DISEO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO DE VIVIENDA DE ALBAILERA CONFINADA

1. DESCRIPCION

1.1 UbicacinLa 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 estructuraLa estructura a analizar tiene un rea de construccin de 112.00m2, correspondientes a 14.00m de frente y 8.00m de profundidad.1.3 Uso de la estructuraLa 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 SsmicaLa 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.PARMETROSMBOLOVALOR

Coeficiente de AceleracinAa0.35

Coeficiente de SitioS1.2

Coeficiente de ImportanciaI1.0

Altura medida desde la base, de la altura de cubiertahn6.1m

Periodo Fundamental AproximadoTa0.368 seg

Espectro Elstico de DiseoSa0.75

Coeficiente de Disipacin de EnergaR7

1.6 Caractersticas de los materiales empleadosConcreto Armado:Zapatas : concreto f c = 210 kg/cm2Vigas de cimentacin : concreto f c = 210 kg/cm2Columnas : concreto f c = 210 kg/cm2Vigas : concreto f c = 210 kg/cm2Placas : concreto f c = 210 kg/cm2Losas aligerada : concreto f c = 210 kg/cm2Escalera : concreto f c = 210 kg/cm2

Peso Especfico:Concreto simple : 2300kg/m3Concreto armado : 2400kg/m3

Acero:Corrugado estructural : fy = 4200 kg/cm2

Albailera:Resistencia a la compresin de la mampostera : f m = 100kg/cm2Unidad de mampostera (ladrillo) : 12 x 20 x 30 cmMortero tipo : MJuntas : 1 cm

Peso especifico mampostera:

Ladrillo hueco : 1300kg/cm3Ladrillo 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 murosLa 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 libre mxima 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 Figura A.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.3.5-1 NSR-10).

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 = 28.00mLa longitud de los muros confinados en la direccin y = 24.00mLa 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 = = 18.67mLmin = Longitud mnima de muros en cada direccin en (m).Mo = Coeficiente establecido en la Tabla E.3.6-1, para Aa = 0.35 Mo = 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) = 74.67m2.

Tomamos la longitud menor, en la direccin Y = 24.00m > Lmin = 18.67m. Cumple

2.2 Columnas de confinamientoLas 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 240cm2 > 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

El refuerzo longitudinal que se adopto para las columnas es 4 barras NO 4. (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 barra No 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.

2.5 Losa de entrepisoEsta losa est proyectada para soportar cargas por muros divisorios. La cual se construir con un sistema econmico, rpido y seguro llamadoPLACA FACIL.

Sistema de Entrepiso Placa Fcil El sistema constructivoPlaca fcil es considerado en Colombia como uno de los procesos para realizarlosas de entrepisoque ofrece mayorrapidezen el proceso deconstruccin para dichos elementosestructuralesde las viviendas y/o edificaciones, ya que el desarrollo de la instalacines fcil de implementar y toma menos tiempo que una losa de entrepiso tradicional,ademsde ser un sistema econmico que seadaptade forma perfecta a las necesidades de las personas que construyen su propia vivienda, lograndoobtenerentrepisos o losasde forma ms prctica yrpida.Laplacafcil ofrece ciertas ventajas encomparacinde otros sistemas de losas, entre los cuales se encuentras las siguientescaractersticas:

No requiere formaleta, ya que los bloquelones hacen lafuncinde 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 deconstruccin Calidad en acabados interiores Se ajusta a cualquier rea Cumple con la Norma SismoResistenteColombiana 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.

El sistema lo complementa la malla de refuerzo y una capa de concreto de 5cm de espesor. Su construccin es sencilla y no demanda formaletas ni mano de obra especializada.

Los materiales de los cuales secomponelaPlacafcilson:

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.

Perfilde 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 = = 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 separadas entre s por 8 cm, 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, que se 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.

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/m2 Particiones : segn NSR-10 Tabla B.3.4.3-1 = 300kg/m2

Carga muerta (D) : = 641.36kg/m2

Carga viva (L) : = 180 kg/m2

Carga total : = 821.36kg/m2

Escogemos la combinacin de carga ms desfavorable de Sec. B.2.4, NSR-101.2D + 1.6L

Carga mayorada : Wu = (1.2 * 641.36 + 1.6 * 180) = 1,057.63kg/m2

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/m2 CUMPLE

Se recomienda la utilizacin del perfil escogido ya que cumple con los requisitos estipulados en la NSR -10.

El elemento aligerante, que se adopto es un bloqueln (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 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 = = 0.15m

En cuanto que la pendientes Tan-1 = = 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/m2 Acabado : 0.04*( 0.18+0.25)/0.25*1.00*22 = 1.51kN/m2

Carga muerta : = 8.65kN/m2

Carga viva : = 3.00 kN/m2

Carga total : = 11.65kN/m2

Carga mayorada : wu = (1.4 * 8.65 + 1.6 * 3.00) = 16.91kN/m2

Reacciones:

RA = RB = = 25.37kN

Momento mximo:

M (+) max = = = 19.02kN-m

Determinacion del acero:

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

K = = 1,320.83kN/m2 = 0.003666

Por lo tanto las armaduras seran:

Armadura longitudinal (As):

As = *b*d = 0.003666* 1.00m * 0.12m = 0.00043992m2 = 439.92mm2

Armadura transversal (At):

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

Separacion de las barras:

En la seccion longitudinal. Refuerzo inferior 4 c/ 0.25m As = 516mm2 > As (requerido) = 439.92mm2 OK

Refuerzo superior

2 c/ 0.50m As = 258mm2 OK En la seccin transversal.

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

Chequeo por cortante:

Coeficiente de carga (U):U = = = 1.45

Vd = RA - W*d = 25.37kN (11.65kN/m2 * 0.12m) = 23.97 kNVu = U * Vd = 1.45 * 23.97 kN = 34.76KnVc = 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.