07-Elementos No Estructurales

 

Introducció ón a la Introducción Dinámica Diná ámica de Estructuras y al Diseñ ño Sismo Resistente Diseño Josef Farbiarz F., M.S.C.E. Profesor Asociado

Facultad de Minas Universidad Nacional de Colombia Sede Medell Medellííín n

I.1

 

ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES Josef Farbiarz F.

Curso va en la 1 Universidad Nacional de Colombia

Centro de Proyectos e Investigaciones Sísmicas

 

CRÉDITOS CRÉ 

Ingeconcreto, Andrés Ochoa Sierra, Alejandro Arango L. Ilustraciones muros no estructurales 

Juan Ju an D. Ro Rodr drig igue uezz M. Animaciones

Centro de Proyectos e Investigaciones Universidad Nacional de Colombia

Sísmicas

 

ELEMENTO ESTRUCTURAL

  

Cargas muertas Cargas vivas Cargas transitorias PROPIAS Y AJENAS

Cimentación

 

ELEMENTO NO ESTRUCTURAL

  

Cargas muertas Cargas vivas Cargas transitorias SOLAMENTE PROPIAS

Apoyos

 

ELEMENTO NO ESTRUCTURAL PROPIEDADES

Función  Apariencia  Costo 

 

ELEMENTO NO ESTRUCTURAL FUNCIÓN

Arquitectónico,  hidráulico,  eléctrico,  mecánico,  sanitario,  conducción de gas,  etc. 

 

ELEMENTO NO ESTRUCTURAL APARIENCIA

Revoques,  enchapes,  vidrios,  frisos,  cortagoteras,  cerramientos,  etc. 

 

ELEMENTO NO ESTRUCTURAL COSTO

Frágiles (Alta vulnerabilidad)  Generalmente costosos  Alto porcentaje del total



(Hasta el 90 %)

 

ANTECEDENTES

 

ANTECEDENTES  Ausencia de diseño  Vicios constructivos 



Inexistencia de normatividad Numerosos daños

 

SOLUCIONES  Diseño y construcción apropiados •• Análisis Dimensionamiento • Materiales idóneos 

• Construcción con calidad

Normatividad

 

ANÁLISIS Y ANÁ DISEÑO

 

RESEÑA HISTÓRICA Appl plie ied d Tech Techno nolo logy gy Cou ounc ncilil  Ap (CÓDIGO ATC-3/78) 



Nat atio iona nall Earth arthqu quak ake e Haz azar ards ds Redu Re duct ctio ion n Prog Progra ram m (NEHRP-94) Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistentes (NSR-98)

 

TÍTULO A Capítulo Capít ulo 8. 8. Efecto Efectoss sísmi sísmicos cos ssobr obre e elementos estructurales que no hacen parte del sistema de resistencia sísmica  Cap Capít ítulo ulo 9. Eleme Elemento ntoss no estruct estructura urales les..



 

Capítulo 8. Efectos sísmicos sobre elementos estructurales que no hacen parte del sistema de resistencia sísmica     

Escaleras, rampas,etc. Tanques, piscinas, etc. Cerchas, correas, etc. Viguetas, etc. Ascensores, escaleras mecánicas, y sus apoyos.

 

Capítulo 9. Elementos no estructurales Elementos no estructurales  Acabados  Muros no estructurales  Elementos arquitectónicos  Instalaciones hidro-sanitarias     

Redes contra incendios Instalaciones eléctricas Instalaciones de gas Equipos mecánicos Instalaciones especiales

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO 

RESPONSABILIDAD RESPONSABILIDAD “... el profesional que firma o rotula el plano se hace responsable de que el diseño dise ño se se realiz realizó ó para el g grado rado de desempeño adecuado” A.9.3.1-NSR-98



“El que la pinta la lleva” Luis E. García R.

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO EXCENCIONES EXCENCIONES  

Amenaza sísmica baja Sólo grupos de Uso I y II A.9.1.3-NSR-98

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO GRADO DE DESEMPEÑO GRADO DE DESEMPEÑO  Superior: Daño mínimo, no interfiere con la operación de la edificación. 

Bueno:

Daño totalmente reparable, alguna interferencia en la operación. 

Bajo: Daño grave, inclusive no reparable, pero sin desprendimiento ni colapso

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO CLASIFICACIÓN DE LA EDIFICACIÓN CLASIFICACIÓN DE LA EDIFICACIÓN G GRUPO RUPO D DEE U USO SO GRADO GRADO DE DE D DESEMPEÑO ESEMPEÑO IV

SUPERIOR

III

BUENO

II

BUENO

I

BAJO

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO CLASIFICACIÓN DE LA EDIFICACIÓ CLASIFICACIÓ EDIFICACIÓN G RUPO DE DEESPECIAL USO GRADO GRADO DE DE DESEMPEÑO DESEMPEÑO GRUPO USO OCUPACION

Más de personas ATENCION LA COMUNIDAD IV 200 A SUPen ERIun OR mismo salón, OCUPACION NORMAL guarderías, colegios y universidades universidades, , EDIFICACIONES Estaciones de Bomberos, defensa civil, III BUENO grader gra derías ías al aire a ire libr l ibre e de más de 2 000 INDISPENSABLES Todas las edificaciones cubiertas por las fuerzas armadas y sedes de oficinas de NSR-98 NSR -98 que no esté e stén n inclu in cluida idas s en los l os personas, centros comerciales de más de I I B U E N O atenci ate nción ón de des desast astres res,ga ,garaj rajes es de Hospitales 2 y 3, Centrales otros 500 m² mgrupos ² por por piso, piso, edifi edificio cioss con con más más de telefónicas, telecomunicaciones, telecomunicacion es, 3la000 traba tr abajad jador ores, es, edific edi ficios ios vehículos de emergencia, y aquellas que I B A J O administración designe públicos. como tales. centrales de servicios gubernamentales.

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO  

Estrategia de diseñ diseño Aislamiento Acoplamiento

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO       

Fuerzas de diseñ diseño Peso propio Fuerzas inerciales Fuerzas eólicas Asentamiento relativo de apoyos Cambios de temperatura Cambios de humedad Flujo plástico

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO Fuerzas sí sísmicas

 F  = ma Mp Masa del elemento

axg Aceleración del piso x

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO Fuerzas sí sísmicas

 F  = ma

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO 

Fuerzas sí sísmicas La aceleración en el apoyo se comparte con el nivel estructural al cual pertenece el elemento a4 a3 a2

NIVEL 4

NIVEL 3

NIVEL 2

NIVEL 1

a1

NIVEL 0

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO Fuerzas sí sísmicas a4

NIVEL 4

NIVEL 3

a3 a2 a1

NIVEL 2

NIVEL 1

NIVEL 0

F  x 

a x  =

 

mx 

g 

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO Fuerzas sí sísmicas F4

NIVEL 4

NIVEL 3

F3 F2 F1

NIVEL 2

NIVEL 1

NIVEL 0

F0 = 0 (nivel del terreno) ¡¿ a0 = 0 ?!

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO Fuerzas sí sísmicas F4

NIVEL 4

NIVEL 3

F3 F2 F1

NIVEL 2

NIVEL 1

NIVEL 0

m(u&& + u&&S  ) + cu& + ku = o mu&& + cu& + ku = −mu&&S 

Solución ≈ aceleración absoluta  

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO Fuerzas sísmicas

H

h H 0.75H

0.75H Paul Pa ulay ay and and Pr Prie iest stle ley y

Vb = Sag

u&&S

Sa g

u&&ABS

 

PROCEDIMIENTO DE DISEÑ DISEÑO Fuerzas sí sísmicas H

Piso Masa m 4 m 3 m 2 m 1 m 0

h 1.00H 0.75H 0.50H 0.25H 0 Totales

Masa x h 1.00mH 0.75mH 0.50mH 0.25mH 0 2.50mH

CVx 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1

Fx Fx, Sag ax, Sag 0.4Vb 1.6m 1.6 0.3Vb 1.2m 1.2 0.2Vb 0.8m 0.8 0.1Vb 0.4m 0.4 0 0 0 Vb 4m

aabs 1.6Sag + as 1.2Sag + as 0.8Sag + as 0.4Sag + as 0

ax, g

0.75H

Aa = 0.2; T 8): • • •

Químicos Vaciados en el sitio Capítulo C.21

 

COEFICIENTE DEÍDISIPACIÓ DISIPACI ÓN DE ENERG A, Rp NO DÚCTILES (R=1,5) DÚ  Anclajes superficiales (L/φ < 8): • Químicos • Vaciados en el sitio • Pernos de expansión Tiros HÚMEDOS (R=0,5) •



Morteros mecánicoo adhesivos sin anclaje

 

PUNTO DE APLICACIÓ APLICACIÓN DE FP  

Centro de gravedad para Fpx, Fpy En equipos eléctricos-mecánicos debe adicionarse  

 F  Pz  = ±

 M P  g  3

 

ANCLAJES Y CONEXIONES p a la Transferencia de F estructura, despreciando:  

Fricción Tracción perpendicular en morteros

 

ELEMENTOS DE CONEXIÓ CONEXIÓN RESISTENCIA A FP EN DIRECCIONES DE MOVIMIENTO RESTRINGIDO, EN FACHADAS:  

Resistencia conexión: Resistencia p ernos y soldaduras:

p 1,33 F 3,00 Fp

 

FUERZAS EÓ EÓLICAS Rigen cuando: 

 F V  ≥  0.7 F  p

Diseño por resistencia última para 1,4 Fv Coeficiente de presión

 P = Cp q Presión del viento

S 4

Presión dinámica del viento

Coeficiente de densidad del aire

 

Modelos matemá matemáticos de análisis aná

 

q p

q p

A h p

h p

B

SOLAMENTE VÁLIDOS CUANDO LOS Voladizo Simplemente ELEMENTOS DE APOYO SE SOPORTAN EN Voladizo apoyado LOSapoyado DIAFRAGMAS

Panel bidirecciona bidireccionall apoyado en tres o cuatro bordes

h p

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS  

Empalmes con redes externas Interruptores automáticos (Cuando A ≥ 0,50 A ) 0

a

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS 

Cambios de rigidez

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS 

Cambios de rigidez

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS 

Cambios de rigidez

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS 

Columna corta o cautiva

COLUMNA CORTA

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS 

Columna corta o cautiva

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS 

Columna corta o cautiva 1

1

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS 

Columna corta o cautiva

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS 

Escaleras y rampas

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS 

Escaleras y rampas

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS 

Escaleras y rampas

 

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS 

Escaleras y rampas

 

CARGAS APLICADAS Peso propio Fuer Fu erzza de sis sismo mo

Fuerza de sis sismo o viento

 

RUTA DE FALLA 

Agrietamiento • • •



Se supera la resistencia a tracción del muro Primera fisura Propagación de fisuras

Falla • •

Se abren secciones debilitadas por aberturas en los muros Pérdida de estabilidad por agrietamiento

•

Pérdida de estabilidad por carencia de soporte

 

FUERZAS PERPENDICULARES AL PLANO DEL MURO

 

MURO APOYADO SÓ SÓLO ABAJO

 

MECANISMO DE COLAP COLAP APSO SO

 

ESTADO MÁ MÁXIMO DE FLEXIÓ FLEXIÓN EN LA BASE P1

 

ROTACIÓN EN LA BASE ROTACIÓ P2 > P1

 

COLAPSO

 

MURO APOYADO ARRIBA Y ABAJO

 

MECANISMO DE COLAPSO    P   a    d   a   c    i    l   p   a    l   a   r   e    t   a    l   a   g   r   a    C

Deflexión lateral en el centro de la luz

 

P1

   P   a    d   a   c    i    l   p   a    l   a   r   e    t   a    l   a   g   r   a    C

Deflexión lateral en el centro de la luz

 

ROTA LA BASE P2 > P1

   P   a    d   a   c    i    l   p   a    l   a   r   e    t   a    l

Rota la base

  a   g   r   a    C

Deflexión lateral en el centro de la luz

 

P3 > P2

   P   a    d   a   c    i    l   p   a    l   a   r   e    t   a    l

Rota la base

  a   g   r   a    C

Deflexión lateral en el centro de la luz

 

PRIMERA GRIETA PRIMERA P4 > P3

   P   a    d   a   c    i    l   p   a    l   a   r   e    t   a    l

Se agrieta en el centro

Rota la base

  a   g   r   a    C

Deflexión lateral en el centro de la luz

 

P5 < P4

   P   a    d   a   c    i    l   p   a    l   a   r   e    t   a    l

Se agrieta en el centro

Rota la base

  a   g   r   a    C

Deflexión lateral en el centro de la luz

 

MECANISMO DE COLAPSO P5 < P4

   P   a    d   a   c    i    l   p   a    l   a   r   e    t   a    l   a   g   r   a    C

Se agrieta en el centro

Rota la base Se forma el mecanismo Se colapsa Deflexión lateral en el centro de la luz

 

MURO APOYADO ABAJO Y A LOS LADOS

 

ESTADO INICIAL P=0

Estado de Tensiones en la base del muro

 

ESTADO MÁ MÁXIMO DE FLEXIÓ FLEXIÓN EN LA BASE P1

Estado de Tensiones en la base del muro

 

ESTADO MÁXIMO DE FLEXIÓN EN EL CENTRO DEL MURO P2 > P1

Estado de Tensiones en muro

 

PRIMERA GRIETA P3 > P2

Estado de Tensiones en muro

 

COLAPSO P4 < P3

Estado de Tensiones en muro

 

MURO APOYADO EN TODOS LOS BORDES P4 < P3

Estado de Tensiones en muro

 

MURO APOYADO EN TODOS LOS BORDES P4 < P3

Estado de Tensiones en muro

 

FUERZAS PARALELAS AL PLANO DEL MURO

 

MURO CONFINADO POR ESTRUCTURA

 

FALLA POR TRACCIÓ TRACCIÓN INDIRECTA

 

FALLA POR TRACCIÓ TRACCIÓN INDIRECTA

 

FALLA POR TRACCIÓ TRACCIÓN INDIRECTA

 

FALLA POR TRACCIÓ TRACCIÓN INDIRECTA

 

(Baja cargaCORTANTE vertical) FALLA POR

 

(MorteroPOR débil, unidad fuerte) FALLA CORTANTE

 

FALLA POR FLEXIÓ FLEXIÓN

 

FALLA POR COMPRESIÓ COMPRESIÓN

 

SOLUCIONES

 

SEPARACI SEPARACI CIÓ ÓN DE LA ESTRUCTURA Para que no sean sometidos a fuerzas diferentes a las inerciales propias.

Deriva de piso

 

TAMAÑO DE LA JUNTA TAMAÑ ∆i+∆fp

Deriva



Añadir un porcentaje adicional para evitar densificación del material.

 

AISLAMIENTO DE LA JUNTA 

Visual, acústico y térmico  Impermeab Impermeable le (donde se se requiera)

 

AISLAMIENTO DE LA JUNTA Propiedades requeridas.  Soporte para acabado  Baja rigidez (flexible) •

A cargas estáticas y dinámicas



No biodegradable biodegradable



Fácil reemplazo y reparación

 

EJEMPLOS Aire  Morteros elásticos  Espumas sintéticas  Lanas minerales 



Etc.

 

AISLAMIENTO LATERAL Respaldo

Aislante Mampostería

Columna o viga Junta de aislamiento

Revoque

 

DETALLE DE AISLAMIENTO PARCIAL (Continuación...) (Continuació

Junta de aislamiento

Sección rectangular  2:1 aislante

1 2

 

AISLAMIENTO LATERAL

Mampostería Columna o viga

Revoque Lana mineral

 

ANCLAJE A LA ESTRUCTURA Para que las fuerzas inerciales sean transferidas y se evite el volcamiento

 

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE 

Ángulos de acero (Continuos o discontinuos)

Losa

Angulo metálico Muro

Aislante

 

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE 

Ángulos de acero (Continuos o discontinuos)

Losa

Angulo metálico Muro

Aislante

 

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE 

Barras de refuerzo (Continuas o discontinuas)

Losa

Barra de refuerzo delgada Tubo plástico

Aislante

Muro

 

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE 

Barras de refuerzo (Continuas o discontinuas)

Losa

Barra de refuerzo

Mortero

Aislante

Muro

 

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE 

Pletinas de acero

VIGA

PLETINA ULTIMA HILADA SIN RELLENO CELDA RELLENA

BARRA DE

REFUERZO

 

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE 

Pletinas de acero

 

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE 

Pletinas de acero

 

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE 

Pletinas de acero

 

SOPORTE INFERIOR Muro

Barra de refuerzo delgada

 

SOPORTE INFERIOR

Sólo para muros interiores Muro Aislante del piso Piso

Losa

Muro pegado con mortero a la estructura de hormigón

 

VICIOS CONSTRUCTIVOS

 

MURO DELGADO VOLADO DE LA FACHADA Muro Fachada

Piso

Cuelga Losa

 

MURO DELGADO VOLADO DE LA FACHADA Peso del muro Sentido del sismo

Fuerzas de adherencia

Losa

 

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓ SOLUCIÓN Muro Fachada e=15 mínimo

Piso

Barra soldada

Sellante Losa

Losa Barra o pletina de refuerzo

 

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓ SOLUCIÓN Angulo metálico

Muro fachada

Anclaje

Muro fachada

Apoyada piso a piso

Apoyada abajo

 

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓ SOLUCIÓN 

Las juntas de expansión y de construcción son esenciales

 

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