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INFORME FINAL DE ALBAÑILERIA ESTRUCTURAL

UNIVERSIDAD ALAS PERUANASFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

DISEÑO DE UN EDIFICIO DE ALBAÑILERIA CONFINADA

CATEDRÁTICO: ING. PERCY RAMOS TORRES

CURSO : ALBAÑILERIA ESTRUCTURA

ALUMNOS : - ALVA TAMAYA, Bárbara Marina.- CARRION ABAD, Carlos- HUEMAN MONDRAGON, Juan- GRANDEZ BUSTOS, Wilson

CICLO : X

CHACHAPOYAS - AGOSTO - 2013

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R E S U M E N

Se plantea una técnica de diseño estructural basada en criterios de resistencia y

desempeño sísmico, aplicable a las edificaciones de albañilería confinada de

mediana altura (hasta cinco pisos). La técnica se encuentra basada en estudios

teóricos y en las enseñanzas desarrolladas en clase. Para la verificación de esta

técnica se han realizados los cálculos en las hojas de Excel, siguiendo las

normativas del Reglamento Nacional de Edificaciones.

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INTRODUCCIÓN

Las edificaciones de albañilería o mampostería confinada con una altura de

hasta 5 pisos, son las construcciones más populares en las zonas urbanas del

Perú, para viviendas, oficinas, hoteles, etc. Este tipo de edificación se caracteriza

por construirse primero el muro de albañilería, para luego vaciar el concreto de los

elementos verticales de confinamiento, y finalmente, construir el techo en conjunto

con la viga solera. Esta secuencia constructiva produce un comportamiento

integral de los materiales involucrados.

El presente trabajo tiene por objeto el desarrollo final de los procesos a seguir

para verificar el cumplimiento de las condiciones resistentes y de estabilidad de

un edificio convencional proyectado de albañilería confinada, utilizando las

normas Peruanas.

El procedimiento utilizado se basa en el contenido del Código Técnico de la

Edificación; respetando, en particular, las prescripciones, modelos y parámetros

establecidos en los siguientes Documentos Básicos:

Norma E-030 de Diseño Sismoresistente.

Norma E-070 Albañilería Estructural.

Las edificaciones de albañilería confinada con una altura de hasta cinco pisos,

son las construcciones más populares en las zonas urbanas, para viviendas,

oficinas, hoteles, etc. Este tipo de edificación se caracteriza por construirse

primero el muro de albañilería, para luego vaciar el concreto de los elementos

verticales de confinamiento, y finalmente, el techo en conjunto con la viga solera.

Esta secuencia constructiva produce un comportamiento integral de los materiales

involucrados.

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El proceso de diseño que se plantea en el presente trabajo consta de las siguiente

etapas:

1) Verificación de la densidad mínima de muros en las direcciones principales

del edificio.

2) Diseño de metrado de cargas directas e indirectas (cargas verticales).

3) Verificación del esfuerzo axial.

4) Cargas acumuladas por piso.

5) Cortante basal.

6) Centro de masa.

7) Cálculo de la Inercia.

8) Centro de rigidez.

9) Calculo de excentricidades.

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OBJETIVOS GENERALES

Este trabajo tiene como objetivo dar a conocer los fundamentos teóricos que se

debe tener en cuenta para el predimensionamiento de un sistema de albañilería

confinada.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Al finalizar el curso el alumno será capaz de:

Identificar los factores principales para un diseño estructural de una

edificación.

Conocer los requisitos mínimos para cada tipo de diseño de albañilería ya

sea confinada y/o armada.

Tener conocimiento de conceptos básicos referente al diseño de

predimensionamiento del sistema de albañilería confinada.

Poder diseñar muros de albañilería de acuerdo a las Normas de

Edificación.

Interpretar planos y su replanteo en obra.

Conocer e identificar las herramientas, útiles y maquinarias utilizadas en

albañilería.

Distinguir y conocer los materiales básicos empleados en albañilería.

Conocer los materiales auxiliares: áridos, cal, yeso, agua, cemento, etc.

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DISEÑO DE UN EDIFICIO DE ALBAÑILERÍA CONFINADA

Empleando las especificaciones de la Norma Técnica E.030 “SISMO RESISTENTE” y la Norma Técnica E.070 “ALBAÑILERIA”, se trata de diseñar a los muros confinados del edificio de 4 pisos cuya planta típica se muestra en el plano siguiente.

1. INFORMACIÓN GENERAL

Ubicación del edificio: Chachapoyas, sobre cascajo. (ZONA 02 ) Z = 0.3

Uso: vivienda. U = 1.0

Sistema de techado: losa maciza armada en dos sentidos, espesor t = 12

cm.

Azotea: no utilizable, sin parapetos.

Altura de piso a techo: 2.60 m

Ancho de puertas: 0.90 m.

Altura de alféizares: h = 1.00 m (excepto en S.H. donde h = 1.80 m)

Longitud de ventanas en dormitorios y cocina: L = 1.20 m, en la Sala L =

2.20 m, en S.H. L = 1.15m en Puerta Principal (Hall) L = 2.45 m.

Peralte de vigas soleras: 0.12 m (igual al espesor del techo)

Peralte de vigas dinteles: 0.25 m.

2. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Albañilería

Ladrillos clase IV sólidos (30% de huecos), tipo King Kong de arcilla, t = 13

cm, f´b = 145 kg/cm2

Mortero tipo P2: cemento-arena 1 : 4

Pilas: resistencia característica a compresión = f´m = 55 kg/cm2 = 550

ton/m2

Módulo de elasticidad = Em = 500 f´m = 27,500 kg/cm2 = 275,000 ton/m2

Módulo de corte = Gm = 0.4 Em = 11,000 kg/cm2

Módulo de Poisson ѵ = 0.25.

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Concreto

- Resistencia nominal a compresión = f´c = 175 kg/cm2

- Módulo de elasticidad = Ec = 200,000 kg/cm2 = 2´000,000 ton/m2

- Módulo de Poisson ѵ = 0.15

Acero de Refuerzo

- Corrugado, grado 60, esfuerzo de fluencia = fy = 4200 kg/cm2 = 4.2 ton/cm2

3. CARGAS UNITARIAS

Pesos Volumétricos

- Peso volumétrico del concreto armado: 2.4 ton/m3

- Peso volumétrico de la albañilería: 1.8 ton/m3

- Peso volumétrico 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/m2

Muros- Peso de los muros de albañilería con 1 cm de tarrajeo: 1.8x0.13 + 2.0x0.02 =

0.274 ton/m2

- Ventanas: 0.02 ton/m2

4. ESTRUCTURACIÓN

Muros

La estructura está compuesta en sus 2 direcciones principalmente por muros

confinados.

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Alféizares

Los alféizares de ventanas serán aislados de la estructura principal.

5. PREDIMENSIONAMIENTO

5.1. Espesor Efectivo de Muros “t”

Para la zona sísmica 2, el espesor efectivo mínimo, descontando tarrajeos, es t = h / 20 = 260/20 = 13.00 cm, donde “h” es la altura libre de la albañilería. Con lo cual, se utilizará muros en aparejo de soga con espesor efectivo igual a 13 cm (15 cm tarrajeados).

5.2. Densidad Mínima de Muros Reforzados

La densidad mínima de muros confinados para cada dirección del edificio, se determina con la expresión:

L t Z U S N 0.3x1x1.2x4 = =

Ap 56 56

Donde:

L = longitud total del muro incluyendo sus columnas (sólo intervienen muros con L > 1.2 m)

t = espesor efectivo = 0.13 m.

Ap = área de la planta típica = 8.65x15.15 = 131.048 m2

Z = 0.3 – Chachapoyas, el edificio está ubicado en la zona sísmica 2 (Norma Técnica E.030).

U = 1 - el edificio es de uso común, destinado a vivienda (Norma Técnica E.030).

S = 1.2 el edificio está ubicado sobre suelo de buena calidad (cascajo) (Norma Técnica E.030).

N = 4 = número de pisos del edificio.

En consecuencia, por carga vertical según los cálculos realizados en las hojas de apoyo en Excel; es posible emplear muros en aparejo de soga (t = 13 cm) y una albañilería de calidad intermedia con f´m = 55 kg/cm2.

6.0 METRADO DE CARGAS

Las cargas actuantes en cada muro se obtienen sumando las cargas

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directas (peso propio, peso de soleras, dinteles, ventanas y alféizares) más las cargas indirectas (provenientes de la losa del techo: peso propio, acabados y sobrecarga).

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6.1. Cargas Directas

Para obtener las cargas directas primeramente se determinará las cargas repartidas por unidad de longitud en cada sección vertical típica, empleando las cargas unitarias.

Secciones verticales típicas

6.2 Cargas Indirectas

Para determinar las cargas provenientes de la losa del techo, se aplicó la técnica de áreas de influencias (“AI” según plano 02 adjunto.

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2.60

1.470.67

2.47

0.25 0.25 0.25

Cargas indirectas y areas de influencia.

Piso típico: wD = 0.388 ton/m2

wL = 0.2 ton/m2

Azotea : wD = 0.388 ton/m2

wL = 0.1 ton/m2


6.3.CALCULO DEL CENTRO DE MASA

Para determinar la ubicación en el eje X e Y del centro de masa de una

edificación, se indica que deben cumplirse las siguientes expresiones:

;

Para el cálculo del Centro de Masa, necesitamos determinar las

características de los Muros, principalmente su longitud y distancia al

centroide de cada muro en los dos ejes.

6.4. CALCULO DEL CENTRO DE RIGIDEZ

Para el presente cálculo, se adoptó un criterio de sección transformada,

pues al presentarse muros en sentido transversal a los analizados, estos

tienen una cierta participación favorable a la rigidez de los mismos.

Para realizar este cálculo, debemos de convertir una sección heterogénea

que en este caso es de concreto (columnas) + albañilería (muros) en una

sección que contemple las propiedades de ambos materiales. Por lo cual,

debemos asumir que todos los muros no cumplen por flexo compresión,

verificándolos por el método de la sección transformada.

Para el cálculo del centro de rigidez, deben de cumplirse las siguientes

expresiones:

;

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1. La sección transformada consiste en prolongar uno de los lados de las

columnas tantas veces como nos resulte el valor “n” (relación modular = Ec/Em).

2. Luego, se procederá a aumentar el aporte del muro perpendicular al muro en

estudio (M1Y).De acuerdo a las siguientes criterios, se agregara a su sección

transversal el mayor valor de:

25% de la sección transversal o.

6 veces su espesor del muro perpendicular al muro en estudio.

**Nota: Cuando un muro transversal concurra a dos muros, su contribución

a cada muro no excederá de la mitad de su longitud,

Con las siguientes cuatro ecuaciones se procederá a obtener los datos

necesarios del muro en estudio.

K = Em

h³/3I + f.h(Em/GA)

Con el factor “K” obtenemos KYi, resultante del producto de K con Yi

(distancia del punto de origen al centroide de la sección o muro real.

A continuación realizamos los ajustes necesarios que se menciono líneas

arriba, calculando las respectivas excentricidades que nos brindará el

centro de masa real.

Entre el centro de masas y el centro de rigidez se cumple:

ex =Xcm-Xcr

ey =Ycm-Ycr

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7. Conclusiones y Recomendaciones

Como conclusiones tenemos:

El método de diseño expuesto ha sido comprobado con éxito.

Diferenciar los diseños estructurales, de albañilería confinada y armada,

Emplear los métodos de diseño y verificaciones en los procesos

constructivos de edificaciones de albañilería, de diferentes tipos de

unidades de albañilería.

Como recomendaciones tenemos:

Emplear en los diseños las Normas de Edificación, con la finalidad de que

sea una construcción segura, útil y económica.

Seguir investigando sobre las nuevas técnicas constructivas en albañilería.

Diseñar al realizar los cálculos estructurales aplicando las Normativas

vigentes.

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8. REFERENCIAS

Proyecto de Normas Técnicas de Edificación E-070.

Análisis de Edificios. Ángel San Bartolomé. Fondo Editorial de la Pontificia

Universidad Católica del Perú, 1999.

Construcciones de Albañilería, Comportamiento Sísmico y Diseño

Estructural. Ángel San Bartolomé.

Fondo Editorial de la Pontificia Universidad Católica del Perú, 1998.

Normas Técnicas de Edificación E-030 – Diseño Sismorresistente.

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DENSIDAD MÍNIMA DE MUROS

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METRADO DE CARGAS

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ESFUERZO AXIAL

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CARGAS ACUMULADAS POR PISO

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CORTANTE BASAL

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CENTRO DE MASA

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CÁLCULO DE LA INERCIA

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CENTRO DE RIGIDEZ

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CALCULO DE EXCENTRICIDADES

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PLANOSPLANOS


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