INGENIERIA ANTISISMICA

UNSCH

ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA VIVIENDA

UNIFAMILIAR – COMERCIAL DE

ALBAÑILERIA CONFINADA

Estructuración

Predimensionamiento

Alumno: Quispe Jayo, Fidel Antonio

Ing.Magist. Yachapa Condeña, Rubén Américo

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Universidad Nacional San Cristóbal de

Huamanga

INGENIERIA CIVIL

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INDICE GENERAL

I.- Descripción del proyecto _________________________________________________ 3

I. Ubicación: __________________________________________________________________ 3

II.- Características Geométricas: __________________________________________________ 3

III. Características de los Materiales: ______________________________________________ 3

IV. Arquitectura: ______________________________________________________________ 4

V. Características Estructurales. __________________________________________________ 4

II.- Estructuración _________________________________________________________ 7

2.1.- Definición ________________________________________________________________ 7

2.2. Concepción estructural______________________________________________________ 7

2.3 criterios de estructuración ___________________________________________________ 7

2.3.1 muro confinado ________________________________________________________________ 7

2.3.2. Confinar muros perimetrales. _____________________________________________________ 9

2.3.3. Cantidad de muros en las dos direcciones por carga sísmica. ____________________________ 9

2.3.4. Elección del espesor del muro por carga vertical. ____________________________________ 10

2.3.5. Disposición simétrica de muros en ambas direcciones en planta. ________________________ 10

2.3.6. Continuidad de muros en elevación _______________________________________________ 11

2.3.7. Dintel o viga solera corrida. _____________________________________________________ 12

2.3.8. Conexión columna de amarre con muro. ___________________________________________ 12

III.- Predimensionamiento _________________________________________________ 13

3.1.- Predimensionamiento _____________________________________________________ 13

3.1.1. Muros portantes de ladrillo. _____________________________________________________ 13

3.1.2. Losas aligeradas unidireccionales. ________________________________________________ 14

3.1.3. Vigas _______________________________________________________________________ 16

3.1.4. Elementos de confinamiento (columnas de amarre y vigas soleras) ______________________ 17

3.1.5. Escaleras ____________________________________________________________________ 19

Conclusiones ____________________________________________________________ 21

Bibliografia _____________________________________________________________ 21

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I.- Descripción del proyecto

I. Ubicación:

Departamento : Ayacucho

Provincia : Huamanga

Distrito : Ayacucho

II.- Características Geométricas:

Número de Pisos: : 3 pisos

Área promedio de piso : 174.442 m2

Altura de Piso a Techo : h = 2.70 m

Losa Aligerada : t = 0.20 m

Alfeizar y parapetos en la azotea : h = 1.00 m

Garganta de escalera : t = 0.12 m

Paso de la escalera : t = 0.19 m

Contrapaso de la escalera : t = 0.25 m

III. Características de los Materiales: Concreto

f’c : 210 kg/cm2 (Para estimación inicial)

Módulo de Elasticidad de Conc. : 15000(f’c) ^0.5 = 217370.6512 kg/cm2

Peso Esp. C. : 2.4 Ton/m3

Acero

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

f´m : 65 kg/cm2

Em : 500f’m = 32500 kg/cm2

Peso Esp. Alba. : 1800 kg/m3

Mortero : 1:4 * La norma recomienda que el valor de f´c mínimo del concreto es de 175 kg/cm2 para elementos de confinamiento (Art. 9.1.) para un análisis de albañilería confinada.

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IV. Arquitectura: El proyecto está destinado a ser usada como comercio y uso unifamiliar, contando con 3 pisos los cuales están destinados de esta manera:

Primer Piso : Comercio y Unifamiliar

Segundo piso : comercio y unifamiliar

Tercer Piso : comercio

La edificación en el primer nivel; cuenta con 04 ambientes para tienda cada uno con sus respectivos accesos, 01 acceso a la vivienda unifamiliar y 01 escalera de acceso al segundo nivel; en el segundo nivel cuenta con dormitorios y zona comercial independientes; en el tercer nivel cuenta en toda su área una zona comercial, posee una escalera común que une los tres niveles, una escalera que une el primer y segundo nivel en el área de vivienda, también posee una escalera caracol que une los tres niveles, cada piso cuenta con los servicios necesarios, posee áreas libres que funcionan como ventilación e iluminación.

V. Características Estructurales.

Tipo de estructura : Albañilería confinada

Sistema de techado : Losa aligerada unidireccional.

Escalera : 2 por cada nivel y 01 tipo caracol.

A continuación mostramos un esquema de todos los pisos:

Figura 1. Plano de Proyecto 1er piso

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Figura 2. Plano de Proyecto 2do piso

Figura 3. Plano de Proyecto 3er piso

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Figura 4. Elevación frontal

Figura 5. Elevación lateral

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II.- Estructuración

2.1.- Definición Es el proceso que consiste en definir con claridad todos los elementos del edificio; llámese

estos cimentación, muros de albañilería, placas, columnas, vigas, losas o techos y escaleras de

concreto armado.

Para una buena estructuración es indispensable la participación conjunta del ingeniero

estructural, del arquitecto, de los ingenieros de instalaciones eléctricas y sanitarias, etc, con la

finalidad de definir la disposición de los ambientes (geometría) y las características que debe

tener los diferentes elementos estructurales de tal manera que el edificio sea funcional, seguro y

económico.

De no intervenir en esta etapa el ingeniero civil, el arquitecto será el que decida el esquema

estructural, es decir, elegirá las dimensiones y ubicación de los elementos resistentes como son:

muros, losas, columnas, placa, etc.

2.2. Concepción estructural Concepción estructural implica saber decidir las principales características de la estructura tales

como: su forma, la ubicación de los elementos resistentes y el detallado básico.

En las edificaciones de albañilería confinada los muros estas distribuidos en las dos direcciones

ortogonales principales de la edificación y están unidos por los entrepisos y las losas de

concreto armado.

En el sistema estructural, las cargas de gravedad con resistidas por los muros, además de su

peso propio, cargan las losas de los techos, por ello se les denomina “portantes”.

Igualmente las fuerzas horizontales que se generan por un sismo son resistidas por un

mecanismo de muros de corte conectadas entre si por diafragmas indeformables que reparten

las fuerzas cortantes de cada nivel en proporción a la rigidez lateral de cada muro.

2.3 criterios de estructuración La primera etapa del diseño de una edificación de albañilería confinada corresponde a la

estructuración, que en este tipo de construcción es totalmente dependiente de la solución

arquitectónica, ya que los elementos resistentes son justamente los muros que determinan el

uso del espacio interno.

2.3.1 muro confinado

Para que un muro se considere confinado, será obligatorio que la albañilería esté rodeada en

todo su perímetro por elementos de concreto armado. Los elementos verticales se llaman

columnas de amarre y las horizontales vigas soleras.

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La distancia máxima de columnas de amarre debe ser menor o igual al doble de la altura entre

vigas solera llamada también viga collar; caso contrario, se corre el riesgo de que aparezcan

grietas en la pared central.

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2.3.2. Confinar muros perimetrales.

Debido a que los muros perimetrales aportan la mayor rigidez torsional, se recomienda

proporcionarles elementos de confinamientos sobre todo en aquellos que absorben más del

10% del cortante basal.

2.3.3. Cantidad de muros en las dos direcciones por carga sísmica.

La fuerza lateral debido al sismo puede presentarse en cualquiera de las direcciones del edificio

y, en consecuencia, se debe tener elementos resistentes dispuestos a lo largo de las dos

direcciones en cantidades suficientes, de tal manera que tenga rigidez lateral y resistencia.

En el caso de estructuras de albañilería confinada, son los muros los que proporcionaran la

rigidez y resistencia deseada. Dichos muros tienen que estar confinados por elementos de

concreto armado llamados “columnas de amarre” y “vigas soleras”.

Tomando en consideración los nuevos coeficientes sismos, de la norma sismo resistente E-030

podemos recomendar un criterio aproximado que ayuda a establecer las dimensiones

aproximadas de estos muros en la etapa de anteproyecto arquitectónico y pre

dimensionamiento estructural.

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2.3.4. Elección del espesor del muro por carga vertical.

Debemos verificar para cada muro si por carga vertical su espesor es suficiente o se necesita

aumentar.

De acuerdo a la norma técnica de edificación E-070 la expresión para calcular el esfuerzo

admisible para carga vertical es:

Se concluye que la norma a limitado el esfuerzo admisible a compresión axial en promedio

aproximadamente a su 15%.

2.3.5. Disposición simétrica de muros en ambas direcciones en planta.

Para que la edificación de albañilería sea resistente al terremoto es necesario que funciones

como un cuerpo monolítico; para lo cual se deberán conectar todos los muros portantes entre

sí, en su parte superior por medio de vigas soleras y la losa del techo.

Las fuerzas de sismo se podrán idealizar actuando en el centro de masas de cada piso, mientras

las fuerzas que absorben los elementos estarán ubicadas en el centro de rigidez; si la

distribución de muros esta desbaleanceada,es decir,concentrda en un sector del edificio;

entonces la distancia entre el centro de masa y el centro de rigidez será mayor, originando que

el terremoto no solo ocasione un movimiento de traslación si no adicionalmente giro en la

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planta estructural (torsión), la cual hace que en determinados muros se concentren

excesivamente las fuerzas cortante.

2.3.6. Continuidad de muros en elevación

Es recomendable que los muros sean continuos en elevaciones es decir nacer en el primer piso

y continuar hasta el último, de esta manera se logra una adecuada transmisión de esfuerzos.

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2.3.7. Dintel o viga solera corrida.

Los dinteles constituyen un obstáculo constructivo y generan concentraciones; salvo que se

conviertan en vigas soleras corridas, como parte del diafragma rígido horizontal, a lo largo de

todos los muros.

2.3.8. Conexión columna de amarre con muro.

En el caso de albañilería confinada la columna de amarre debe llenarse con posterioridad al

asentado de las unidades de albañilería y de preferencia durante el proceso constructivo, debe

dejarse indentaciones de medios ladrillos en hiladas alternadas en los dos bordes verticales del

paño, de esta manera, tanto la columna de amarre con la albañilería, trabajara como una sola

unidad.

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III.- Predimensionamiento

3.1.- Predimensionamiento En este capítulo se indican los criterios y recomendaciones tomados para el

predimensionamiento de los elementos estructurales, basados en la experiencia de otros

proyectos y los requerimientos de la Norma de Concreto Armado E.060 y la de Albañilería

E.070.

3.1.1. Muros portantes de ladrillo.

De acuerdo a la norma técnica de edificación E-070, el espesor efectivo (t) del muro en

función de su altura efectiva (h) viene dada por la siguiente expresión:

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3.1.2. Losas aligeradas unidireccionales.

El armado del techo siempre se hará en el sentido de la menor dimensión entre apoyos.

Dependiendo de las luces de los ambientes a techar y para sobrecargas normales del orden

máximo de 300 a 350 kg/cm2, el espesor de los aligerados unidireccionales podrá ser

dimensionado considerando los valores dados en la tabla N° 1.

Tabal N° 1. Espesor de losa según luz libre.

“e” expresa el espesor total de la losa aligerada y, por lo tanto, incluye los 5cm de la losita

superior y el espesor del ladrillo de techo.

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Tabla N° 2. Espesor de la losa según el peso propio

Fuente. RNE Norma E-020.

También podemos aplicar la siguiente expresión dada por el reglamento nacional de

construcciones vigente:

Luz libre.

Datos del plano: luz libre mayor. L = 380 cm

𝑝𝑒𝑟𝑎𝑙𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠𝑎 𝑒 𝑐𝑚

𝑒 8 𝑐𝑚

𝑐𝑚 𝑜𝑘

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3.1.3. Vigas

En construcciones 100% de albañilería confinada las vigas no están solicitadas por el sismo; ya

que los muros son los que toman la totalidad de los esfuerzos producidos por este.

Para efectos de carga muerta podemos pre dimensionar las vigas de la siguiente manera:

Para el caso en voladizo:

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Datos del plano: muro crítico, longitud Eje B-B entre 3 y 4.

3.1.3.1. Vigas dinteles

Las vigas dinteles se encuentran ubicadas en los vanos correspondientes a las puertas y

ventanas, tienen un peralte de 0.30 m y un ancho igual al de los muros colindantes (0.15 m en

el caso de albañilería confinada)

3.1.3.2. Vigas chatas

Las vigas chatas tendrán un diseño simple con el mismo espesor de la losa y ancho suficiente

para albergar el acero mínimo (0.15 x 0.20). Servirán únicamente para cerrar los paños

correspondientes a la losa aligerada.

3.1.4. Elementos de confinamiento (columnas de amarre y vigas soleras)

Según la NTE E-070 las columnas de amarre y vigas soleras tendrán un área mínima de

concreto de 20t cm2, donde “t” es el espesor efectivo del muro.

𝑐𝑚

𝑏 𝑐𝑚

𝑐𝑚

8 𝑐𝑚 𝑜𝑘

≤ 𝑏 ≤

9 𝑐𝑚 ≤ 𝑐𝑚 ≤ 𝑐𝑚

Datos del plano:

Además que la base debe ser mayor o igual a 0.25 m para vigas sismo resistentes, b = 25 cm

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Datos del plano:

Fig. Cuadro de vigas

( )

( )

Columna de amarre 30x15 cm

A = 450 cm2

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*si por el criterio de dimensionamiento por carga vertical se va usar el sistema mixto de

pórticos y muros de corte, el cual permite que los momentos en las columnas debido a sismo

se reduzcan muy considerablemente. Para este tipo de edificio se recomiendan los siguientes

criterios de predimensionamiento.

Columnas centrales: ( )

Columnas exteriores o esquineras: ( )

3.1.5. Escaleras

3.1.5.1 dimensionamiento

Ln = luz libre horizontal (cm)

P = Ancho del paso (cm)

C = altura del contrapaso (cm)

e = espesor de garganta (cm)

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Anchos Mínimos:

Viviendas……….. 1.00 m Secundarios……… 0.80 m Servicio……………. 0.70 m Edificios………….. 1.20 m

( )

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Se considera un e=12 cm, en la garganta de la escalera para una mejor distribución de acero en

el concreto

De los planos de arquitectura del proyecto se tienen pasos de P= 0.25 m de longitud. Además

la escalera cuenta con 15 contra pasos cuya altura se define a continuación:

9 9

Se debe cumplir la siguiente expresión:

≤ ≤

≤ ( 9) ≤

≤ ≤

Por lo tanto, se aceptan las dimensiones indicadas para los elementos de la escalera.

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Conclusiones

Se ha buscado una disposición apropiada de los distintos elementos resistentes,de tal forma que la estructura sea capaz de soportar todas las solicitaciones a las que sea sujeta en su vida útil y a la vez sea también estética, funcional y económica.

La estructuración sirve principalmente para facilitar el diseño posterior ya que nos aseguraremos que las rigideces sean similares en ambos sentidos del sismo

Algunos criterios de predimensionamiento cambian de acuerdo al sistema estructural elegido por el autor, sería recomendable usar aquellos que toman factores sísmicos o que sean de estudios recientes y confiables.

El predimensionamiento de zonas críticas determinará las dimensiones de las demás zonas en nuestra edificación para que nuestra estructura se acerque a la simetría.

Por lo demás se han adoptado las recomendaciones de los autores del diseño estructural, aunque en algunos casos se han cambiado las condiciones de las fórmulas planteadas a nuestra realidad peruana mediante el RNE vigente.

Bibliografia

Abanto F. “analisis y diseño de edificaciones de albañilería”, editorial san marcos, 4°ta

impresión, Lima: 2013.

Hernández L. “diseño estructural de un edificio de vivienda de albañilería confinada”,

tesis para optar el título de ingeniería civil, PUCP, lima: 2012.

Blanco A. “estructuración y diseño de edificaciones de concreto armado”, consejo

departamental de lima.