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DISEÑO INTEGRAL DE UNA
EDIFICACION DE ALBAÑILERIA
CONFINADA
Lima, Abril 2011
ING. RICHARD H. CRUZ GODOY
CURSO TALLER DE ACTUALIZACION :
OBJETIVO DEL CURSO
El objetivo del presente curso taller es que el participante
realice el diseño completo de una edificación de albañilería
confinada, esto implica el diseño de los Muros de Albañilería y
sus elementos de confinamiento, diseño de la losa de piso,
diseño de cimentación corrida.
METODOLOGIA
El curso esta dividido en 4 sesiones de taller en el cual los
participantes desarrollaran en cada sesión ejemplos prácticos
aplicando las consideraciones y/o recomendaciones dadas por
las normas E070, E030, E060. Con ese fin se dan las pautas
básicas de las normas aplicables en cada etapa del desarrollo
de un proyecto estructural. El curso es netamente practico de
modo que el participante deberá desarrollar en aula un ejemplo
practico con la tutoría del expositor logrando el alcance
programado para cada sesión.
CONSIDERACIONES PREVIAS
En el Perú el mayor porcentaje de viviendas en zonas urbanas
como rurales es construida con el sistema de albañilería sea
confinada o armada.
Se estima que entre el 60% y 70% de la construcción urbana es
de albañilería. Entre el 90% al 100% de la construcción rural es
de albañilería. En cuanto a la construcción informal gran
proporción es de albañilería.
En este contexto en el año 2006 se promulga la vigente norma
E - 070 que rige el diseño de edificaciones de albañilería.
La actual Norma E070 incluye un cambio sustancial en el
procedimiento de diseño de las edificaciones de albañilería y es
que acorde con las tendencias actuales en el análisis y diseño
Sismo resistente se incluye Niveles de Sismo de Diseño para
evaluar el desempeño de las edificaciones, en particular 02
niveles, Sismo Moderado y Sismo Severo.
AlbañileríaLa Albañilería es también conocida como Mampostería, una
definición simple de la albañilería es aquella en la que se considera
como un conjunto de unidades trabadas o unidas entre si con algún
material, como el mortero de barro o de cemento. Las unidades
pueden ser piedras(naturales) o también adobe, tapias, ladrillos de
arcillay bloques de concreto(artificiales).
CONSIDERACIONES PREVIAS
Fuente: Ing. Ángel San Bartolomé
DEFINICIONES PREVIAS
• Construccionesde albañiler ía
• Todo aquel sistema donde se ha empleado básicamente
elementos de albañilería (muros, vigas, pilastras, etc.) estos
elementos a su vez están compuestos por unidades de arcilla,
sílice-cal o de concreto, adheridas con mortero de cemento o
concreto fluido (“grout”).
• ALBAÑILERIAESTRUCTURAL
• Existe un consenso en la mayoría de las referencias revisadas en
cuanto a una definición para la albañilería estructural y ésta es
aquella que la define como construcciones de albañilería que
han sido diseñadas racionalmente, de tal manera que las
cargas actuantes (cargas de gravedad, y cargas sísmicas, etc.)
durante su vida útil se transmitan adecuadamente a través de los
elementos de albañilería (convenientemente reforzadas) hasta el
suelo de cimentación.
• CLASIFICACION DE LA ALBAÑILERIA
• A efectos de obtener una mejor descripción de los diferentes tipos de
albañilería las clasificaremos de dos maneras:
• Por su Función Estructural.-
– Los muros se clasifican en Portantes y No Portantes.
• Por la distr ibución del Refuerzo
– Muros de albañilería simple
– Muros reforzados (armados, laminares y confinados).
COMPORTAMIENTO SISMICO Y CRITERIOS DE ESTRUCTURACION EN EDIFICACIONES DE
ALBAÑILERIA
COMPORTAMIENTOSISMICODE LA ALBAÑILERIA
El comportamiento de estructuras de albañilería sometidas a sismos no siempre
ha sido exitoso. Las principales razones de las fallas ocurridas, algunas de ellas
de magnitud catastrófica se vienen sucediendo en cada evento sísmico.
Estudiaremos a continuación varios tipos de fallas ocurridos en las
construcciones de albañilería muchos de los cuales se han puesto de manifiesto
en los recientes sismos, las lecciones que estas fallas nos dejan se remarcan y se
muestran para mejorar el comportamiento de estas edificaciones, así como
también se muestra aquellas que tuvieron un buen comportamiento lo cual
implica la validez de las recomendaciones de nuestras normas.
Poca rigidez en la dirección corta
Pisco 2007
COMPORTAMIENTOSISMICODE LA ALBAÑILERIA
Fuente: Ing. Marcos Tinman
Deficiente Estructuración
Planta de arquitectura
COMPORTAMIENTOSISMICODE LA ALBAÑILERIA
Fuente: Ing. Marcos Tinman
Planta de estructuras
Deficiente Estructuración
COMPORTAMIENTOSISMICODE LA ALBAÑILERIA
Fuente: Ing. Marcos Tinman
Fuerzas fuera del plano que se generan en los encuentros de muros sin confinamiento y
consecuente colapso de los muros perimétricos de un edificio en Santa Cruz en el sismo
de Loma Prieta.
COMPORTAMIENTOSISMICODE LA ALBAÑILERIA
COMPORTAMIENTOSISMICODE LA ALBAÑILERIA
Agrietamiento diagonal de muros por falta de confinamiento, este tipo de falla son
de naturaleza frágil.
Foto: Ing. Ángel San Bartolomé
COMPORTAMIENTOSISMICODE LA ALBAÑILERIA
“Piso Blando” este problema se genera debido a que muchas viviendas típicas tienen
el primer piso libre de muros y a partir del segundo nacen los muros.
Foto: Ing. Ángel San Bartolomé
COMPORTAMIENTOSISMICODE LA ALBAÑILERIA
Vivienda en Chimbote sismo de 1970 licuefacción del suelo, y cimiento armado sobre
suelos colapsable.
Foto: Ing. Ángel San Bartolomé
CRITERIOSDE ESTRUCTURACION– NORMAE 070
División de bloques en plantas estructurales tipo L o T.
Bloques con plantas estructurales tipo L o T.
EJEMPLO: EDIFICIODE 04 NIVELESEn el siguiente ejemplo se muestra la aplicación de las recomendaciones de
estructuración, predimensionamiento y verificación de los capítulos 6 y 7 de la E-070.
•Características del Edificio•La figura corresponde a la planta típica de un
edificio de 4 pisos destinado a oficinas,
ubicado en Lima sobre un suelo de buena
calidad (grava arenosa densa) .
Paso 1.- Espesor mínimo de muros Art 7.1.1Lima ----Zona Sísmica 3.
Considerando h =2.40m, t = 2.4/20 = 0.12m
Muro de soga (mínimo 0.13m)
•Vigas soleras en Y-Y: 0.15 x 0.30 m
Vigas soleras en X-X: 0.25 x 0.30
Paso 2.- Estructuración en planta: Muros portantes en dirección xx , dirección yy losa
aligerada
•Vigas soleras en Y-Y: 0.15 x 0.30 m,
•Vigas soleras en X-X: 0.25 x 0.30
•Diafragma rígido
•Losa aligerada e = 0.20m
EJEMPLO: EDIFICIODE 04 NIVELES
•Predimensionamiento de la losa aligerada.
•Norma E-060
EJEMPLO: EDIFICIODE 04 NIVELES
•Propiedades de los materiales
Concreto : f’c = 175 kg/cm2 = 0.175 t/cm2
Acero : fy = 4200 kg/cm2 = 4.2 t/cm2
Albañilería : Pilas: f’m =65 kg/cm2 = 650 t/m2
Ladrillo : King Kong Industrial
Mortero : 1:4 (cemento: arena gruesa)
Cargas Muertas y vivas
•Concreto Armado : = 2.40 t/m3
•Losa Aligerada (e=0.20m): 300 kg/m2 = 0.30 t/m2
•Acabados : 0.10 t/m2
•Sobrecarga de azotea : 0.10 t/m2
•Sobrecarga de oficina : 0.25 t/m2 (Norma E -020)•Muros de albañilería : 1.90 t/m3 (para considerar el pesode l tarrajeo)
EJEMPLO: EDIFICIODE 04 NIVELES
Norma E – 020 CARGAS
Capitulo 3 - Carga viva
Art. 3.1.1 – Tabla 3.1.1 Cargas vivas mínimas repartidas
EJEMPLO: EDIFICIODE 04 NIVELES
•De acuerdo a la norma E – 030:
Para nuestra edificación:
Z= Factor de zona (Lima está en zona 3) = 0.4
U= Factor de uso (oficinas) = 1.0
S= Factor de suelo (grava arenosa densa) = 1.0
N= Número de piso del edificio = 4.0
Ap=Área de la planta típica = 12.00 x 7.0= 84.00 m2
L= Longitud total del muro confinado
t= Espesor efectivo del muro
Paso 3.- Estructuración en planta – DENSIDAD MINIMA DE MUROS Art 7.1.2
Con la ayuda de una hoja de calculo se procede a verificar la densidad mínima de muros
para cada dirección.
EJEMPLO: EDIFICIODE 04 NIVELES
Con lo que verificamos que en ambas
direcciones cumple con lo establecido en la
Norma.
EJEMPLO: EDIFICIODE 04 NIVELES
Con la ayuda de la hoja de calculo se
realiza el calculo del esfuerzo axial para
cada muro y para cada dirección. Como
muestra se presenta el calculo paso a paso
para el muro Y7.
Para hallar la carga axial sobre cada muro
es necesario determinar las áreas
tributarias esto se muestra en el grafico de
la derecha.
Para el muro Y7 el área tributaria es igual
a =9.42m2.
La máxima carga axial para todos los
muros se presenta en los muros del primer
nivel, para nuestro ejemplo el numero de
pisos es igual a 4, (3 típicos +1azotea).
Paso 4.- Esfuerzo Axial Máximo ( m)-----Art 7.1.1b
EJEMPLO: EDIFICIODE 04 NIVELES
Considerando muro de soga:
Peso Muro (Pm) : 0.13 x 2.28 x 2.40 x 1.90 x 4 = 5.408 t
Peso Viga solera : 0.15 x 0.30 x 2.28 x 2.40 x 4 = 0.984 t
Peso Losa : 0.30 x 9.42 x 4 = 11.304 t
Peso Acabados : 0.10 x 9.42 x 4 = 3.768 t
Peso Sobrecarga : 0.25 x 9.42 x 3 + 0.1 x 9.42 = 8.007 t
Pm = 29.47 t
Ahora verificamos que la máxima carga axial (esto es en el muro del primer nivel)
encontrada en el muro Y7 es menor al 15%f’m como lo exige la Norma E.070.
m=29.47/(0.13x2.28)=99.426 t/m2 ≤0.2x650[1-(2.4/ (35x0.13)2 ] =93.83 t/m2
≤0.15f’m=97.50 t/m2
Como se puede observar el máximo esfuerzo axial para este muro es mayor que el
limite establecido por la norma E070, a fin de reducir los esfuerzos se puede
incrementar el espesor del muro o en su defecto aumentar la calidad de la albañilería
es decir f´m. En este ejemplo se ha considerado aumentar el espesor a muro de cabeza.
Paso 4.- Esfuerzo Axial Máximo ( m)-----Art 7.1.1b
EJEMPLO: EDIFICIODE 04 NIVELES
Considerando muro de cabeza:
Peso Muro (Pm) : 0.23 x 2.28 x 2.40 x 1.90 x 4 = 9.565 t
Peso Viga solera : 0.25 x 0.30 x 2.28 x 2.40 x 4 = 1.642 t
Peso Losa : 0.30 x 9.42 x 4 = 11.304 t
Peso Acabados : 0.10 x 9.42 x 4 = 3.768 t
Peso Sobrecarga : 0.25 x 9.42 x 3 + 0.1 x 9.42 = 8.007 t
Pm = 34.286 t
Ahora verificamos que la máxima carga axial (esto es en el muro del primer nivel)
encontrada en el muro Y7 es menor al 15%f’m como lo exige la Norma E.070.
m=34.286/(0.23x2.28)=65.35 t/m2 ≤0.2x650[1-(2.4/ (35x0.23)2 ] =118.44 t/m2
≤0.15f’m=97.50 t/m2
Como se puede observar el máximo esfuerzo axial para este muro considerando un
aparejo de cabeza se logra reducir los efectos de confinamiento. Este es un proceso
iterativo que se puede trabajar de manera practica con la hoja de excel tal como se
muestra a continuación.
Paso 4.- Esfuerzo Axial Máximo ( m)-----Art 7.1.1b
EJEMPLO: EDIFICIODE 04 NIVELES
Paso 4.- Esfuerzo Axial Máximo ( m)-----Art 7.1.1b
Límites de Norma E070
Esfuerzo de Compresión 0.2*f'm*(1-(h/35e)^2) 0.15*f'mEsfuerzo Máximo σ máx.
σ (Ton/m2) (Ton/m2) (Ton/m2)
45.15 93.83 97.50 conforme
60.24 93.83 97.50 conforme
44.52 93.83 97.50 conforme
62.79 93.83 97.50 conforme
79.75 93.83 97.50 conforme
62.79 93.83 97.50 conforme
64.13 118.44 97.50 conforme
53.63 93.83 97.50 conforme
33.56 93.83 97.50 conforme
44.47 93.83 97.50 conforme
Repetir el procedimiento para los muros en la dirección xx. Algunos autores
recomiendan considerar un ancho tributario para los muros en esta dirección igual a 4
veces el espesor de la losa para cuantificar el área tributaria.
APLICACIÓN 1 : MULTIFAMILIARDE 04 NIVELES
Considerando las mismas condiciones del ejemplo desarrollado y empleando la hoja
de calculo trabajada. Realizar la estructuración en planta de la edificación
multifamiliar de 04 niveles mostrada a continuación, verifique espesor mínimo de
muros, densidad mínima de muros, esfuerzo axial máximo en cada muro de cada
dirección.