DISEÑO ANTISÍSMICO - ALBAÑILERÍA ESTRUCTURAL

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    25-Jul-2015
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<p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DEL PERFACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERAALBAILERIA ESTRUCTURAL</p> <p>TAREA ACADEMICA 01DOCENTE TEMA : : Ing. DANIEL QUIUN Anlisis Estructural de un Edificio de Albailera Confinada. 02 - MARTNEZ AGURTO, JORGE JUNIOR - MURILLO PEREA, JOSE ALBERTO - BAUTISTA CAQUI, BRIAN NCOLA - VILLENA FERNANDEZ, JAFFET</p> <p>GRUPO ALUMNOS</p> <p>: :</p> <p>20123329 20070205 20072305 20074517</p> <p>LIMA- PER 2012</p> <p>1</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>INDICE Pg.1) Introduccin 2) Informacin general 3) Planta Tpica 4) Caractersticas de los Materiales 5) Cargas unitarias 6) Estructuracin 7) Predimensionamiento 8) Metrado de cargas 3 3 4 5 5 6 8 12</p> <p>9) Anlisis ante el sismo moderado</p> <p>20</p> <p>10) Diseo por sismo moderado, resistencia al corte global, fuerzas internas ante el sismo severo y verificacin del agrietamiento en pisos superiores. 37 11) Diseo de los Muros Agrietados por Corte</p> <p>41</p> <p>2</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>1). INTRODUCCION El presente trabajo consiste en la aplicacin de la Norma E070 a un edificio de 4 pisos de albailera confinada, destinado al uso de vivienda, ubicado en Lima, sobre un tipo de suelo intermedio (S2 N.E.030). Este primer informe abarca bsicamente el anlisis estructural, que comprende: Estructuracin, predimensionamiento, Metrado de cargas, anlisis por carga vertical, modelamiento estructural y anlisis ssmico. 2). INFORMACION GENERAL Ubicacin del edificio: Lima. Uso: Vivienda Sistema de techado: losa maciza armada en dos sentidos, de espesor t = 12 cm. Azotea: no utilizable, sin parapetos, sin tanque de agua. s/c = 100kg/m2 Acabados: 100kg/m2 Altura de piso a techo: 2.40 m Altura de alfizares: h = 1.00 m (excepto en S.H. donde h = 1.80 m) Los alfeizares de las ventanas estarn aislados de la estructura principal. Peralte de vigas soleras: 0.12 m (igual al espesor del techo) Peralte de vigas dinteles: 0.40 m.</p> <p>3</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>3). PLANTA TIPICA DE EDIFICIO</p> <p>4</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>4). CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES Albailera Ladrillos clase IV slidos (30% de huecos), tipo King Kong Industrial de arcilla. Espesor de 13cm. fb = 145 kg/cm2. Mortero tipo P2: cemento-arena 1 : 4 Pilas: resistencia caracterstica a compresin = fm = 65 kg/cm2 = 650 ton/m2 Muretes: resistencia caracterstica a corte puro = vm = 8.1 kg/cm2 = 81 ton/m2 Mdulo de Elasticidad = Em = 500 fm = 32,500 kg/cm2 = 325,000 ton/m2 Mdulo de Corte = Gm = 0.4 Em = 13,000 kg/cm2 Mdulo de Poisson = = 0.25 Concreto Resistencia nominal a compresin = fc = 175 kg/cm2 Mdulo de Elasticidad = Ec = 200,000 kg/cm2 = 2000,000 ton/m2 Mdulo de Poisson = = 0.15 Acero de Refuerzo Corrugado, grado 60, esfuerzo de fluencia = fy = 4200 kg/cm2 5). CARGAS UNITARIAS Pesos Volumtricos Peso volumtrico del concreto armado: 2.4 ton/m3. Peso volumtrico de la albailera: 1.8 ton/m3 Peso volumtrico del tarrajeo: 2.0 ton/m3 Techos Peso propio de la losa de techo: 2.4x0.12 = 0.288 ton/m2 Sobrecarga (incluso en escalera): 0.2 ton/m2, excepto en azotea: 0.1 ton/m2. Acabados: 0.1 ton/m25</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>Muros Peso de los muros de albailera (14cm) con 1 cm de tarrajeo: 1.8x0.14 + 2.0x0.02 = 0.292 ton/m2. Peso de los muros de albailera (24cm) con 1 cm de tarrajeo: 1.8x0.24 + 2.0x0.02 = 0.472 ton/m2. Peso de los muros de concreto (14cm) con 1 cm de tarrajeo: 2.4x0.14 + 2.0x0.02 = 0.376 ton/m2 Ventanas: 0.02 ton/m2 6). ESTRUCTURACION La estructura emplea como sistema de techado una losa maciza armada en 2 sentidos, con 12 cm de espesor como se indic en las caractersticas geomtricas. Muros La estructura est compuesta principalmente por muros confinados en la direccin Y. En esta direccin se consider el muro Y6 de un ancho de 24cm, para aportar rigidez en esa direccin debido a la poca cantidad de muros en Y. El muro Y3 se consider de concreto armado de 14cm de espesor, para que aporte rigidez en esta direccin debido a poca cantidad de muros en esta direccin. En la direccin X, los eje B, C y D estn conformados por muros confinados, mientras que en el eje A se ha considerado conveniente que el muro X9 sea de concreto armado de 14cm de espesor, para compensar rigideces y evitar problemas de torsin en planta, ya que los muros del eje B, C y D desplazan el centro de rigidez lateral hacia la parte superior de la planta. Escalera Los descansos de la escalera apoyan sobre la viga central del eje A, y sobre el muro X6. Alfizares Los alfizares de las ventanas sern aislados de la estructura principal.</p> <p>6</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>PLANTA TIPICA - ESTRUCTURACION</p> <p>7</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>7). PREDIMENSIONAMIENTO Espesor Efectivo de Muros t De acuerdo al Cap. 7 de la Norma E.070. Albailera. Se indica que para la zona ssmica 3, el espesor efectivo mnimo, descontando tarrajeos, es t =h/20. Donde h es la altura libre de la albailera, en cm. Para el edificio se tiene: t = 240/20 = 12cm. Con lo cual, si podemos utilizar Ladrillos clase IVslidos (30% de huecos), tipo King Kong Industrial de arcilla de espesor de 14cm.</p> <p>Densidad Mnima de Muros Reforzados La densidad mnima de muros reforzados (confinados en este caso), para cada direccin del edificio, se determina con la expresin:</p> <p>Donde: L es la longitud total del muro incluyendo sus columnas. Solo se consideran los muros con longitud mayor o igual a 1.20m. t es el espesor efectivo del muro. Ap es el rea de la planta tpica. Ap = 20.10x10.10 = 203.01m2 Z es el factor de zona. De Norma E.030. Z = 0.4 U es el factor de uso. De Norma E.030. U = 1. (uso comn-destinado a vivienda). S es el factor de suelo. De Norma E.030 para suelos intermedios S = 1.2. N es el nmero de pisos del edificio. N = 4. Reemplazando se obtiene:</p> <p>8</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>En la Tabla 1 se indica la longitud de los muros, su rea de corte (Ac = L t), el nmero de muros de iguales caractersticas (N muros) y adems se verifica que la densidad de muros que presenta el edificio en cada direccin excede al valor mnimo reglamentario (0.0343).TABLA N 01 - DENSIDAD DE MUROS REFORZADOS Muro X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 DIRECCION X-X L (m) t (m) Ac (m2) 5.40 0.14 0.756 4.90 0.14 0.686 1.91 0.14 0.267 3.06 0.14 0.428 1.91 0.14 0.267 2.96 0.14 0.414 12.10 0.14 1.694 3.10 0.14 0.434 1.50 0.14 0.210 1.50 0.86 1.292 N muros 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 Muro Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10 DIRECCION Y-Y L (m) t (m) Ac (m2) 3.30 0.14 0.462 2.86 0.14 0.400 1.20 0.86 1.034 3.56 0.14 0.498 4.56 0.14 0.638 1.20 0.14 0.168 3.36 0.14 0.470 5.32 0.24 1.277 0.00 0.00 0.000 0.00 0.00 0.000 N muros 2 2 2 2 2 2 2 1 0 0</p> <p> (Ac x Nmuros)/Ap =</p> <p>0.0518</p> <p> (Ac x Nmuros)/Ap =</p> <p>0.0425</p> <p>DENSIDAD DE MUROS CORRECTA</p> <p>DENSIDAD DE MUROS CORRECTA</p> <p>Los muros X10* y Y3* son de concreto armado, y su espesor es t = tc*(Ec/Em) = 0.14*6.15 = 0.86m. Verificacin del Esfuerzo Axial por Cargas de Gravedad La resistencia admisible (Fa) a compresin en los muros de albailera esta dad por: [ ( ) ] 0.15fm</p> <p>Realizamos la verificacin para el muro Y8 (e = 24cm) que es el ms esforzado, adems la verificacin para el muro Y4 que es el muro de espesor 14cm mas esforzado en Y, y en X el muro ms esforzado es el X7.</p> <p>9</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>Para muro Y8: [ ( ) ]</p> <p>El valor que gobierna es Fa = 97.5 Tn/m2</p> <p>Contemplando el 100% de s/c se tiene: Ancho tributario de losa = 4.12m Carga proveniente de la losa de azotea = (0.288 + 0.1 + 0.1) x 4.12 = 2.01ton/m. Carga proveniente de la losa en pisos tpicos = (0.288 + 0.1 + 0.2) x 4.12 = 2.42ton/m. Peso propio del muro en un piso tpico = 1.8 x0.24x 2.4 = 1.04 ton/m Carga axial total = Pm = 2.01 + 3x2.42 + 4x1.04 = 13.43 ton/m Esta carga produce un esfuerzo axial mximo: m = Pm / t = 13.43 / 0.24 = 55.94 ton/m2 &lt; Fa = 97.5 ton/m2 - OK. Para muro Y4: [ ( ) ]</p> <p>El valor que gobierna es Fa = 97.5 Tn/m2 Contemplando el 100% de s/c se tiene: Ancho tributario de losa = 3.73m Carga proveniente de la losa de azotea = (0.288 + 0.1 + 0.1) x 3.73 = 1.82ton/m. Carga proveniente de la losa en pisos tpicos = (0.288 + 0.1 + 0.2) x 3.73 = 2.19ton/m. Peso propio del muro en un piso tpico = 1.8 x0.14x 2.4 = 0.60 ton/m Carga axial total = Pm = 1.82 + 3x2.19 + 4x0.60 = 10.82 ton/m Esta carga produce un esfuerzo axial mximo: m = Pm / t = 13.43 / 0.14 = 77.28 ton/m2 &lt; Fa = 97.5 ton/m2 - OK.10</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>Para muro X7: [ ( ) ]</p> <p>El valor que gobierna es Fa = 97.5 Tn/m2 Contemplando el 100% de s/c se tiene: Ancho tributario de losa = 3.3m Carga proveniente de la losa de azotea = (0.288 + 0.1 + 0.1) x 3.3 = 1.61ton/m. Carga proveniente de la losa en pisos tpicos = (0.288 + 0.1 + 0.2) x 3.3 = 1.94 ton/m. Peso propio del muro en un piso tpico = 1.8 x0.14x 2.4 = 0.60 ton/m Carga axial total = Pm = 1.61 + 3x1.94 + 4x0.60 = 9.83 ton/m Esta carga produce un esfuerzo axial mximo: m = Pm / t = 9.83 / 0.14 = 70.21 ton/m2 &lt; Fa = 97.5 ton/m2 - OK.En consecuencia, por carga vertical, es posible emplear muros de 14cm y de 24cm de espesor y una albailera de calidad intermedia con fm = 65 kg/cm2.</p> <p>11</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>8). METRADO DE CARGAS Las cargas actuantes en cada muro se obtienen sumando las cargas directas (peso propio, peso de soleras, dinteles, ventanas y alfizares) ms las cargas indirectas (provenientes de la losa del techo: peso propio, acabados y sobrecarga). Cargas Directas Para obtener las cargas directas primeramente se determinar las cargas repartidas por unidad de longitud empleando las cargas unitarias del acpite 5. Zona de Puertas: Piso tpico y azotea: 0.14x0.40x2.4 = 0.13 Ton/m. Zona de Muros de Albailera (e = 14cm): Piso tpico: 2.4x0.292 + 0.14x0.12x2.4 = 0.74 Ton/m. Azotea: 1.2x0.292 + 0.14x0.12x2.4 = 0.39 Ton/m. Zona de Muros de Albailera (e = 24cm): Piso tpico: 2.4x0.472 + 0.24x0.12x2.4 = 1.20 Ton/m. Azotea: 1.2x0.472 + 0.24x0.12x2.4 = 0.64 Ton/m. Zona de Placas: Piso tpico: 2.4x0.376 + 0.14x0.12x2.4 = 0.94 Ton/m. Azotea: 1.2x0.376+ 0.14x0.12x2.4 = 0.49 Ton/m. Zona de alfeizares con h = 1.0 m Piso tpico: 1.0x0.292 + 1.12x0.02 + 0.13 = 0.44 Ton/m. Azotea: 0.13 (dintel) = 0.13 Ton/m. Zona de alfeizares con h = 1.8 m Piso tpico: 1.8x0.292 + 0.32x0.02 + 0.13 = 0.66 Ton/m. Azotea: 0.13 (dintel) = 0.13 Ton/m.</p> <p>12</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p> Zona de escalera: El edificio presenta una escalera cuyos tramos apoyan en el muro X6 y en la viga central del eje A.WL=0.2 Tn/m2</p> <p>0.12 1.14 0.12 1.14 0.12 1.43 0.14 1.36 2.00 1.0 0.14 WD=1.12 Tn/m WL=0.45 Tn/m 2.00 1.07WD=0.39 Tn/m2 WD=0.63 Tn/m2 WD=0.39 Tn/m2</p> <p>Metrado del tramo inclinado: [ ( ) ]</p> <p>Donde: = 2.4 Tn/m3 t = 0.12 m. = espesor de garganta. cp = contrapaso = 0.16 m. p = paso = 0.25 m. WD = 0.53 + 0.10 = 0.63 Tn/m2</p> <p>13</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>Resumen de Cargas DirectasTABLA N 02 - CARGAS DIRECTAS (Tn/m) Zona Puertas Muros de Albailera (e = 14cm) Muros de Albailera (e = 24cm) Placas Alfeizar h = 1m Alfeizar h = 1.8 m Escalera (1 tramo) Piso Tpico 0.13 0.74 1.20 0.94 0.44 0.66 WD = 1.12 WL = 0.45 Azotea 0.13 0.39 0.64 0.49 0.13 0.13 ---</p> <p>Cargas Indirectas Para determinar las cargas provenientes de la losa del techo, se aplic el mtodo reas de influencia (Ainf). En la siguiente figura, las reas en rojo corresponden a los muros X, mientras que las denotadas en azul corresponden a los muros Y. La escalera se encuentra techada en la azotea. Unidad (m2)</p> <p>14</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>Piso tpico: WD = 0.388 Tn/m2 WL = 0.2 Tn/m2 Azotea: WD = 0.388 Tn/m2 WL = 0.1 Tn/m2TABLA N 03 - CARGAS INDIRECTAS (Tn) Muro X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Piso Tipico Ainf (m2) 4.64 3.46 3.95 5.52 5.73 4.47 12.88 1.99 5.52 2.35 3.25 3.88 1.44 9.03 5.48 2.19 4.63 7.02PD = Ainf*WD PL = Ainf*WL</p> <p>Azotea 0.93 0.69 0.79 1.10 1.15 0.89 2.58 0.40 1.10 0.47 0.65 0.78 0.29 1.81 1.10 0.44 0.93 1.40 Ainf (m2) 4.64 3.46 3.95 5.52 5.73 4.47 13.33 1.99 5.52 2.93 3.25 3.88 1.44 9.03 5.48 2.19 7.74 7.02PD = Ainf*WD PL = Ainf*WL</p> <p>1.80 1.34 1.53 2.14 2.22 1.73 5.00 0.77 2.14 0.91 1.26 1.51 0.56 3.50 2.13 0.85 1.80 2.72</p> <p>1.80 1.34 1.53 2.14 2.22 1.73 5.17 0.77 2.14 1.14 1.26 1.51 0.56 3.50 2.13 0.85 3.00 2.72</p> <p>0.46 0.35 0.40 0.55 0.57 0.45 1.33 0.20 0.55 0.29 0.33 0.39 0.14 0.90 0.55 0.22 0.77 0.70</p> <p>15</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>Cargas por Nivel y Centro de Gravedad Para determinar las cargas existentes en cada nivel del muro (P), se sum la carga directa (Tabla N 02) con la carga indirecta (Tabla N 03). Puesto que estas cargas se utilizan para el anlisis ssmico, se trabaj con el 25% de la sobrecarga (0.25 PL). Una vez determinada la carga Pi, se calcul la posicin del centro de gravedad (CG) de cada nivel del edificio, mediante las expresiones:</p> <p>Donde: Pi es la carga vertical existente en el muro i, cuyo centroide se define con las coordenadas Xi, Yi, y W es el peso del nivel en anlisis. Por simetra, XCG = 10.05 m.</p> <p>16</p> <p>Pontificia Universidad Catlica del Per</p> <p>Facultad de Ciencias e Ingeniera</p> <p>TABLA N 04 - CARGAS EN EL NIVEL DE LA AZOTEA Cargas Directas Zona Tabla N 02 en Y8: en X10,Y3: Muro X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 5.40 4.90 1.91 3.06 1.91 2.96 12.10 3.10 1.50 1.50 3.30 2.86 1.20 3.56 4.56 1.20 3.36 5.32 Muro 0.39 0.64 0.49 Longitudes de Influencia (metros) 0.00 0.00 0.40 0.40 0.00 0.40 1.70 0.00 0.00 0.50 0.00 0.00 0.45 0.40 0.80 0.40 0.50 0.00 0.73 1.50 0.00 0.00 0.00 0.75 0.00 0.00 1.50 1.70 0.75 0.75 0.00 0.00 0.00 0.78 0.00 0.00 0.26 0.00 0.00 0.00 0.00 0.28 0.00 0.00 0.00 0.00 0.28 0.00 0.00 0.00 0.00 0.26 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.24 2.11 0.80 1.25 0.74 1.35 4.95 1.21 0.79 1.03 1.43 1.22 0.65 1.44 1.89 0.66 1.38 3.40 0.13 0.13 0.13 0 P (ton) Directa PD + 0.25PL (Tabla N 03) 1.92 1.43 1.63 2.28 2.37 1.85 5.51 0.82 2.28 1.21 1.34 1.60 0.59 3.73 2.26 0.90 3.20 2.90 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 W= 8.31 3.54 4.86 7.05 6.22 6.39 10.45 4.06 6.13 4.48 5.54 5.64 2.49 10.34 8.30 3.13 9.15 6.30 112.39 Y (C.G4) = 5.07m 10.03 10.03 8.03 6.67 6.67 4.57 4.57 0.07 0.07 0.07 6.85 1.54 5.10 1.89 7.75 9.50 2.89 7.30 83.36 35.52 39.03 47.05 41.51 29.18 47.77 0.28 0.43 0.31 37.92 8.68 12.68 19.55 64.31 29.75 26.44 46.02 569.79 Puerta Alf. h=1.0 Alf.h=1.8 Es...</p>