin Aa 0.35

Coeficiente de Sitio S 1.2

Coeficiente de Importancia I 1.0

Altura medida desde la base, de la altura de

cubierta h

n 6.1m

Periodo Fundamental Aproximado Ta 0.368

2

seg

Espectro Elstico de Diseo Sa 0.75

Coeficiente de Disipacin de Energa R 7

1.6 Caractersticas de los materiales empleados

Concreto Armado:

Zapatas : concreto f c = 210 kg/cm2

Vigas de cimentacin : concreto f c = 210 kg/cm2

Columnas : concreto f c = 210 kg/cm2

Vigas : concreto f c = 210 kg/cm2

Placas : concreto f c = 210 kg/cm2

Losas aligerada : concreto f c = 210 kg/cm2

Escalera : concreto f c = 210 kg/cm2

Peso Especfico:

Concreto simple : 2300kg/m3

Concreto armado : 2400kg/m3

Acero:

Corrugado estructural : fy = 4200 kg/cm2

Albailera:

Resistencia a la compresin de la mampostera : f m = 100kg/cm2

Unidad de mampostera (ladrillo) : 12 x 20 x 30 cm

Mortero tipo : M

Juntas : 1 cm

Peso especifico mampostera:

Ladrillo hueco : 1300kg/cm3

3

Ladrillo solido : 1800kg/cm3

Componentes del sistema de entrepiso:

Perfil metlico placa fcil : 9cm de alto x 13cm de ancho

Bloque de loza (ladillo de arcilla):80cm de largo x 23cm de ancho x 10cm de

alto.

Malla electro soldada : grafil de 5 mm con retcula de 15cm x

15cm

2. PLANTEAMIENTO ESTRUCTURAL

2.1 Diseo muros

La estructura a disear es una vivienda de dos pisos, donde se adopt como

sistema estructural mampostera confinada; Muros confinados estructurales

(NSR-10 sec. E.3.1.1.1).

Dimensionamiento de los muros

Altura libre del muro: Se adopto una altura libremxima de 2.5m, donde (2.5m< 25 x espesor del muro = 25 x 0.12m = 3.00m). como lo

establece(NSR-10 sec. E.3.5.1).

Longitud libre horizontal (NSR-10 sec. E.3.5.2):se adopto una longitud libre mxima de 4.0m, donde (4.0m< 35 x espesor del muro = 35 x

0.12m = 4.20m).

Espesor de muros confinado(NSR-10 sec. E.3.5.3):se adopto un espesor de muro de 0.12m, ya que la estructura est en la regin 7 de

la FiguraA.2.3-2 NSR-10, se encuentra en zona de amenaza ssmica alta,

con un coeficiente de aceleracin de Aa=0.35.donde el espesor

adoptado es mayor al recomendado en la (Tabla E.3.5-1NSR-10).

4

Longitud de muros confinados (NSR-10 sec. E.3.6): para garantizar un comportamiento ssmico adecuado debe proveerse de una longitud

mnima de muros confinados en cada una de las direcciones principales en

planta.

La longitud de los muros confinados en la direccin x = 28.00m

La longitud de los muros confinados en la direccin y= 24.00m

La longitud de los muros confinados que se requieren en cada direccin

principal de la edificacin, en metros, no puede ser menor a la obtenida

por medio de la Ecuacin E.3.6-1 NSR-10.

Lmin

= MO xAP

t = 18.67m

Lmin

= Longitud mnima de muros en cada direccin en (m).

Mo= Coeficiente establecido en la Tabla E.3.6-1, para Aa = 0.35 M

o = 30.

t = Espesor efectivo del muro de confinamiento en los dos niveles es

120mm.

Ap= El rea de la cubierta liviana, 112 x (2/3) =74.67m

2

.

Tomamos la longitud menor, en la direccin Y = 24.00m> Lmin

= 18.67m. Cumple

2.2 Columnas de confinamiento

Las columnas de confinamiento deben ser de hormign reforzado, su armadura debe

anclarse a la cimentacin y a la viga de amarre superior. Su vaciado debe realizarse

con posterioridad al levantamiento de los muros de confinamiento y directamente

contra ellos.

Dimensionamiento de las columnas

La seccin transversal que se adopto para las columnas de amarre es de (12x20 cm),para un rea de 240cm

2

> 200cm2

, el espesor es igual al del

muro que confina (12cm), como se establece en (NSR-10 sec. E.4.3.2).

La separacin mxima entre columnas de amarre en los extremos de los muros de confinamiento que se adopto es 4.00m, la cual es menor a los

requisitos que exige el (NSR-10 sec. E.4.3.3).

L = 4.00m < 35 * 0.12 = 4.20m < 1.5 * 2.8 = 4.20m < 4.00m.

Cumple

5

El refuerzo longitudinal que se adopto para las columnas es 4 barras NO4.

(1/2) 12mm de dimetro.

El refuerzo transversal que se adopto para las columnas es de estribos cerrados de barras No 3 (3/8) espaciados cada 20cm. Los primeros seis estribos se deben espaciar a 10cm en las zonas adyacentes a los

elementos horizontales de amarre.

2.3 Vigas de confinamiento

Las vigas de confinamiento sern de hormign reforzado, su refuerzo ser anclado

en los elementos terminales con ganchos de 90. Su vaciado se realizara

directamente sobre los muros de confinamiento (NSR-10 sec. E.4.4.1).

Dimensionamiento de las vigas

El ancho de las vigas de amarre es igual al espesor del muro 12cm, y su seccin transversal ser de (12x20cm), para un rea transversal de

240cm2

> 200cm2

.(NSR-10 sec. E.4.4.2).

Las vigas de amarre podrn ir embebidas en la losa aligerada del entrepiso.

El refuerzo longitudinal de las vigas de confinamiento ser de 4 barraNo 4, las cuales se dispondrn de manera simtrica respecto a los ejes de la

seccin.

El refuerzo transversal considerando como luz de espacio comprendido entre las columnas de amarre ubicadas en el eje de la viga, se utilizaran

estribos cerrados de barra No 3 (3/8) espaciados cada 10cm en los

primeros 50cm de cada extremo de la luz y espaciados a 20cm en el resto

de la luz.

2.4 Cintas de amarre

Se adopto un elemento de concreto reforzado de altura de 12cm, con un ancho igual al espesor del elemento que remata y ser reforzado con dos

barras longitudinales No 3. El refuerzo transversal se utilizara estribos de

barras No 2, espaciadas cada 20cm.

6

2.5 Losa de entrepiso

Esta losa est proyectada para soportar cargas por muros divisorios. La cual se

construir con un sistema econmico, rpido y seguro llamado PLACA FACIL.

Sistema de Entrepiso Placa Fcil

El sistema constructivo Placa fcil es considerado en Colombia como uno de los

procesos para realizar losas de entrepiso que ofrece mayor rapidez en el proceso

de construccin para dichos elementos estructurales de las viviendas y/o

edificaciones, ya que el desarrollo de la instalacin es fcil de implementar y toma

menos tiempo que una losa de entrepiso tradicional, adems de ser un sistema

econmico que se adapta de forma perfecta a las necesidades de las personas que

construyen su propia vivienda, logrando obtener entrepisos o losas de forma ms

prctica y rpida.

La placa fcil ofrece ciertas ventajas en comparacin de otros sistemas de losas,

entre los cuales se encuentras las siguientes caractersticas:

No requiere formaleta, ya que los bloquelones hacen la funcin de esta.

Montaje rpido y sencillo

Sistema Econmico

Liviano y resistente

No requiere herramientas ni equipo especial para su instalacin

Disponible en depsitos, ferreteras y cadenas de almacenes

de construccin

Calidad en acabados interiores

Se ajusta a cualquier rea

Cumple con la Norma Sismo Resistente Colombiana NSR-10

El sistema placa fcil consta una serie de perfiles metlico o de concreto, que

conforman el soporte estructural de los dems componentes de la solucin, piezas

de arcilla llamado bloquelones que sirven como aligerante o formaleta.

7

El sistema lo complementa la malla de refuerzo y una capa de concreto de5cm de

espesor. Su construccin es sencilla y no demanda formaletas ni mano de obra

especializada.

Los materiales de los cuales se compone la Placa fcil son:

Para 1 metro cuadrado (m2

) de placa fcil son necesarios la siguiente cantidad de

materiales, en base a esto podremos calcular que cantidad vamos a necesitar para

la losa de entrepiso de nuestro proyecto de vivienda.

Perfil de 1.00 m de largo

5 bloquelones

Malla electro soldada de 1 m * 1 m con grafil de 5 mm

1m2 x 0.05m de espesor de Concreto de 3000 psi.

Dimensionamiento de los componentes del entrepiso:

El espesor de la losa, aligerada con bloquelones y de apoyos continuos, cumpliendo los requisitos de (NSR-10 sec. E.5.1.3)y la Tabla E.5.1-1,

donde no ser necesario verificar las deflexiones; entonces: el espesor de la

losa que soporta muros divisorios y particiones frgiles es:

Para apoyos continuos es .. L/18.5

h=

3.10

20 = 0.155m

Por razones constructivas adoptaremos un espesor de losa de 0.16m.

Componentes de la placa fcil:

El perfil metlico, que se utilizara es un Perfil estructural abierto es formado en fro, compuesto por una base de 13 cm con dos aletas de 2,5 cm de

ancho que le dan soporte al bloqueln y dos almas de 9 cm de altura

8

separadas entre s por 8cm, como se puede observar en la siguiente figura.

Estos se espaciaran entre si cada 89 cm.

Figura 1. Perfil placa fcil o duralosa galvanizado de 1.5mm de espesor

Verificacin de la capacidad de carga del perfil:

Como primero anteriormente se escogi y predimensiono un Perfiles placa

fcil galvanizado de 1.5mm de espesor, los cuales tendrn la funcin de

elemento estructural (nervios metlicos), dando soporte al sistema de

aligeramiento con bloquelones, donde la separacin aproximada de perfiles

ser de 89 cm, quese construir como entrepiso de una vivienda unifamiliar.

La losa debe soportar el acabado del piso y particiones de mampostera,

para una carga valorada en la Tabla B.3.4.3-1 de 300kgf/m2

.

9

A partir de la distribucin estructural se usara un mtodo ms exacto de

anlisis manteniendo las cargas aproximadas de la predimension, a fin de

comparar los resultados de las cargas ltimas requeridas (Wu) por perfiles

con las cargas ltimas (Wu) que pueden soportar estos perfiles.

Avalo de Cargas:

Peso propio perfil metlico galvanizado : (4.77kg/m)/0.89m = 5.36kg/m2 Peso bloquelones= 56kg/m2 Placa concreto 300psi (210kg/cm2) : ( 0.05m2400kg/m3) =

120kg/m2

Acabado : segn NSR-10 Tabla B.3.4.3-1 = 160kg/m

2

Particiones : segn NSR-10 Tabla B.3.4.3-1 = 300kg/m

2

Carga muerta (D) :=641.36kg/m2

Carga viva (L) : = 180 kg/m

2

Carga total : =821.36kg/m2

Escogemos la combinacin de carga ms desfavorable deSec. B.2.4, NSR-10

1.2D + 1.6L

Carga mayorada : Wu = (1.2 * 641.36 + 1.6 * 180) = 1,057.63kg/m

2

Verificacin de la luz y carga ultima segn tablas de diseo de perfiles placa fcil de espesor de 1.50mm negro y galvanizado para luces continuas.

Segn tabla para L = 3.10m y espesor de placa de concreto t = 0.05m,

se tiene una carga ultima de 1,650kg/m2

. Donde:

Wu perfil = 1,650kg/m2

>Wu requerido = 1,057.63kg/m2CUMPLE

10

Se recomienda la utilizacin del perfil escogido ya que cumple con los

requisitos estipulados en la NSR -10.

El elemento aligerante, que se adopto esunbloqueln (pieza de arcilla resistente), es til como elemento aligerante, y cumple la funcin de aislante

trmico y acstico.

Con dimensiones del bloqueln de 80 cm de largo, 23 cm de ancho y 8

cm de alto.

El refuerzo de la placa, ser una malla electro soldada con un espesor de 5mm y retculas de 15 cm por 15 cm.

Importante:

Para la elaboracin de los voladizos es necesario colocar doble malla

electrosoldada sobre el rea del voladizo, la cual se extender el doble de

la luz del voladizo.

La placa superior, es en concreto que se debe utilizar segn la norma NSR-10 para el recubrimiento (losa) es de 3.000 psi de resistencia y 5 cm de

altura, con un agregado mximo de 1/2.

2.6 Cimentaciones

Esta cimentacin ser competente para transmitir con seguridad el peso de la

vivienda al suelo, ya que se cuenta con un suelo duro y resistente.

Ya que no se cuenta con un estudio geotcnico, para la obtencin de la licencia de

construccin se logro verificar el comportamientos de casas vecinas, donde se

constato que no se han producidos asentamientos, agrietamientos y

deslizamientos. Concluyndose que el comportamiento de las casas aledaas ha

sido adecuado, contndose as con un terreno firme.

Dimensionamiento de los cimientos:

Las vigas de cimentacin (NSR-10 sec. E.2.2.1): estas vigas tendrn la funcin de transmitir las cargas de los muros de confinamiento, y poder

distribuirlas al suelo de soporte.

Se adopt una seccin de (20cm x 25cm), ya que se proveer zapatas para

transmitir las cargas de las columnas y un refuerzo longitudinal ser de 4

11

barras No 4 (1/2), y un refuerzo transversal con estribos cerrados de No 3 (3/8)espaciados cada 20cm.

Zapatas: se dispondrn zapatas aisladas de 80cm x 80cm de rea en planta y un espesor de 20cm. las cuales anclaran las columnas de confinamiento

para poder transmitir las cargas de estas. Esta irn reforzadas con barras

No 4 (1/2)cada 15cm en las dos direcciones principales.

2.7 Diseo de la Escalera

Uno de los elementos estructurales ms frecuente son las escaleras de tipo losas

simplemente apoyada.

Se diseara una escalera en L de dos tramos inclinados, la cual tendr una altura

libre entre pisos de 2.70m, para subir al segundo piso.

Las dimensiones adoptadas en el plano arquitectnico, de la huella son de 25cm y de contrahuella es de 18cm.

El espesor de la losa maciza inferior inclinada se predimensiona:

t =

3.0m

20 = 0.15m

En cuanto que la pendientes

Tan-1 =

0.18m

0.25m= 0.72 = 35.75

Con estas dimensiones y pendiente se analizan las cargas en kN por m2

de rea en

proyeccin horizontal.

Avalu de cargas del tramo inclinado:

Peso propio losa: ( 0.15*1.00*1.00*24)/cos = 4.44kN/m2 Peso peldao : ( 0.18*0.25/2*1.00*24)/0.25 =

2.16kN/m2

Cielo raso : ( 0.02*1.00*1.00*22)/cos = 0.54kN/m

2

12

Acabado : 0.04*( 0.18+0.25)/0.25*1.00*22 = 1.51kN/m

2

Carga muerta : =8.65kN/m2

Carga viva : = 3.00 kN/m

2

Carga total : =11.65kN/m2

Carga mayorada : wu = (1.4 * 8.65 + 1.6 * 3.00) = 16.91kN/m

2

Reacciones:

RA = R

B=

16.91kN /m2 3.0

2 = 25.37kN

Momento mximo:

M (+) max =

wl2

8 =

16.91 3.02

8 = 19.02kN-m

Determinacion del acero:

b = 1.00m, d = 0.12m, r = 0.03m

K =

19.02kNm

1.00m(0.12m)2 = 1,320.83kN/m

2 = 0.003666

Por lo tanto las armaduras seran:

Armadura longitudinal (As):

As = *b*d = 0.003666* 1.00m * 0.12m = 0.00043992m2 = 439.92mm

2

13

Armadura transversal(At):

At = *b*d = 0.0018 * 1.00m * 0.15m = 0.00027m2 = 270mm2

Separacion de lasbarras:

Enla seccion longitudinal.

Refuerzo inferior

4 c/ 0.25m As = 516mm2 > As (requerido) = 439.92mm2OK

Refuerzosuperior

2 c/ 0.50m As = 258mm2 OK

En la seccin transversal.

3/8 c/ 0.25m As = 284mm2 > As (requerido) = 270mm2OK

Chequeo por cortante:

Coeficiente de carga (U):

U =

=

16.91kN /m2

11.65kN /m2 = 1.45

Vd = RA - W*d = 25.37kN (11.65kN/m2 * 0.12m) = 23.97 kN

Vu = U * Vd = 1.45 * 23.97 kN = 34.76Kn

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Vc= 0.17 * (fc)bw * d

Vc= (0.75)(0.17)(21.1Mpa)(1.00m)(0.12)(1000) = 70.28Kn

Vc> Vu

NOTA:

Como se puede observar el cortante suministrado por el concreto es superior

al cortante actuante en la escalera, podemos definir que el diseo es

satisfactorio, con respecto a los requisitos que estipula la NSR-10.

En los PLANOS ESTRUCTURALES anexos a esta memoria podemos observar el

despiece de las armaduras de los diferentes elementos estructurales, la forma

de colocar las barras en las zonas donde hay traccin ya que se prefiere llevar

el hierro hasta zonas de compresin para proveer una mayor seguridad cuando

la estructura sea solicitada a traccin.