Capitulo Viii Analisis y Diseno Estructural

8/10/2019 Capitulo Viii Analisis y Diseno Estructural

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I ng. Jorge Rosas EspinozaI ngeniero Civil - Universidad Nacional de San Agustin A requipa Peru

MSc. Earthquake Engineer ing - University at Buf falo, The State University of New York - USA

ALBAILERIA

ESTRUCTURAL


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CAPITULO VIII: ANALISIS Y DISENOESTRUCTURAL

DEFINICIONESPara los propsitos de esta Norma se utilizar las siguientes

definiciones:

SISMO SEVERO. Es aqul proporcionado por la NTE E.030Diseo Sismorresistente, empleando un coeficiente de reduccin

de la solicitacin ssmica R = 3.

SISMO MODERADO. Es aqul que proporciona fuerzas deinercia equivalentes a la mitad de los valores producidos por el

sismosevero.

- El sismomoderado o de servicio, es aqul que no origina el

agrietamiento de los muros portantes hechos de albailera. Elhecho de suponer que este sismo origina fuerzas de inercia iguales

a la mitad del sismosevero(Ven la Norma E.030), equivale a

emplear R = 6 en un anlisis elstico cuando la estructura est

sometida al sismomoderado.


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-Para efectos de esta Norma, en una edificacin ubicada sobre

suelo duro en la zona ssmica 3, por ejemplo, se ha consideradoque el lmite entre el sismo moderado y el severo corresponde a un

sismo con aceleracin mxima igual a 0.2g, luego la severidad de

este u otro sismo puede incrementarse hasta alcanzar una

aceleracin mxima de hasta 0.4g (Norma E.030), en esta etapa

(Fig.8.1) la estructura incurre en el rango inelstico hasta alcanzardistorsiones de 0.005 en los entrepisos, que corresponde al lmite

de reparacin de la albailera.


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CONSIDERACIONES GENERALES

La Norma establece que el diseo de los muros cubra todo su

rango de comportamiento, desde la etapa elstica hasta su probable

incursin en el rango inelstico, proveyendo suficiente ductilidad y

control de la degradacin de resistencia y rigidez. El diseo es por

el mtodo de resistencia, con criterios de desempeo. El diseo

est orientado, en consecuencia, a proteger a la estructura contra

daos ante eventos ssmicos frecuentes (sismo moderado) y a

proveer la necesaria resistencia para soportar el sismo severo,

conduciendo el tipo de falla y limitando la degradacin deresistencia y rigidez con el propsito de limitar el nivel de daos

en los muros, de manera que stos sean econmicamente

reparables mediante procedimientos sencillos.


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-Los objetivos de la Norma son fundamentalmente dos: 1) que

ante la accin de sismos moderados la estructura se comporte en elrango elstico; y, 2) que ante la accin de sismos severos la

estructura quede en estado reparable.

-Estos objetivos se logran bajo dos condiciones: 1) diseando a los

elementos de refuerzo de tal modo que puedan soportar la carga

que inici la falla de los muros (Vm), para que no exista

degradacin de resistencia durante el sismo severo; y, 2)

proveyendo la suficiente resistencia y rigidez, a travs de los

muros (Vm = V), de tal forma que permitan que la estructura secomporte elsticamente ante los sismos moderados, sin sobrepasar

su lmite de reparacin (fijado en una distorsin de 0.005) cuando

acta el sismo severo.


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- Para los propsitos de esta Norma, se establece los siguientes

considerandos:a) El sismomoderadono debe producir la fisuracin de ningn

muro portante.

b) Los elementos de acoplamiento entre muros deben funcionar

como una primera lnea de resistencia ssmica, disipando energa

antes de que fallen los muros de albailera, por lo que esos

elementos debern conducirse hacia una falla dctil por flexin.

- Para cumplir con el propsito indicado, es necesario disear a las

vigas de acoplamiento ante los esfuerzos producidos por el sismomoderado, amplificados por 1,25, en donde los muros an

permanecen en el rango elstico.


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Para esto, con los momentos flectores producidos por las cargas

verticales y ssmicas, es posible obtener el refuerzo longitudinal,con el cual se determina los momentos plsticos en los extremos,

luego, por equilibrio, se calcula la fuerza cortante asociada al

mecanismo de falla por flexin, para finalmente disear los

estribos, de esta manera se garantizar una falla dctil por flexin

en estas vigas.


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c) El lmite mximo de la distorsin angular ante la accin del

sismo severo se fija en 1/200, para permitir que el muro seareparable pasado el evento ssmico.

-Experimentalmente ha podido observarse que cuando se aplica a

los muros distorsiones angulares mayores que 0.005 (1/200), se

pierde la ltima lnea resistente de los muros (armados o

confinado), que por lo general son los talones. Una vez que se

trituran los talones el refuerzo vertical pandea y la resistencia

ssmica degrada notablemente.


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d) Los muros deben ser diseados por capacidad de tal modo que

puedan soportar la carga asociada a su incursin inelstica, y queproporcionen al edificio una resistencia a corte mayor o igual que

la carga producida por el sismosevero.

- La intencin de esta especificacin es tratar de mantener

constante la resistencia global del

edificio durante el sismo severo. Cabe destacar que en una falla

por corte de un muro que compone al edificio, la resistencia la

proporciona la albailera mientras que el refuerzo horizontal

proporciona mayormente ductilidad al evitar el deterioro de la

albailera.Por ello, si en ese muro se obtuviese una fuerza cortante ante

sismo severo mayor que su resistencia al agrietamiento diagonal,

la diferencia debe ser tomada por otros muros paralelos.


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e) Se asume que la forma de falla de los muros confinados ante la

accin del sismo severo ser por corte, independientemente de

su esbeltez.


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No se tiene conocimiento a nivel mundial de muros confinados

que hallan fallado por flexin.La razn de esta forma de falla podra deberse a que en estos

muros predomina la deformacin por corte en los primeros pisos

por la poca esbeltez que tienen y porque las paredes transversales

restringen su deformacin por flexin. Otra razn es que la forma

de los ladrillos no permite el empleo de un refuerzo horizontal

importante, capaz de absorber la fuerza cortante asociada al

mecanismo de falla por flexin.


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Sin embargo, en un experimento de un edificio de 5 pisos de

albailera armada, pudo apreciarse que la forma de falla por corteno es peligrosa, mientras que las distorsiones no sobrepasen de

0.005, pasado este nivel, la reduccin de resistencia fue drstica al

triturarse los talones de los muros.


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f ) La forma de falla de los muros armados es dependiente de su

esbeltez.

- Los procedimientos de diseo indicados previamente tienden a

orientar el comportamiento de los muros hacia una falla por

flexin, con la formacin de rtulas plsticas en su parte baja.

- En los muros armados es posible obtener una forma de falla por

flexin, ya que la forma de los bloques permite el empleo de un

refuerzo horizontal importante capaz de absorber no solo la carga

de agrietamiento diagonal de la albailera, sino tambin la fuerza

cortante asociada al mecanismo de falla por flexin.- Sin embargo, es necesario mencionar que una falla por flexin

puede ser tan peligrosa como una falla por corte, si no se

contempla en el diseo a las derivaciones de esta falla como son:


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1) Trituracin de los talones seguida de pandeo del refuerzo vertical;

2) Rotura del refuerzo vertical extremo por giros excesivos en la base

del muro; y,

3) Deslizamiento seguido por cizalle del refuerzo vertical y balanceo

del muro ante acciones ssmicas transversales, las cuales podran

producir la trituracin de los bordes longitudinales del muro

generando una prdida significativa de la seccin transversal.


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ANLISIS ESTRUCTURAL

1. El anlisis estructural de los edificios de albailera se realizar

por mtodos elsticos teniendo en cuenta los efectos causados por

las cargas muertas, las cargas vivas y el sismo. La carga

gravitacional para cada muro podr ser obtenida por cualquier

mtodo racional.

-Para ser consecuente con el mtodo elstico de anlisis

estructural, es aconsejable analizar a la edificacin sometindola a

la accin del sismomoderadocon R = 6.

2. La determinacin del cortante basal y su distribucin en

elevacin, se har de acuerdo a lo indicado en la NTE E.030

Diseo Sismorresistente.


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Por lo general, las edificaciones de albailera son rgidas, por lo que

estn contenidas en la zona plana del espectro ssmico, donde C = 2.5.

Asimismo, este tipo de edificacin no requiere ser analizada mediante

mtodos dinmicos, salvo que presenten las irregularidades indicadas en

la Norma E.030.

3.El anlisis considerar las caractersticas del diafragma que forman laslosas de techo; se deber considerar el efecto que sobre la rigidez del

diafragma tienen las aberturas y las discontinuidades en la losa.

4.El anlisis considerar la participacin de aquellos muros no portantes

que no hayan sido aislados de la estructura principal. Cuando los murosse construyan integralmente con el alfizar, el efecto de ste deber

considerarse en el anlisis.


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- Cuando un tabique presenta discontinuidad vertical, es conveniente

aislarlo de la losa o viga del techo para que la carga gravitacional no setransmita a travs de l.


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5.La distribucin de la fuerza cortante en planta se har teniendo

en cuenta las torsiones existentes y reglamentarias. La rigidez decada muro podr determinarse suponindolo en voladizo cuando

no existan vigas de acoplamiento, y se considerar acoplado

cuando existan vigas de acoplamiento diseadas para comportarse

dctilmente.

- La hiptesis de asumir a los muros en voladizo cuando no existen

vigas de acoplamiento, es tan solo una simplificacin al problema,

ya que la losa genera restricciones al giro por flexin que tienen

los muros, incluso cuando hay vigas de acoplamiento, por lo quees recomendable trabajar en estos casos con un ancho efectivo de

losa igual a cuatro veces su espesor a cada lado del muro, como si

fuese un elemento de acoplamiento.


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C O S S S O


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6. Para el clculo de la rigidez de los muros, se agregar a su

seccin transversal el 25% de la seccin transversal de aquellosmuros que concurran ortogonalmente al muro en anlisis 6 veces

su espesor, lo que sea mayor.

Cuando un muro transversal concurra a dos muros, su contribucina cada muro no exceder de la mitad de su longitud. La rigidez

lateral de un muro confinado deber evaluarse transformando el

concreto de sus columnas de confinamiento en rea equivalente de

albailera, multiplicando su espesor real por la relacin de

mdulos de elasticidad E c / E m; el centroide de dicha reaequivalente coincidir con el de la columna de confinamiento.

CAPITULO VIII ANALISIS Y DISENO


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-Este artculo se refiere al caso especfico en que se modele a la

estructura mediante un sistema de prticos planos (con rigidez nula en sudireccin transversal) conectados a travs de los diafragmas y con barras

compuestas por un solo material (albailera para los muros o concreto

para las vigas). Un ejemplo de esta tcnica, para el eje 3 de un edificio

compuesto por muros confinados, en este caso debe darse propiedades

nulas a la seccin en la direccin transversal al prtico.

- La especificacin previa puede obviarse cuando se utilice un modelo

espacial con mallas de elementos finitos, donde se considera la

diferencia de materiales existente entre los diversos elementos, por

ejemplo: los muros confinados estn compuestos por albailera yconcreto. Otra precaucin a considerar es la transicin entre las barras y

las mallas de elementos finitos, donde deber agregarse un brazo rgido.



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- Cuando el edificio se modela como un prtico espacial

compuesto por una serie de barras, deber tenerse el cuidado deproporcionar rigidez torsional nula a los brazos rgidos que se

interconectan transversalmente, de otro modo, estos brazos

impedirn la deformacin por flexin de los muros.



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El mdulo de elasticidad Em y el mdulo de corte Gm para la albailera

se considerar como sigue:

Unidades de arcilla: 500 m m E = f

Unidades Slico-calcreas: 600 m m E = f Unidades de concreto vibrado: 700 m m E = f

Para todo tipo de unidad de albailera: m m G = 0,4E

Opcionalmente, los valores de m E y m G podrn calcularse

experimentalmente.



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8. El mdulo de elasticidad ( c E ) y el mdulo de corte ( c G ) para

el concreto sern los indicados en la NTE E.060 Concreto Armado.9. El mdulo de elasticidad para el acero ( s E ) se considerar

igual a 196 000 MPa (2 000 000 kg / cm2 )

DISEO DE ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO

Requisitos GeneralesTodos los elementos de concreto armado del edificio, con

excepcin de los elementos de confinamiento de los muros de

albailera, sern diseados por resistencia ltima, asegurando quesu falla sea por un mecanismo de flexin y no de corte.



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El diseo se har para la combinacin de fuerzas gravitacionales y

las fuerzas debidas al sismomoderado,utilizando los factores deamplificacin de carga y de reduccin de resistencia (f )

especificados en laNTE E.060 Concreto Armado. La cimentacin

ser dimensionada bajo condiciones de servicio para los esfuerzos

admisibles del suelo y se disear a rotura.

- La intencin de este artculo es disipar energa ssmica a travs de

elementos intencionalmente dctiles, antes que el sismo severo

produzca la fractura de la albailera. Dentro de estos elementos se

contabiliza a las vigas de acoplamiento y a las placas de concretoarmado (si existiesen), cuyo refuerzo horizontal debe ser capaz de

soportar la fuerza cortante asociada a su mecanismo de falla por

flexin.



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- Cabe destacar que el hecho de disear estos elementos dctiles

ante la accin del sismo moderado, no significa que vayan acolapsar cuando ocurra el sismosevero,por la sobre resistencia

que ellos poseen, dadas por: el factor de amplificacin de cargas,

el factor de reduccin de resistencia del concreto, el ingreso del

refuerzo a su zona de endurecimiento, el incremento de resistencia

en las vigas por accin de la losa del techo, el control de los

desplazamientos laterales producidos por la albailera an en

estado elstico, etc.

- La cimentacin se dimensiona contemplando las acciones del

sismo moderado, porque el factor de seguridad que se utilizapara determinar la resistencia admisible del suelo (del orden de 3)

es mayor al factor (2) empleado para pasar de sismomoderadoa

sismosevero.



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-Los elementos de confinamiento sern diseados de acuerdo a lo

estipulado en esta Norma.

DISEO DE MUROS DE ALBAILERARequisitos GeneralesPara el diseo de los muros confinados ante acciones coplanares,

podr suponerse que los muros son de seccin rectangular ( t.L ).

Cuando se presenten muros que se intercepten

perpendicularmente, se tomar como elemento de refuerzo vertical

comn a ambos muros (seccin transversal de columnas, refuerzos

verticales, etc.) en el punto de interseccin, al mayor elemento derefuerzo proveniente del diseo independiente de ambos muros.

CAPITULO VIII: ANALISIS Y DISENO


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-Para el diseo por flexo compresin de los muros armados que

tengan continuidad en sus extremos con muros transversales, podrconsiderarse la contribucin de las alas de acuerdo a lo indicado.

Para el diseo a corte se considerar que la seccin es rectangular,

despreciando la contribucin de los muros transversales.

-El suponer muros (armados o confinados) de seccin rectangular,

facilita el diseo, obtenindose resultados conservadores. En estos

casos, es apropiado contemplar el efecto benfico de la carga

tributaria proveniente del muro transversal (Pt),cuando reduzca

las tracciones en esa zona originadas por el momento flectorssmico (M).



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El refuerzo que se obtenga en la zona de interseccin de muros

transversales, no debe sumarse, sino que debe adoptarse al mayorde ellos, provenientes del diseo independiente de cada muro. Esto

se debe a que en la Norma E.030 se permite el anlisis ssmico en

forma independiente para cada direccin principal del edificio (X e

Y), como si el 100% del sismo actuase en X-X con 0% en Y-Y, y

viceversa.



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Control de Fisuracin

Esta disposicin tiene por propsito evitar que los muros sefisuren ante los sismos moderados, que son los ms frecuentes.

Para el efecto se considerarn las fuerzas cortantes producidas por

el sismo moderado.



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Para todos los muros de albailera deber verificarse que en

cada entrepiso se satisfaga la siguiente expresin que controla laocurrencia de fisuras por corte:

donde: Ve es la fuerza cortante producida por el sismo

moderadoen el muro en anlisis y m V es la fuerza cortante

asociada al agrietamiento diagonal de la albailera.

En caso el muro no cumpla con la expresin, puede incrementarse

la resistencia al agrietamiento diagonal (Vm) mejorando la calidad

de la albailera (vm). En caso se incremente el grosor del muro,se le reemplace por una placa de concreto armado, o se incremente

el peralte de las vigas de acoplamiento para aumentar Vm, se

deber reanalizar ssmicamente al edificio.

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