Los Cuatros Sistemas Estructurales de Concreto Armado

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE Lauréate International UniversitiesⓇ FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

SISTEMA ESTRUCTURAL DE CONCRETO ARMADO

CURSO:

ESTRUCTURAS Y CARGAS

CLASE:

10021343.

PROFESOR:

PINTO BARRANTES RAUL.

ALUMNO:

HURTADO ZELADA ANIBAL.

MAYO 2014 LIMA – PERU

TERMINOLOGÍA

Concreto del recubrimiento: Es el concreto localizado por fuera del refuerzo transversal del confinamiento. Columna: Elemento estructural (vertical), cuya solicitud principal es la carga axial de compresión, acompañada o no de momentos flectores, torsión o esfuerzos cortantes. Las dimensiones mínimas de las columnas de la estructura principal según la nsr 98 son de un diámetro mínimo de 0.25 m para secciones circulares y una dimensión mayor a 0.20 m con área de 0.06 m3 para columnas con área rectangular. Concreto: Mezcla homogénea de material cementante, agregados inertes yagua, con o sin aditivos. Concreto ciclópeo: Mezcla de concreto simple y agregado grueso seleccionado con tamaños entre los 150 y 300 mm, utilizada para la construcción de elementos estructurales que trabajan predominantemente a compresión. Concreto de peso normal: Se entiende por concreto de peso normal aquel en el cual se han utilizado agregados inertes cuya masa específica es mayor que 1840kg/m3. Estribo de confinamiento: Es un estribo rectangular cerrado, de barra de diámetro al menos no. 3. Curado: Proceso mediante el cual el concreto endurece y adquiere resistencia, una vez colocado en su posición final. Diafragmas estructurales: Son conjuntos de elementos estructurales, tales como las losas de entrepiso o de cubierta, que transmiten las fuerzas inerciales a los elementos del sistema de resistencia sísmica. Encofrados y formaletas: Moldes con la forma y las dimensiones de los elementos estructurales, en los cuales se coloca el refuerzo y se vierte el concreto fresco.

Junta de construcción: Interrupción de la colocación del concreto, ya sea temporal, de construcción, o permanente. Junta de expansión: Separación entre porciones adyacentes de la estructura de concreto, localizada en un lugar establecido momentos y fuerzas axiales inducidas por cargas verticales y horizontales. un muro de cortante es un muro estructural. Nudo: es la porción de columna limitada por las superficies superiores e inferiores de las vigas que llegan a ella. Pórtico: Conjunto estructural constituido por vigas y columnas unidas rígidamente. Prefabricado: Elemento de concreto, con o sin esfuerzo, que se construye en un lugar diferente al de su posición final dentro de la estructura. Refuerzo: Acero en una de las tres formas siguientes, colocado para absorber esfuerzos de tracción, de compresión, de corte o de torsión en conjunto con el concreto: a. Grupo de barras de acero corrugado que cumple las normas NTC 2289 (A5TM A706) o NTC 248 (ASTM A615). O barras lisas que cumplen la norma NTC 161 (ASTM A615), de forma rectas, dobladas, con o sin ganchos, o en forma de estribos. b. Malla electrosoldada. c. Alambres o cables de alta resistencia destinados principalmente al concreto preesforzado. Losa: Elemento estructural horizontal, o aproximadamente horizontal, macizo o con nervaduras, que trabaja en una o dos direcciones, de espesor pequeño en relación con sus otras dos dimensiones. Muro: Elemento cuyo espesor es mucho menor en relación con sus otras dos dimensiones, usualmente vertical, utilizado para delimitar espacios. Muro estructural: Son muros que se dimensionan y diseñan para que resistan la combinación de fuerzas cortantes. Viga: Elemento estructural, horizontal o aproximadamente horizontal, cuya dimensión longitudinal es mayor que las otras dos y su solicitación principal es el momento flector, acompañado o no de cargas axiales, fuerzas cortantes y torsiones. Vigueta o nervadura: Elemento estructural que forma parte de una losa nervada, el cual trabaja principalmente a flexión.

SISTEMAS ESTRUCTURALES

Los sistemas estructurales se clasificarán según los materiales usados y el sistema de estructuración sismorresistente predominante en cada dirección. Según la clasificación que se haga de una edificación se usará un coeficiente de reducción de fuerza sísmica (R). Para el diseño por resistencia última las fuerzas sísmicas internas deben combinarse con factores de carga unitarios. En caso contrario podrá usarse como (R) los valores establecidos previa multiplicación por el factor de carga de sismo correspondiente. (ver Tabla No 6).

1. Por lo menos el 80% del cortante en la base actúa sobre las columnas de los pórticos que cumplan los requisitos de la NTE E.060 Concreto Armado. En caso se tengan muros estructurales, estos deberán diseñarse para resistir una fracción de la acción sísmica total de acuerdo con su rigidez. 2. Las acciones sísmicas son resistidas por una combinación de pórticos y muros estructurales. Los pórticos deberán ser diseñados para tomar por lo menos 25% del cortante en la base. Los muros estructurales serán diseñados para las fuerzas obtenidas del análisis según Artículo 16 (16.2) 3. Sistema en el que la resistencia sísmica está dada predominantemente por muros estructurales sobre los que actúa por lo menos el 80% del cortante en la base. 4. Edificación de baja altura con alta densidad de muros de ductilidad limitada. 5. Para diseño por esfuerzos admisibles el valor de R será 6 (*) Estos coeficientes se aplicarán únicamente a estructuras en las que los elementos verticales y horizontales permitan la disipación de la energía manteniendo la estabilidad de la estructura. No se aplican a estructuras tipo péndulo invertido. (**) Para estructuras irregulares, los valores de R deben ser tomados como ¾ de los anotados en la Tabla. Para construcciones de tierra referirse a la NTE E.080 Adobe. Este tipo de construcciones no se recomienda en suelos S3, ni se permite en suelos S4.También debemos de mencionar la configuración estructural de los diferentes sistemas estructurales. CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL Las estructuras deben ser clasificadas como regulares o irregulares con el fin de determinar el procedimiento adecuado de análisis y los valores apropiados del factor de reducción de fuerza sísmica (Tabla N° 6). a.

Estructuras

Regulares. Son las que no tienen discontinuidades

significativas horizontales o verticales en su configuración resistente a cargas laterales. b. Estructuras Irregulares. Se definen como estructuras irregulares aquellas que presentan una o más de las características indicadas en la Tabla N°4 o Tabla N° 5.

Tabla N° 4 IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA Irregularidades de Rigidez – Piso blando En cada dirección la suma de las áreas de las secciones transversales de los elementos verticales resistentes al corte en un entrepiso, columnas y muros, es menor que 85 % de la correspondiente suma para el entrepiso superior, o es menor que 90 % del promedio para los 3 pisos superiores. No es aplicable en sótanos. Para pisos de altura diferente multiplicar los valores anteriores por (hi/hd) donde hd es altura diferente de piso y hi es la altura típica de piso. Irregularidad de Masa Se considera que existe irregularidad de masa, cuando la masa de un piso es mayor que el 150% de la masa de un piso adyacente. No es aplicable en azoteas Irregularidad Geométrica Vertical La dimensión en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 130% de la correspondiente dimensión en un piso adyacente. No es aplicable en azoteas ni en sótanos Discontinuidad en los Sistemas Resistentes. Desalineamiento de elementos verticales, tanto por un cambio de orientación, como por un desplazamiento de magnitud mayor que la dimensión del elemento.

Tabla N° 5 IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA Irregularidad Torsional Se considerará sólo en edificios con diafragmas rígidos en los que el desplazamiento promedio de algún entrepiso exceda del 50% del máximo permisible indicado en la Tabla N°8 del Artículo 15 (15.1). En cualquiera de las direcciones de análisis, el desplazamiento relativo máximo entre dos pisos consecutivos, en un extremo del edificio, es mayor que 1,3 veces el promedio de este desplazamiento relativo máximo con el desplazamiento relativo que simultáneamente se obtiene en el extremo opuesto. Esquinas Entrantes La configuración en planta y el sistema resistente de la estructura, tienen esquinas entrantes, cuyas dimensiones en ambas direcciones, son mayores que el 20 % de la correspondiente dimensión total en planta. Discontinuidad del Diafragma Diafragma con discontinuidades abruptas o variaciones en rigidez, incluyendo áreas abiertas mayores a 50% del área bruta del diafragma.

SISTEMAS ESTRUCTURALES DE CONCRETO ARMADO TIPOLOGIA En las normas suelen distinguirse cuatro tipologías estructurales de concreto armado, en función de los elementos del sistema resistente a sismos. Estas son las siguientes: Tipo I Estructuras capaces de resistir la totalidad de las acciones sísmicas mediante deformaciones debidas esencialmente a la flexión de sus miembros estructurales, tales como los sistemas estructurales constituídos principalmente por pórticos. Tipo II Estructuras constituídas por pórticos y muros estructurales de concreto armado o pórticos diagonalizados, cuya acción conjunta sea capaz de resistir la totalidad de las fuerzas sísmicas. Los pórticos por si sólos deben estar en capacidad de resistir por lo menos el 25% de esas fuerzas. Tipo III Estructuras capaces de resistir la totalidad de las acciones sísmicas mediante pórticos diagonalizados o muros estructurales de concreto armado, que soportan la totalidad de las cargas permanentes y variables. Los últimos son los sistemas comúnmente denominados apantallados o de muros estructurales. Se consideran igualmente dentro de este grupo las estructuras Tipo II cuyos pórticos no sean capaces de resistir por sí sólos el 25% de las fuerzas sísmicas totales, pero sí contribuyan a resistir las cargas gravitacionales. Tipo IV Estructuras sustentadas por una sola columna. Estructuras que no posean diafragmas con la rigidez y resistencia necesaria para distribuir eficazmente las fuerzas sísmicas entre los diversos miembros verticales. Todos los tipos de estructuras, con excepción del Tipo IV, deberán poseer suficientes diafragmas para distribuir eficazmente las acciones sísmicas entre los diferentes miembros del sistema resistente a sismos.

SISTEMA ESTRUCTURAL DE CONCRETO ARMADO

SISTEMA APORTICADO

SISTEMA DE MUROS ESTRUCTURALES

SISTEMA DUAL

SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA

SISTEMA APORTICADO ¿Hasta cuantos pisos se puede construir en el Sistema Aporticado? Podría ser hasta unos 8 pisos, El sistema porticado tiene la ventaja al permitir ejecutar todas las modificaciones que se quieran al interior de la vivienda, ya que en ciertos muros, al no soportar peso, tienen la posibilidad de moverse. •El sistema porticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y que implica el uso del ladrillo. El ladrillo es un materia que aísla más el ruido de un espacio a otro. • El sistema porticado por la utilización muros de ladrillo y éstos por ser estos huecos y tener una especie de cámara de aire, el calor que trasmiten al interior de la vivienda es mucho poco. •Gran libertad en la distribución de los espacios internos del edificio. •Son estructuras muy flexibles que atraen pequeñas solicitaciones sísmicas. •Disipan grandes cantidades de energía gracias a la ductilidad que poseen los elementos y la gran hiperestaticidad del sistema.

SISTEMA APORTICADO

SISTEMA DUAL ¿Hasta cuantos pisos de puede construir en el sistema dual? Hasta unos 20 pisos si se construye más se hace un sobredimensionamiento. Es un sistema mixto de pórticos reforzados por muros de carga o diagonales de arriostramiento. En este sistema los muros tienden a tomar una mayor proporción de los esfuerzos en los niveles inferiores, mientras que los pórticos pueden disipar energía en los niveles superiores.

Figura 1 _ Distintos sistemas duales.

Es muy común, sobretodo en la vieja práctica, que cuando se diseñan estructuras duales se supone que los muros resisten todas las fuerzas laterales y el sistema aporticado todas las gravitacionales. Esta suposición arroja un error despreciable en estructuras de alturas moderadas, aproximadamente 20 pisos, pero para edificios de alturas mayores se incurre a un sobredimensionamiento de la estructura, ya que se desperdicia buena parte de la resistencia de ambos sistemas. Aunque la Norma COVENIN 1753-2001 en el subcapítulo 6.3 especifica que para estructuras duales, el pórtico debe resistir al menos el 25% de las cargas laterales. El problema que posee este sistema estructural es que hay que ser muy cuidadoso en cuanto a la configuración de los elementos rígidos, ya que tienen una extrema diferencia de rigidez comparado a los pórticos y esto puede causar concentraciones excesivas de esfuerzos en algunas zonas del edificio y una mala distribución de cargas hacia las fundaciones.

DUCTILIDAD LIMITADO Hasta cuantos pisos se puede construir con el sistema de ductilidad limitada El máximo número de pisos que se puede construir con este sistema es de 7. Entre sus principales características arquitectónicas tenemos que son edificaciones de poca altura (entre 5 y 7 pisos) con pisos típicos con el fin de optimizar el proceso constructivo y todos los muros son portantes. Por otro lado, entre sus desventajas, se han registro por parte de sus usuarios problemas térmicos y acústicos. Los EMDL se caracterizan por tener un sistema estructural donde la resistencia sísmica y de cargas de gravedad en las dos direcciones está dada por muros de concreto armado que no pueden desarrollar desplazamientos inelásticos importantes. En este sistema los muros son de espesores reducidos, se prescinde de extremos confinados y el refuerzo vertical se dispone en una sola hilera. Los sistemas de piso son losas macizas o aligeradas que cumplen la función de diafragma rígido.

MUROS DE CONCRETO ARMADO ¿Hasta cuantos pisos se puede construir? Este sistema funciona eficientemente hasta los 6 pisos por edificación lo cual puede construirse 6 niveles más con sistema de ductilidad limitada Son muros de concreto armado o placas, estas reciben las cargas verticales que actúan en la edificación; trabajan principalmente a compresión además de resistir cargas horizontales paralelas a su plano. Este tipo de sistema ofrece una gran rigidez debido a las placas, dado que su mayor dimensión en una dirección ofrece una gran resistencia y rigidez lateral ante movimientos laterales. De este modo, distribuyendo adecuadamente un conjunto de placas.

INTERACCIÓN TABIQUE PÓRTICO. Esto se presenta tanto en Consultorios A como en Consultorios B. Este problema genera un cambio total en la rigidez del pórtico, incrementándola; por lo tanto, puede conducir a un aumento de las fuerzas sísmicas en el edificio al disminuir su periodo natural de vibración. Dicha interacción puede generar los siguientes problemas: 1) Torsión en el edificio que ocurre cuando los tabiques están mal distribuidos en la planta del edificio como es el caso de edificio en esquinas con doble fachada 2) Concentración de esfuerzos en las esquinas del pórtico, lo que puede causar la falla del nudo. 3) Fractura diagonal del tabique al no estar diseñado por corte si no por ser sólo de relleno y podría desplomarse por las fuerzas perpendiculares a su plano que se presenten. 4) Piso blando que se presenta cuando los pisos inferiores están libres de tabiquería mientras que los superiores no. 5) Columnas cortas, donde el tabique restringe el libre desplazamiento lateral de la columna. GOLPETEO. Con frecuencia los edificios son construidos hasta las líneas de límite de propiedad con el fin de hacer el máximo uso del espacio y así muchos edificios se diseñan y construyen como si no existieran edificios adyacentes. Esto sucede con muchos edificios en Lima donde a veces las paredes de unos son aprovechadas como paredes de otro edificio adyacente. El golpeteo de edificios puede alterar la respuesta dinámica de ambos edificios, y fuerzas inerciales adicionales de impacto son añadidas a ambas estructuras. Si los edificios tienen la misma altura y los pisos están alineados, aquellos mostrarán un comportamiento dinámico similar. Si en el golpeteo de edificios los pisos impactan a otros pisos los daños debido al golpeteo será limitado a los elementos no estructurales. Cuando los pisos de edificios adyacentes están a diferentes niveles, los pisos impactarán las columnas de los edificios adyacentes y pueden causar un daño estructural.

SISTEMA APORTICADO

SISTEMA APORTICADO CON MUROS DE RELLENO

SISTEMA APORTICADO CON MUROS ESTRUCTURALES

SISTEMA APORTICADO DE SOLO MUROS ESTRUCTURALES

DE MUROS ESTRUCTURALES Y PORTICOS

EDIFICIO CON LOSAS SIN VIGAS

NORMA TÉCNICA.060 CONCRETO ARMADO. REQUISITOS GENERALES.1 ALCANCE Esta Norma fija los requisitos y exigencias mínimas para el análisis, diseño, materiales, construcción, control de calidad e inspección de estructuras de concreto simple o armado. Los planos y las especificaciones técnicas del proyecto estructural deberán cumplir con esta Norma. Si existiese discrepancia tiene prioridad esta norma. 1.2 LIMITACIONES Esta Norma podrá ser aplicada al diseño y construcción de estructuras prefabricadas y/o estructuras especiales 1.3 PROYECTO, EJECUCIÓN E INSPECCIÓN DE LAOBRA 1.3.1 REQUISITOS GENERALES deberán ser realizadas por personal profesional y técnico Calificado. deberán llevar la firma de un Ingeniero Civil Colegiado La construcción deberá ser ejecutadae inspeccionada por ingenieros civiles colegiados

1.3.2 PROYECTO De acuerdo a los Criterios de estructuración indicados en la Norma E-030 La determinación de las cargas actuantes se hará de acuerdo a lo Indicado en la Normas Técnicas de Edificación E. 020 El Ingeniero Proyectista podrá elegir los procedimientos de análisis. Los planos del proyecto estructural deberán contener información detallada y completa de las dimensiones, ubicación, refuerzos y juntas de los diversos elementos estructurales. Los planos serán archivados 1.3.3 EJECUCIÓN DE LA OBRA el Constructor designará al Ingeniero Civil Colegiado. El Constructor ejecutará los trabajos requeridos en la obra. Cuando se requiera autorización previa de la inspección el Ingeniero Residente comunicará al Inspector con 48 horas de anticipación. Las ocurrencias técnicas de la obra se llevarán en un Registro Anexo al Cuaderno de Obra. se mantendrá un registro completo de las temperaturas y de la protección que se dé al concreto mientras se realiza el curado. El Registro y el Cuaderno de Obra formarán parte de los documentos entregados al propietario con el Acta de Recepción de la Obra.

EN EL PERU E SIMPORTANTE APLICAR SISTEMAS ESTRUCTURALES DE MUROS (Dr. Genner Villarreal Castro Profesor Principal e Investigador de la FIA-USMP. Premio Nacional ANR. Miembro del Comité Científico de Ingeniería Estructural de Sudamérica.)

El tema de las construcciones antisísmicas tiene mucha importancia en nuestro país debido a su geografía. Hoy conoceremos el sistema estructural de muros de concreto armado, que es una forma de construcción muy usado por los ingenieros civiles para evitar derrumbes por sismos.

En nuestra ciudad hay muchos edificios construidos de esa forma. Es decir, placas con acero corrugado en los primeros pisos y luego se continúa con muros de ductilidad limitada, algo regulado por la norma debido a su comportamiento antisísmico. El sistema estructural está compuesto por muros o placas de concreto armado de 10 o 12cms de espesor, los cuales están unidos a la losa y todo el conjunto con la cimentación, la cual suele ser generalmente una platea. Este tipo de sistema estructural reduce notablemente los desplazamientos laterales producto del sismo. Pero hay que tener algunas consideraciones especiales en caso de sismos severos como los que están ocurriendo en nuestro país. Muchos investigadores han propuesto reforzar la malla electrosoldada utilizada en el muro con acero corrugado en los extremos del muro, con la finalidad de reducir la concentración de esfuerzos, que es común en este tipo de construcciones.

EDIFICIOS EN LIMA

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Torre Rimac Cuartel San Martin TORRE 1 Cuartel San Martin TORRE 2 Cuartel San Martin TORRE 3 Cuartel San Martin TORRE 4 Cuartel San Martin TORRE 5 Torre Hito Cultural Torre BBVA Continental 2 Cuartel San Martin TORRE 6 Torre Interseguro Torre Begonias The Westin Lima Hotel & Convention Center Cuartel San Martin TORRE 7 Torre Centro Cívico 4 Torre Barlovento Torre Chocavento Lima Central Tower JW Marriott Hotel Lima Torre Parque Mar Edificio Capital Centro Empresarial Javier Prado 456 Torre Orquídeas Torre Alto Caral Edificio Scotiabank Edificio Lux Edificio Interbank City Center Quimera Torre 1 Edificio Altavista Edificio Javier Alzamora Valdez Capital El Derby Torre Trecca Torre Wiese Edificio La Colmena City Center Quimera Torre 2 Beyond - Edificio High Golf Millenium Condominios - Torre II Edificio Petroperú Ministerio de la Producción del Perú Aurelio Miró Quesada 158 Plaza República Hotel Estelar Miraflores Pacífico Seguros

San Isidro Lima Miraflores Lima Miraflores Lima Miraflores Lima Miraflores Lima Miraflores Lima San Borja Lima San Isidro Lima Miraflores Lima San Isidro Lima San Isidro Lima 3 San Isidro Lima Miraflores Lima Cercado de Lima Lima San Isidro Lima San Isidro Lima Santiago de Surco Lima Miraflores Lima Miraflores Lima San Isidro Lima San Isidro Lima San Isidro Lima San Isidro Lima San Isidro Lima Lince Lima La Victoria Lima Cerro Colorado Arequipa San Isidro Lima Cercado de Lima Lima Santiago de Surco Lima Jesús María Lima San Isidro Lima Cercado de Lima Lima Cerro Colorado Arequipa Santiago de Surco Lima San Isidro Lima San Isidro Lima San Isidro Lima San Isidro Lima San Isidro Lima Miraflores Lima San Isidro Lima

208 m 55 202 m 179 m 167 m 160 m 146 m 138 m 30 137 m 19 136 m 135 m 32 120 m 26 120 m 30 118 m 109 m 33 107 m 32 107 m 25 98 m 25 92 m 24 92 m 24 91 m 23 90 m 27 90 m 27 89.2 m 21 89 m 21 88 m 33 88 m 20 87 m 21 87 m 22 87 m 23 86.5 m 22 86 m 23 85 m 19 84 m 23 83 m 20 83 m 29 83 m 28 82 m 22 80 m 18 78 m 25 77 m 19 76 m 20 76 m 18

2016 2019 2019 2019 2019 2019 2015 1980 2019 2016 2013 2011 2019 1977 2015 2001 2015 2000 2000 2009 2015 2015 2009 2000 2016 2001 2014 2012 1956 2013 5

2001 2013 2013 2009 1973 1971 2010 1991 1978