ALBAÑILERIACONFINADA

INTRODUCCION

ASPECTOS GENERALESASPECTOS GENERALES Las edificaciones de mediana altura que más abundan Las edificaciones de mediana altura que más abundan

en nuestro medio, son estructuradas por muros de en nuestro medio, son estructuradas por muros de albañilería confinada o por muros de albañilería albañilería confinada o por muros de albañilería reforzada interiormente (Fig.1). El comportamiento reforzada interiormente (Fig.1). El comportamiento sísmico de estas edificaciones depende mucho de sísmico de estas edificaciones depende mucho de la calidad de los materiales empleados y de la técnica la calidad de los materiales empleados y de la técnica constructiva empleada.constructiva empleada.

• Fig. 1. Albañilería Confinada (izquierda) y Albañilería Armada (derecha).

REQUISITOS ESTRUCTURALES MÍNIMOS

MURO PORTANTEMURO PORTANTEa)a)espesor Efectivo espesor Efectivo ““tt””.. El espesor efectivo mEl espesor efectivo míínimo sernimo seráá::

t t ≥ ≥ h h Para las Zonas S Para las Zonas Síísmicas 2 y 3 smicas 2 y 3 2020t t ≥ ≥ h h Para la Zona S Para la Zona Síísmica 1smica 12525

b) Esfuerzo Axial Máximob) Esfuerzo Axial Máximo. El esfuerzo axial . El esfuerzo axial máximo ( σ máximo ( σ m m ) producido por la carga de ) producido por la carga de gravedad máxima de servicio (gravedad máxima de servicio (PmPm), ), incluyendo el 100% de sobrecarga, será incluyendo el 100% de sobrecarga, será inferior a:inferior a:

ESTRUCTURACIÓN EN PLANTA

Los muros ubicados en el perímetro de la edificación son importantes porque proporcionan rigidez torsional al edificio. Un muro que absorba más del 10% de la fuerza sísmica es importante, porque de agrietarse perdería gran parte de su rigidez lateral, haciendo trabajar en exceso al resto de muros.

a) Muros a Reforzar

b) Densidad Mínima de Muros Reforzados. La densidad mínima de muros portantes a reforzar en cada dirección

del edificio se obtendrá mediante la siguiente expresión:

Donde: “Z”, “U” y “S” corresponden a los factores de zona sísmica, importancia y de suelo, respectivamente, especificados en la NTE E.030Diseño Sismo resistente.“N” es el número de pisos del edificio;“L” es la longitud total del muro (incluyendo columnas, sí existiesen); y,“t” es el espesor efectivo del muro

DEFINICIONESDEFINICIONES  

Para los propósitos la Norma se utilizará las siguientes Para los propósitos la Norma se utilizará las siguientes definiciones: definiciones: 

a) a) SISMO SEVERO.SISMO SEVERO.

Es aquél proporcionado por la NTE E.30 Es aquél proporcionado por la NTE E.30 Diseño Sismo resistente, empleando un coeficiente Diseño Sismo resistente, empleando un coeficiente de reducción de la solicitación sísmica R = 3.de reducción de la solicitación sísmica R = 3.

b) b) SISMO MODERADO.SISMO MODERADO. Es aquél que Es aquél que proporciona fuerzas de inercia equivalente a la proporciona fuerzas de inercia equivalente a la mitad de los valores producidos por el “sismo mitad de los valores producidos por el “sismo severo”.severo”.

ANÁLISIS ESTRUCTURALANÁLISIS ESTRUCTURAL

1.- 1.- El análisis estructural de los edificios de albañilería El análisis estructural de los edificios de albañilería se realizará por métodos elásticos teniendo en cuenta se realizará por métodos elásticos teniendo en cuenta los efectos causados por las cargas muertas, las los efectos causados por las cargas muertas, las cargas vivas y el sismo. La carga gravitacional para cargas vivas y el sismo. La carga gravitacional para cada muro podrá ser obtenida por cualquier método cada muro podrá ser obtenida por cualquier método racional.racional.

Para ser consecuente con el método elástico de Para ser consecuente con el método elástico de análisis estructural, es aconsejable analizar a la análisis estructural, es aconsejable analizar a la edificación sometiéndola a la acción del “sismo edificación sometiéndola a la acción del “sismo moderado” con R = 6. No es conveniente realizar el moderado” con R = 6. No es conveniente realizar el análisis con el sismo severo porque podría obtenerse análisis con el sismo severo porque podría obtenerse cortantes (Vu) que superen a la resistencia al cortantes (Vu) que superen a la resistencia al agrietamiento diagonal (Vm) del muroagrietamiento diagonal (Vm) del muro

2.-2.- Para el cálculo de la rigidez de los muros, se Para el cálculo de la rigidez de los muros, se agregará a su sección transversal el 25% de la sección agregará a su sección transversal el 25% de la sección transversal de aquellos muros que concurran transversal de aquellos muros que concurran ortogonalmente al muro en análisis ó 6 veces su espesor, ortogonalmente al muro en análisis ó 6 veces su espesor, lo que sea mayor. Cuando un muro transversal concurra a lo que sea mayor. Cuando un muro transversal concurra a dos muros, su contribución a cada muro no excederá de la dos muros, su contribución a cada muro no excederá de la mitad de su longitud.mitad de su longitud.

La rigidez lateral de un muro confinado deberá evaluarse La rigidez lateral de un muro confinado deberá evaluarse transformando el concreto de sus columnas de transformando el concreto de sus columnas de confinamiento en área equivalente de albañilería, confinamiento en área equivalente de albañilería, multiplicando su espesor real por la relación de módulos multiplicando su espesor real por la relación de módulos de elasticidadde elasticidad

SECCION TRANSFORMADA

I=Momento de inerciaA=Area axial (transformada)f=Factor de forma (A/área del alma)G=modulo de corte(0.4E)E=modulo de elasticidad albañileria(500fm)

Control de FisuraciónControl de Fisuración

Para todos los muros de albañilería deberá verificarse Para todos los muros de albañilería deberá verificarse que en cada entrepiso se satisfaga la siguiente que en cada entrepiso se satisfaga la siguiente expresión que controla la ocurrencia de fisuras por expresión que controla la ocurrencia de fisuras por corte:corte:

donde: “Ve” es la fuerza cortante producida por el “sismo donde: “Ve” es la fuerza cortante producida por el “sismo moderado” en el muro en análisis y “ Vm ” es la fuerza moderado” en el muro en análisis y “ Vm ” es la fuerza cortante asociada al agrietamiento diagonal de la cortante asociada al agrietamiento diagonal de la albañileríaalbañilería

Resistencia al Agrietamiento DiagonalResistencia al Agrietamiento Diagonal

La resistencia al corte (La resistencia al corte ( Vm Vm ) de los muros de albañilería se calculará ) de los muros de albañilería se calculará en cada entrepiso mediante las siguientes expresiones:en cada entrepiso mediante las siguientes expresiones:

Unidades de Arcilla y de ConcretoUnidades de Arcilla y de Concreto

Unidades de Silico-calcareasUnidades de Silico-calcareas

vm vm == resistencia característica a corte de la albañileríaresistencia característica a corte de la albañilería

Pg =Pg = carga gravitacional de servicio, con sobrecarga carga gravitacional de servicio, con sobrecarga reducida (NTE E.030 Diseño Sismo resistente)reducida (NTE E.030 Diseño Sismo resistente)

t =t = espesor efectivo del muro (ver artículo 3.13)espesor efectivo del muro (ver artículo 3.13)

L =L = longitud total del muro (incluyendo a las longitud total del muro (incluyendo a las columnas en el columnas en el caso de muros confinados)caso de muros confinados)

α α == factor de reducción de resistencia al corte por factor de reducción de resistencia al corte por efectos de esbeltez, calculado como:efectos de esbeltez, calculado como:

““Ve ” es la fuerza cortante del muro Ve ” es la fuerza cortante del muro obtenida del análisis elástico; y, “ obtenida del análisis elástico; y, “ M e ” es el momento flector del M e ” es el momento flector del muro obtenido del análisis muro obtenido del análisis elástico.elástico.

Verificación de la resistencia al corte del edificioVerificación de la resistencia al corte del edificio  

Con el objeto de proporcionar una adecuada resistencia y rigidez al edificio, en Con el objeto de proporcionar una adecuada resistencia y rigidez al edificio, en cada entrepiso "i" y en cada dirección principal del edificio, se deberá cumplir cada entrepiso "i" y en cada dirección principal del edificio, se deberá cumplir que la resistencia al corte sea mayor que la fuerza cortante producida por el que la resistencia al corte sea mayor que la fuerza cortante producida por el sismo severo, es decir que:sismo severo, es decir que:

Cabe resaltar que la resistencia a corte y la rigidez de los edificios de Cabe resaltar que la resistencia a corte y la rigidez de los edificios de albañilería, depende directamente de la densidad de muros. albañilería, depende directamente de la densidad de muros. 

Cuanto menor sea la densidad de muros, la demanda de ductilidad será Cuanto menor sea la densidad de muros, la demanda de ductilidad será excesiva y cuanto mayor sea la densidad, el edificio podría comportarse excesiva y cuanto mayor sea la densidad, el edificio podría comportarse elásticamente incluso ante sismos severos e incluso sin la presencia de elásticamente incluso ante sismos severos e incluso sin la presencia de refuerzo, tal como lo demuestran numerosos edificios antiguosrefuerzo, tal como lo demuestran numerosos edificios antiguos

ALBAÑILERÍA CONFINADAALBAÑILERÍA CONFINADA

a)a) Se aplican para edificaciones hasta de cinco pisos o 15 m de Se aplican para edificaciones hasta de cinco pisos o 15 m de altura. altura. 

b) Para este tipo de edificaciones se ha supuesto que la falla b) Para este tipo de edificaciones se ha supuesto que la falla final se produce por fuerza cortante en los entrepisos bajos final se produce por fuerza cortante en los entrepisos bajos del edificio. El diseño de los muros debe orientarse a evitar del edificio. El diseño de los muros debe orientarse a evitar fallas frágiles y a mantener la integración entre el panel de fallas frágiles y a mantener la integración entre el panel de albañilería y los confinamientos verticales, evitando el albañilería y los confinamientos verticales, evitando el vaciamiento de la albañilería; para tal efecto el diseño debe vaciamiento de la albañilería; para tal efecto el diseño debe comprender:  comprender:  

- La verificación de la necesidad de refuerzo horizontal en - La verificación de la necesidad de refuerzo horizontal en el muro;el muro;

- La verificación del agrietamiento diagonal en los - La verificación del agrietamiento diagonal en los entrepisos superiores.entrepisos superiores.

- El diseño de los confinamientos para la combinación de - El diseño de los confinamientos para la combinación de de corte, compresión o tracción y corte fricción.de corte, compresión o tracción y corte fricción.

c)c) Las fuerzas internas para el diseño de los muros en Las fuerzas internas para el diseño de los muros en cada entrepiso “i” serán las del “sismo cada entrepiso “i” serán las del “sismo severo”( Vsevero”( Vuiui,,Muí Muí ), y se obtendrán amplificando los ), y se obtendrán amplificando los valores valoresobtenidos del análisis elástico ante el “sismo obtenidos del análisis elástico ante el “sismo moderado” (moderado” (Vei Vei ,,Mei Mei ) por la) por larelación cortante de agrietamiento diagonal (relación cortante de agrietamiento diagonal (V V 11m m ) ) entre cortante producido por  entre cortante producido por  

el “sismo moderado” (el “sismo moderado” (V V 11e e ), ambos en el primer ), ambos en el primer piso. El factor de amplificaciónpiso. El factor de amplificaciónno deberá ser menor que dos ni mayor que tres:no deberá ser menor que dos ni mayor que tres:

Verificación de la necesidad de colocar refuerzo Verificación de la necesidad de colocar refuerzo horizontal en los muroshorizontal en los muros

En las edificaciones con menos de tres pisos puede En las edificaciones con menos de tres pisos puede obviarse el empleo de refuerzo horizontal, incluso si el obviarse el empleo de refuerzo horizontal, incluso si el muro se agrieta diagonalmente, salvo que el esfuerzo muro se agrieta diagonalmente, salvo que el esfuerzo axial producido por las cargas verticales exceda de axial producido por las cargas verticales exceda de 0.05 f´m0.05 f´m

Todo muro confinado cuyo cortante bajo sismo severo Todo muro confinado cuyo cortante bajo sismo severo sea mayor o igual a su resistencia al corte llevara sea mayor o igual a su resistencia al corte llevara refuerzo horizontalrefuerzo horizontal

Verificación del agrietamiento diagonal en los Verificación del agrietamiento diagonal en los entrepisos superioresentrepisos superiores

En cada entrepiso superior al primero (En cada entrepiso superior al primero (i i > 1) > 1) 

deberá verificarse para cadadeberá verificarse para cadamuro confinado que:muro confinado que:

Vmi Vmi > V> Vuiui

De no cumplirse esta condición, el entrepiso “ De no cumplirse esta condición, el entrepiso “ i i ” también se agrietará y sus confinamientos ” también se agrietará y sus confinamientos deberán ser diseñados para soportar “deberán ser diseñados para soportar “Vmi Vmi ”, ”, en forma similar al primer entrepiso.en forma similar al primer entrepiso.

Diseño de las columnas de confinamientoDiseño de las columnas de confinamiento

Las fuerzas internas en las columnas se obtendrán Las fuerzas internas en las columnas se obtendrán aplicando las expresiones de la Tablaaplicando las expresiones de la Tabla

Para el instante de máximo agrietamiento diagonal, puede Para el instante de máximo agrietamiento diagonal, puede asumirse que las columnas absorben el 100% de la carga asumirse que las columnas absorben el 100% de la carga vertical, con lo cual, Pc = Pg / Nc + Pt. Cabe indicar que en vertical, con lo cual, Pc = Pg / Nc + Pt. Cabe indicar que en las columnas de confinamiento el momento flector es las columnas de confinamiento el momento flector es despreciable (sólo existe cortante “Vc”, tracción “T” y despreciable (sólo existe cortante “Vc”, tracción “T” y compresión “C”), porque estas columnas no pueden compresión “C”), porque estas columnas no pueden deformarse por flexión en el plano del muro al estar deformarse por flexión en el plano del muro al estar integradas a la albañilería integradas a la albañilería

-- Determinación de la sección de concreto de la columna de -- Determinación de la sección de concreto de la columna de confinamiento confinamiento

El área de la sección de las columnas será la mayor de las que El área de la sección de las columnas será la mayor de las que proporcione el diseño por compresión o el diseño por corte fricción, pero no proporcione el diseño por compresión o el diseño por corte fricción, pero no menor que 15 veces el espesor de la columna (15 t) en cm2.menor que 15 veces el espesor de la columna (15 t) en cm2.

Diseño por compresiónDiseño por compresión

Se ha asumido que la columna de confinamiento es un elemento sin Se ha asumido que la columna de confinamiento es un elemento sin esbeltez, ya que se encuentra restringida de pandear por la albañilería; en esbeltez, ya que se encuentra restringida de pandear por la albañilería; en este caso, se trata de evitar la falla por aplastamiento del núcleo de este caso, se trata de evitar la falla por aplastamiento del núcleo de concreto (An). Cabe señalar que para que la albañilería (cuerpo blando) falle concreto (An). Cabe señalar que para que la albañilería (cuerpo blando) falle por aplastamiento, es necesario que primero se triture la columna (cuerpo por aplastamiento, es necesario que primero se triture la columna (cuerpo duro).duro).

= 0,7 o 0,75, según se utilice estribos cerrados o zunchos, = 0,7 o 0,75, según se utilice estribos cerrados o zunchos, respectivamenterespectivamente

Diseño por corte-fricción ( Diseño por corte-fricción ( Vc Vc ))

La sección transversal (ALa sección transversal (Acf cf ) de las ) de las columnas de confinamiento se diseñará columnas de confinamiento se diseñará para soportar la acción de corte fricción, para soportar la acción de corte fricción, con la expresión siguiente:con la expresión siguiente:

Donde Donde =0.85=0.85

Determinación del refuerzo verticalDeterminación del refuerzo vertical

El refuerzo vertical a colocar en las columnas de El refuerzo vertical a colocar en las columnas de confinamiento será capaz de soportar la acción confinamiento será capaz de soportar la acción combinada de corte-fricción y tracción; adicionalmentecombinada de corte-fricción y tracción; adicionalmente

El coeficiente de fricciEl coeficiente de friccióón es:n es: µµ = = 0 8,0 8, para juntas sin tratamiento y para juntas sin tratamiento y µµ = = 1 0,1 0, para juntas en la que se haya eliminado la para juntas en la que se haya eliminado la

lechada lechada de cemento de cemento y sea intencionalmente y sea intencionalmente rugosa.rugosa.

Determinación de los estribos de Determinación de los estribos de confinamientoconfinamiento  

Los estribos de las columnas de Los estribos de las columnas de confinamiento podrán ser ya sea confinamiento podrán ser ya sea estribos cerrados con gancho a estribos cerrados con gancho a 135o, estribos de 1 ¾ de vuelta o 135o, estribos de 1 ¾ de vuelta o zunchos con ganchos a 180º. En zunchos con ganchos a 180º. En los extremos de las columnas, en los extremos de las columnas, en una altura no menor de 45 cm o una altura no menor de 45 cm o 1,5 d (por debajo o encima de la 1,5 d (por debajo o encima de la solera, dintel o sobrecimiento)solera, dintel o sobrecimiento)

Se colocara el menor en la distancia no Se colocara el menor en la distancia no menor de 45 cm o 1,5 d menor de 45 cm o 1,5 d

Diseño de las vigas soleras correspondientes al 1er nivelDiseño de las vigas soleras correspondientes al 1er nivel

La solera se diseñará a tracción pura para soportar una La solera se diseñará a tracción pura para soportar una fuerza igual a fuerza igual a T T ::

Las vigas soleras no necesitan diseñarse a fuerza cortante, debido a que los pisos superiores proporcionan una gran área de corte vertical. Por ello, la sección transversal de la solera puede ser la suficiente como para alojar al refuerzo longitudinal

Diseño de los pisos superiores no agrietadosDiseño de los pisos superiores no agrietados  

Las columnas extremas de los pisos superiores Las columnas extremas de los pisos superiores deberán tener un refuerzo vertical (Adeberán tener un refuerzo vertical (Ass) capaz de ) capaz de absorber la tracción “ absorber la tracción “ T T ” producida por el momento ” producida por el momento flector actuante en el piso en flector actuante en el piso en estudio, asociado al instante en que se origine el estudio, asociado al instante en que se origine el agrietamiento diagonal del primer entrepiso. agrietamiento diagonal del primer entrepiso. 

=0.9

El área del núcleo (An ) correspondiente a las columnas extremas de confinamiento, deberá diseñarse para soportar la compresión “C”. Para obtener el área de concreto ( Ac), deberá agregarse los recubrimientos al área del núcleo “An ”:

donde: φ = 0,7 o 0,75, según se emplee estribos cerrados o zunchos, respectivamente.δ = 0 ,8 para columnas sin muros transversalesδ = 1 para columnas confinadas para muros transversales

Las columnas internas podrán tener refuerzo Las columnas internas podrán tener refuerzo mínimo. mínimo. 

Las soleras se diseñarán a tracción con una fuerza Las soleras se diseñarán a tracción con una fuerza igual a “ Tigual a “ Ts s ”:”:

Tanto en las soleras como en las columnas de Tanto en las soleras como en las columnas de confinamiento, podrá colocarse estribos mínimos: [] confinamiento, podrá colocarse estribos mínimos: [] ¼”, 1 @ 5, 4@ 10, r @ 25 cm.¼”, 1 @ 5, 4@ 10, r @ 25 cm.