El edificio de muros portantes
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EL EDIFICIO DE MUROS PORTANTES
Carlos Casabonne
IX Congreso Nacional de Estudiantes de Ingeniería Civil
Universidad Nacional de IngenieríaAgosto 2001
Esquema
• El tema• Sistemas estructurales básicos• El edificio multifamiliar• El edificio multifamiliar de muros portantes• Comportamiento Sísmico• Ejemplos de proyectos
SISTEMAS ESTRUCTURALES BÁSICOS
Estructuras sin diafragma rígidoEstructuras con diafragma rígido
Estructuras con diafragma rígido
Estructuras de esqueleto
• Porticos y
• Porticos + muros = duales
Estructuras con diafragma rígido
Estructuras de esqueleto
• Porticos y
• Porticos + muros = duales
Estructuras de muros portantes
DIAFRAGMA RIGIDOFUERZAS LATERALES
EDIFICIO DE MUROS PORTANTES
Estructura celular formada por:• muros portantes en dos
direcciones y
• diafragmas horizontalesrígidos
Diafragmas
Muros
Concreto armado Albañilería armada
EDIFICIO DE MUROS PORTANTES
Es posible por la:
• Existencia del diafragma rígido• refuerzo de los muros
EDIFICIOS DE MEDIANA ALTURA
Solución más eficiente para resolver el problema de la
vivienda.
C. Casabonne
Realidad del problema habitacional
Crecimiento explosivo de las ciudades
La politica del gobierno ha favorecido el lote individual
Crecimiento urbano: horizontal a expensas de la tierra agrícolaDensidad en Lima: 140 hab/Há
bruta
Resultado: Alto costo social• Imposibilidad de proveer infraestructura, servicios y
equipamiento,• Genera una urbe
innecesariamente inhumana, • Con elevados costos
materiales y sociales de utilización y
• Demandas imposibles de cumplir.
SOLUCIÓN VIABLE
Edificio multifamiliar de mediana altura
EDIFICIO DE MUROS PORTANTES,
puede ser estructurado con:
• albañilería reforzada
• con concreto armado
C. Casabonne
C. Casabonne
BASES FUNDAMENTALES DEL PROYECTO
• Vivienda económica• Densificación y renovación urbana• Minimizar la inversión inicial• Minimizar el mantenimiento• Usar eficientemente la mano de obra.
La construcción en albañilería permite maximizar su uso
• Utilizar recursos industriales urbanos
METODO CONSTRUCTIVO
• Procedimiento sin retorno: lo que se construye queda terminado.
• Personal especializado• Cuadrillas especializadas• Moldes racionalizados para
conseguir acabados terminados• Control permanente:ingeniería
ESTRUCTURACIÓNEDIFICACIONES DIAFRAGMADAS
• Muros sujetos prioritariamente a fuerzas coplanares. – Cargas de gravedad propias del muro.– Fuerzas horizontales correspondientes a la
distribución del cortante basal de acuerdo a las rigideces y a la corrección por torsión
REFUERZO DIFUNDIDOALBAÑILERÍA ARMADA
C.Casabonne
Donde está el costo del edificio??
Estructura: 66%Resto: 34%
Donde está el costo de la estructura?
Muros: 50%Losas: 33%Solado: 10%Otros: 7%
CONFIGURACION
Debe de configurarse para conseguir:
a) Economía Máxima
b) Seguridad Adecuada
c) Estructuras libres de Rajaduras
C. Casabonne
En un Edificio muros portantes, el muro es:
1. Estructura2. Cerramiento3. División4. Acabado
C. Casabonne
Comportamiento en los tres materiales es similar, por lo tanto
los requisitos para su configuración sísmica son
también similares
C. Casabonne
CONFIGURACION SISMICA(1)
1. Simetria, continuidad,competencia torsional.
2. Diafragmascompetentes.
C. Casabonne
SIMETRIA
OKMAL
ACEPTABLE
CONTINUIDAD
COMPETENCIA TORSIONALOK
ACEPTABLEC. Casabonne
MALACEPTABLE
MAL
OK
Configuraciones conflictivas
C. Casabonne
DIAFRAGMA COMPETENTE
• Rigidez• Continuidad.• Resistencia.• Conexión firme y permanente
con los muros.• Son preferibles losas ↔ que
apliquen carga a todos los muros.
C. Casabonne
Los diafragmas deben sersimétricos y continuos en planta
Simetría
Ideal Aceptable Mala
Entrepisosy
Techos(diafragmas)
C. Casabonne
ContinuidadIdeal Aceptable Mala
Conpetencia TorsionalIdeal Aceptable Mala
Largo= Ancho Largo << 4 Anchos Largo >> 4 AnchosC. Casabonne
DIAFRAGMAS DESCONECTADOS
C. Casabonne
CONFIGURACION SISMICA(2)
3. Muros en dos direcciones principales
4. Disposición de murosdebe lograr simetría derigidez
C. Casabonne
Disposición de muros típica en un edificio de muros portantes de albañílería
C. Casabonne
CONFIGURACION SISMICA(3)
• Proveer muros con esbeltez (h/l) similar
• Proveer igual áreas de muroen ambas direcciones principales
C. Casabonne
Configuración del Edificio
b b
a a a
b
b
a
Muros con igual esbeltez H/Len c/dirección
C. Casabonne
Largos muydesiguales
Distribuciónaceptable
DistribuciónMala
Distribución ideal Lados iguales:
a+a+a+a= b+b+b
Forma y distribuciónde los muros
C. Casabonne
Muros de albañilería
Algunos muros en concreto armado
Esquema estructural de un edificio de 3 a 6 pisosen albañileríaC. Casabonne
CONFIGURACION SISMICA(4)
5. Proveer área mínima de muros
Area mínima es función del cortante basal y de la resistencia corte de la
albañilería o del concreto.
C. Casabonne
CONFIGURACION SISMICA(5)
6. Muros resistentes y dúctiles
C. Casabonne
COMPORTAMIENTO DUCTIL
Fisuración
FluenciaColapso
Desplazamiento
Fuerzalateral
C. Casabonne
CONFIGURACION DE LOS MUROS(1)
• Muros continuos hasta el suelo.• Alfeizares separados.
• Esbeltez controlada y dimensiones uniformes.
• Sección transversal preferentemente simétrica.
• Sistema de conexión ó acoplamiento compuesto por la cimentación,
entrepisos, techo.C. Casabonne
Muros continuos hasta el sueloC. Casabonne
Vanos
BIEN BIEN MALDebe procurarse que los vanossean coincidentes en ubicación pisoa piso para minimizar los cambiosbruscos de resistencia y rigidez
C. Casabonne
Muros continuos hasta el sueloC. Casabonne
CONFIGURACION DE LOS MUROS(2)
• Alfeizares separados de los muros principales
C. Casabonne
C. Casabonne
Bien:Aceptable:Solera corridasobre todos los muros
Mala:
Bien: Mala:
Dintelesy
Alféizares
C. Casabonne
CONFIGURACION DE LOS MUROS(3)
• Control de esbeltez (H/L)PROPORCIONES DE LOS MUROS
SI NO
H/L < 11 < H/L < 5C. Casabonne
C. Casabonne
Proporciones
En elevación los muros debenguardar relaciones razonablesentre su altura y su largo
C. Casabonne
SISMOMUROSSECCION SIMETRICA
TALÓN COMPRIMIDO
C. Casabonne
Alfeizar
separado
MURO ACOPLADOMURO ACOPLADOC. Casabonne
VIGA CORRIDA VS VIGA DINTEL
Alfeizar
separado
MURO ACOPLADOMURO ACOPLADOC. Casabonne
DeflectionDeflection
(b) Perfil de derivas,Cimentación rígida
(c) Perfil de derivas,Cimiento Flexible
(a) Tipo de fisuración
Muros en voladizo conectados por losas flexibles(Priesley)
C. Casabonne
(a)Tipo de fisuración (b) Perfil de derivas
Muro acoplado con rotulación de muretes(Priestley)
C. Casabonne
(a)Forma de fisuración (b) Momentos de flexión
Muro acoplado con rotulación de vigas (Priestley)C. Casabonne
(a)Typical
Wall
(b)In-plane
AccelerationEnvelope
(c)In-planeMoment
(d)Out-of-plane
Moments
C. Casabonne
Azotea
Cimentación
Mode 2T2= 0.34s
Mode 3T3= 0.31s
Mode 4T4= 0.21s
Mode 1T1= 0.45s
Modos de vibración normales al planos and períodos para un edificio de albañilería de 3 pisos( Priesley)C. Casabonne
MUROS ACOPLADOS
Acoplamiento– Ventaja: Mayor rigidez inicial.
Mayor ductilidad.Mayor absorción de energía.
– Desventaja: Mayor costo.Acoplamiento no es indispensable en edificios hasta de 6 pisos si hay suficiente densidad de muros en las dos direcciones principales.
C. Casabonne
COMPORTAMIENTO SISMICO DE LA ALBAÑILERIACOMPORTAMIENTO SISMICO DE LA ALBAÑILERIA
1 Nivel1 Nivel : Bien: Bien2 Niveles2 Niveles : Bien: Bien3 Niveles3 Niveles : Bien: Bien4 Niveles4 Niveles : Bien: Bien5 Niveles5 Niveles : Bien: Bien6 Niveles6 Niveles : Optimo: Optimo>6 Niveles>6 Niveles : Indispensable
1 Nivel1 Nivel : Optimo: Optimo2 Niveles2 Niveles : Optimo: Optimo3 Niveles3 Niveles : Optimo: Optimo4 Niveles4 Niveles : Optimo: Optimo5 Niveles5 Niveles : Posible: Posible6 Niveles6 Niveles : Posible: Posible>6 Niveles>6 Niveles : No: Indispensable : No
a) Albañilería armada o albañilería armada confinadaa) Albañilería armada o albañilería armada confinadaC. Casabonne
COMPORTAMIENTO SISMICO DE LA ALBAÑILERIACOMPORTAMIENTO SISMICO DE LA ALBAÑILERIA
1 Nivel1 Nivel : Bien: Bien2 Niveles2 Niveles : Bien: Bien3 Niveles3 Niveles : Optimo: Optimo4 Niveles4 Niveles : Optimo: Optimo5 Niveles5 Niveles : Posible: Posible6 Niveles6 Niveles : ?: ?>6 Niveles>6 Niveles : No
1 Nivel1 Nivel : Optimo: Optimo2 Niveles2 Niveles : Optimo: Optimo3 Niveles3 Niveles : Posible: Posible4 Niveles4 Niveles : No: No
: No
b) Albañilería simple confinadab) Albañilería simple confinadaC. Casabonne
COMPORTAMIENTO de MUROS DE CONCRETO ARMADOCOMPORTAMIENTO de MUROS DE CONCRETO ARMADO
1 Nivel1 Nivel : Optimo: Optimo2 Niveles2 Niveles : Optimo: Optimo3 Niveles3 Niveles : Optimo: Optimo4 Niveles4 Niveles : Optimo: Optimo5 Niveles5 Niveles : Posible: Posible6 Niveles6 Niveles : Posible: Posible>6 Niveles>6 Niveles : No
1 Nivel1 Nivel : Bien: Bien2 Niveles2 Niveles : Bien: Bien3 Niveles3 Niveles : Bien: Bien4 Niveles4 Niveles : Bien: Bien5 Niveles5 Niveles : Bien: Bien6 Niveles6 Niveles : Optimo: Optimo>6 Niveles>6 Niveles : Indispensable acoplar : No: Indispensable acoplar
C. Casabonne
CONFIGURACION
La práctica aceptada de Diseño y Construcción exige que los muros se comporten:
Elásticamente para sismos moderados
Dúctilmente para sismos severos.
C. Casabonne
COMPORTAMIENTO DUCTIL
Fisuración
FluenciaColapso
Desplazamiento
Fuerzalateral
C. Casabonne
ANALISIS
• Hasta 5 pisos. Métodos simplificados. Distribución de cortante basal de acuerdo a rigideces. Se puede prescindir de acoplamientos.
• Más de 5 pisos. Considerar influencia de acoplamientos. Metodo de rigidecescon análisis matricial. Elementos finitos.
DISEÑO
• Condiciones de Servicio. Control de fisuración.
• Sismos moderados. Comportamiento elástico.
• Sismos severos. Comportamiento inelástico. Diseñar muros dúctiles. Diseño por capacidad. Limitar derivas a 1/200 para asegurar reparabilidad.