Albañileria 2
December 7, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS “ESCUELA PROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL”
ANALISIS ESTRUCTURAL curso de Albañilería
Alumnos: JIMENEZ CHOQUECAHUA, Jonathan Jack LEZAMA CUELLAR, Christian RIVERA YNOUYE, Oscar Guido
Docente: Ing. Rick Milton Delgadillo Ayala
Ayacucho,, Marzo del 2018 Ayacucho
Resumen Resumen Debido a la importancia de conocer el tratamiento estructural de los muros de albañilería, se desarrolla del análisis estructural de dicho muro, conceptos que puedan ayudarnos a entender la forma de trabajo y de cálculos. Se realiza el análisis de cálculo en cargas verticales y horizontales para finalmente realizar una idealización estructural. estructural. Luego el análisis estático para cumplir cumplir nuestro cometido.
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Índice General General capitulo 1 ...................... ............................................. ............................................. ............................................ ............................................. ...................................... ...............2 Marco Teorico ..................... ............................................ .............................................. ............................................. ............................................. .............................. .......2 1.1 Análisis Estructural...................................... Estructural............................................................ ............................................. ...................................... ...............2 1.2 Análisis Por Carga Vertical ......................... ............................................... ............................................. ...................................... ............... 2 1.2.1 Metodología ................... ......................................... ............................................ ............................................. ...................................... ...............2 1.3 Análisis Por Carga Horizontal (Sismos)..................... ............................................ ............................................. ......................4 1.4 Idealización Estructural .................... .......................................... ............................................. ............................................. .......................... .... 4 1.5 Determinacion De La Rigidez De Un Muro De Albañileria ................................... ...................................5 1.6 Metodología De Análisis Estatico .......................................... ................................................................ ............................... ......... 10 Concluciones .................... ........................................... ............................................. ............................................ ............................................. ................................ ......... 20 Bibliografía ...................... ............................................. ............................................. ............................................ ............................................. ................................ ......... 21
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Índice Figuras Figuras Figura 1 Pirámide de análisis estructural .......... ................................ ............................................ ............................................. .......................2 Figura 2 Carga vertical actuante en muro de albañilería........................................... ...................................................... ........... 3 Figura 3 Idealización estructural de un muro de albañilería. ........................................... ............................................... .... 5 Figura 4 Determinación de la ri rigidez gidez de un muro de albañilería ......................................... .........................................5 Figura 5 Rigidez por flex flexión ión en muro de albañilería .......... ................................. ............................................. .......................... .... 6 Figura 6 Rigidez por flexión en un muro de albañilería ....................................... ...................................................... ............... 7 Figura 7 de toma de medidas ............................ .................................................. ............................................. ............................................. ......................7 Figura 8 Ejemplo ilustrativo ilustrativo...................... ............................................. .............................................. ............................................. ............................. ....... 8 Figura 9 Distribución en "V" en altura.................... .......................................... ............................................. .................................... ............. 14 Figura 10 Distribución de Vn en muros proporcional a su ri rigidez gidez lateral ......................... ......................... 15 Figura 11 Centro de rigidez y centro de masas ................... .......................................... .............................................. ......................... 17 Figura 12 Dato para el cálculo de incremento de ffuerzas uerzas cortantes. ..................... .................................. ............. 19
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Índice De Tablas Tablas Tabla 1 Factor de zona ........................ .............................................. ............................................. ............................................. ................................... ............. 11 Tabla 2 Categoría de las Edificaciones ............................. ................................................... ............................................. ............................ ..... 12
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Introducción Introducción La configuración estructural es el aspecto más importante en el diseño de estructuras sismoresistentes y se define como el tamaño, forma y proporciones del edificio, así como la naturaleza, geometría y ubicación de los elementos estructurales y no estructurales que pueden influir en su comportamiento frente al sismo. (Abanto, Tomas-2007. P 165) El análisis estructural en la ingeniería civil es idealizar mediante cálculos matemáticos, en especial ecuaciones de la resistencia de materiales para encontrar los esfuerzos internos, deformaciones, tenciones y desplazamientos que actúan sobre cualquier estructura resistente. El objetivo del Análisis Estructural en el curso de albañilería es utilizar esquemas matemáticos para verificar el comportamiento de estructuras donde se utilice la albañilería confinada como parte del mismo.
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CAPITULO 1 MARCO TEORICO 1.1 ANÁLISIS ESTRUCTURAL Las estructuras se definen como los sistemas que soportan cargas, deformaciones, vibraciones, o fluir dependiendo de las condiciones a que estén sometidas. (KARDESTUNCER, 1975, p. 50)
Figura 1 Pirámide de análisis estructural estructural
El análisis estructural de una edificación tiene como objetivo encontrar las fuerzas y momentos internos originados por la carga vertical y horizontal(sismo). En cada uno de los elementos del sistema estructural para finalmente proceder al diseño. (Abanto, Tomas-2007. P 231)
1.2 ANÁLISIS POR CARGA VERTICAL Las cargas verticales provienen de las cargas muertas (P D) y de las sobrecargas (P L) aplicamos a los muros.
1.2.1 Metodología 1. Para cada muro se evalúa las cargas actuantes acumulativas, según su área tributaria tr ibutaria (metrado). 2. Se determina el esfuerzo actuante por carga vertical (σ (σa): 2
3. Se determina el esfuerzo admisible por carga vertical ((σσm): 4. Se compara el esfuerzo actuante(σ actuante(σa) con el esfuerzo admisible( admisible(σσa): Si (σ (σa) < (σ (σa) entonces la sección del muro es adecuada para este efecto. Si (σ (σa) > (σ ( σa) entonces la sección del muro no es suficiente. En este caso habrá que aumentar el espesor del muro o incrementar la resistencia a la compresión de la albañilería (δ (δm) con un ladrillo de mayor calidad. Otra alternativa es utilizar muros de concreto armado (placas) 5. Se verifica el espesor del muro. Para la albañilería confinada se debe cumplir que T ≥ h/20 (para las zonas sísmicas 2,3 y 4). 4). T ≥ h/25 (para la zona sísmica 1). 1).
Figura 2 Carga vertical actuante en muro de albañilería
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1.3 ANÁLISIS POR CARGA HORIZONTAL (SISMOS) La estructura de albañilería confinada son edificaciones de mediana altura de 15 m o cinco pisos como máximo según la norma E 070, por lo cual es suficiente hacer el análisis sísmico mediante el método estático. Este método representa las solicitaciones sísmicas mediante un conjunto de fuerzas actuando en el centro de masas de cada nivel de la edificación. Las edificaciones de albañilerías son estructuras compuestas de muros de ladrillo reforzadas, cimentación, techo de concreto armado actuando con diafragmas horizontales. El modelaje de la edificación supone que los muros se encuentran empotrados en la cimentación, que están conectados por los diafragmas que actúan como voladizos; consecuentemente consecue ntemente la fuerza cortante en la base del edificio determinada de acuerdo a la Norma E.030 es repartida en cada piso del edificio. Esta fuerza cortante existente en cada nivel es distribuida proporcionalmente a la rigidez lateral de cada muro. A esta carga se añade el cortante por torsión producido por el momento torsor que surge a consecuencia de la excentricidad del centro de la fuerza cortante y del centro de rigidez de los muros en el nivel considerado. (ABANTO, 2007, p. 232)
1.4 IDEALIZACIÓN ESTRUCTURAL Se utilizar el método del análisis por rigideces, en el cual considera a los muros como placas rectangulares homogéneas. Se toma en cuenta la rigidez lateral de los muros en el sentido que se efectúa el análisis. Consideración: En cada entrepiso el muro se comporta como un elemento en voladizo. La fuerza sísmica actúa en el nivel de cada piso. Todos los elementos resistentes en cualquier piso tienen el mismo desplazamiento horizontal relativo. 4
La fuerza sísmica se distribuye en forma proporcional a la rigidez relativa de cada muro.
Figura 3 Idealización estructural estructural de un muro de albañilería.
1.5 DETERMINACION DE LA RIGIDEZ DE UN MURO DE ALBAÑILERIA La rigidez de un muro de ladrillo se expresa como la relación que existe entre la fuerza aplicada y la deformación generada por esta fuerza. (GALLEGOS & CASABONE, 2005, p. 245). El desplazamiento total del muro está compuesto por la deformación por flexión y la deformación por corte, es decir:
d = df = = ds
Figura 4 Determinación de la rigidez de un muro de albañilería
Donde:
ó
5
K f f y y k S son la rigidez por flexión y corte, respectivamente.
Si denominamos a K como la rigidez total equivalente del muro después de reemplazar en la expresión anterior, se tiene:
;
+
Rigidez por flexión
. .
Figura 5 Rigidez por flexión flexión en muro de albañilería
Rigidez por corte
. .
Donde:
G = Modulo de corte = 0.40 Em A = Área = l . t
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flexión en un muro de albañilería Figura 6 Rigidez por flexión
Luego la rigidez del muro resulta ser:
+
Em = 500δ 500δm
Donde: K : Rigidez lateral en kg/m Em : Módulo de elas elasticidad ticidad de la albañea albañearía ría en kg/cm2 t
: Dimensión del muro perpendicu perpendicular lar a la dirección analizada (cm)
l
: Dimensión del muro perpendicu perpendicular lar a la dirección analizada (cm)
h
: Altura del muro (cm)
δm : Resistencia a compresión axial de la albañearía (kg/cm2)
Figura 7 de toma de medidas
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Ejemplo: Calcular la rigidez del muro de albañearía mostrada en la figura l = 4.80 m, h = 2.40 m, t = 0.13 (soga), δm= 65 kg/cm2
Figura 8 Ejemplo Ejemplo ilustrativo ilustrativo
Direction “y”:
[4 2.4.480.0013 31002.4.4800 ]
K y = 6.5 Em
K y = 6.5 x 32 500 = 211 250 kg/cm = 211,250 t/cm
Direction “x”:
[4 2.0.414.0380 31002.0.4103 ]
K x = 0.019 Em
K x = 0.019 x 32 500 = 618, 45 kg/cm = 0.618t/cm
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Si el muro fuera de cabeza, entonces t = 0.23m y tendríamos: Direction “y”:
[ 0.23 100 ] 4 4.2.8400 3 4.2.8400
K y = 11,5 Em
K y = 11.5 x 32 500 = 373 750 kg/cm = 373,75 t/cm
Direction “x”:
[ 4.80 100 ] 4 0.2.24330 3 0.2.24330
K x = 0.105 Em
K x = 0.105 x 32 500 = 3409,05 kg/cm = 3.41 t/cm
Entonces: Cuando el aparejo es de soga K y = 342 K x, lo que quiere decir que el muro en la dirección “y” es 342 veces resistente que en la dirección “x” frente al sismo. sismo. Muro de soga K Y= 342 K x sismo
sismo
Cuando el aparejo es de cabeza Ky = 110 K x, lo que quiere decir que el muro en la dirección “y” es 111 veces más resistentes que en la l a dirección “x” frente al sismo. sismo.
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Muro de cabeza K Y= 110 K x sismo
sismo
Si comparamos para la dirección “y” el muro es emparejo de cabeza vs soga tenemos: K y (cabeza) = 2 k y (soga), lo que quiere decir que un muro de cabeza resiste aproximadamente el doble que el mismo colocado de soga frente al mismo.
Si comparamos la dirección “x” el muro en aparejo de cabeza vs soga tenemos: K x (cabeza) = 5 k x (soga). Lo que quiere decir que un muro de cabeza resiste aproximadamente 5 veces que el mismo colocado de soga frente al mismo. Muro de cabeza
Muro de soga
K Y= 110 K x
K Y= 342 K x sismo
sismo
sismo
sismo
KY (cabeza) ≈ 2 KY (soga) KX (cabeza) ≈ 5 KX (soga)
1.6 METODOLOGÍA DE ANÁLISIS ESTATICO Aquí se verifica si las secciones de los muros de cada nivel son adecuadas para resistir los esfuerzos producidos por corte, originarios por sismo ya analizados por cargas verticales y con la densidad mínima de uros recomendad recomendada. a. Este análisis se resume a los siguientes pasos.
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A) Determinación del peso total de la edificación (P) El peso p se calculará adicionando a la carga permanente de la edificación un porcentaje de la carga viva.
B) Calculo de la fuerza cortante en la base del edificio. La fuerza cortante total en la base de la edificación producida por la presencia de un sismo, se determinará con la expresión siguiente de acuerdo al Reglemento Nacional de Edificaciones Norma E. 030:
. Haciendo
C/R ≥0.125
⇒ ..
Se observa que la fuerza cortante “V” es un porcentaje del peso total de la edificación “P”. “P”. Donde:
V: Fuerza cortante en la base de la estructura. Z: Factor de zona (Ver tabla 1) U: Factor de uso o importancia (Ver tabla 2) C: factor de ampliación sísmica. S: Factor de amplificación del suelo. R: Coeficiente de reducción de las fuerzas sísmicas P: Peso total de la edificación X: Coeficiente de proporcionalidad. p roporcionalidad. Tabla 1 Factor de zona
FACTORES DE ZONA Zona Z 0.45 1 2 0.35 3 0.25 4 0.10
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Tabla 2 Categoría de las Edificaciones
CATEGORIA DE LA EDIFICAIONES Y FACTOR “U”
CATEGO CAT EGORIA RIA
DESCRI DESCRIPC PCII N A1: Establecimiento de salud del Sector Salud (públicos y privados) del segundo y tercer nivel, según lo normado por el Ministerio de Salud. A2: Edificaciones esenciales cuya función no debería interrumpirse inmediatamente después de que ocurra un sismo severo tale como: Establecimientos de salud no comprendidos en la categoría A1. Puertos, aeropuertos, locales municipales, centrales de comunicaciones. Estaciones de bomberos, cuarteles de las fuerzas armadas y A policía. EDIFICACIONES Instalaciones de generación y transformación de ESENCIALES electricidad. Reservorios y planta de tratamientos de agua. Todas aquellas edificaciones que puedan servir de
FACTOR FACTOR U Ver nota 1
refugio después de un desastre como instituciones educativas, institutos tales superiores tecnológicos y universidades. Se incluyen edificaciones cuyo colapso puede representar un riesgo adicional tales como grandes hornos, fábricas y depósitos de materiales inflamables infl amables o tóxicos. Edificios que almacén archivos e información esencial del estado. Edificaciones donde se reúnen gran cantidad de personas tales como como cines, teatros, estadios, coliseos, coliseos, centros comerciales, terminales de pasajeros, B EDIFICACIONES establecimientos penitenciarios, i que guardan IMPORTANTES patrimonios valiosos como museos y bibliotecas. También se considerarán depósitos de granos y otros almacenes importantes para el abastecimiento. Edificaciones comunes tales como: C Viviendas, oficinas, hoteles, restaurantes, depósitos e EDIFICACIONES instalaciones industriales cuya falla no acarre peligros COMUNES adicionales de incendios o fugas de contaminantes. D Construcciones provisionales para depósitos, cacetas EDIFICACIONES y otras similares. TEMPORALES
1.5
1.3
1
Ver nota 2
NOTA 1: Las nuevas edificaciones de categoría A1 tendrán aislamiento sísmico en la base cuando se encuentren en las zonas sísmicas 4 y 3. En las zonas 1 y 2 la entidad responsable podrá decir si usa o no aislamiento sísmico. Si no se utiliza en las zonas sísmicas sísmicas 1 y 2, el valor de U será co como mo mínimo de 1.5 NOTA 2: En estas edificaciones deberá proveerse resistencia y rigidez adecuadas para acciones laterales a criterio del proyectista.
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Factor de amplificación sísmica(c). T
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