Estructuracion Con Diafragma Rigido

7/27/2019 Estructuracion Con Diafragma Rigido

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Comentarios a la Norma E.070 ALBAILERIA SENCICO San Bartolom

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CAPTULO 6

ESTRUCTURACIN

Las especificaciones de este Captulo se aplicarn tanto a la albailera confinadacomo a la albailera armada.

Ar tculo 14. ESTRUCTURA CON DIAFRAGMA RGIDO

14.1 Debe preferirse edificaciones con diafragma rgido y continuo, es decir,edificaciones en los que las losas de piso, el techo y la cimentacin, actencomo elementos que integran a los muros portantes y compatibilicen susdesplazamientos laterales.

Comentario

El diafragma rgido es una lmina que no se deformaaxialmente ni se flexiona ante cargas contenidas en su

plano. Los techos metlicos (Fig.6.1) o de madera noconstituyen diafragmas rgidos y tampoco arriostranhorizontalmente a los muros (ver la Fig.2.32 del Captulo2), en ellos es indispensable el empleo de vigas solerasque amarren a todos los muros (Fig.6.2), diseadas paraabsorber las acciones ssmicas perpendiculares al planode la albailera (armada o confinada), tal como se indicaen el Artculo 16.1 de este Captulo, donde slo se

permite diafragmas flexibles en el ltimo nivel.

14.2 Podr considerarse que el diafragma es rgido cuando la relacin entre suslados no excede de 4. Se deber considerar y evaluar el efecto que sobre larigidez del diafragma tienen las aberturas y discontinuidades en la losa.

Comentario

Cuando la relacin entre los lados del diafragma excede de 4, la losa puede flexionarse antecargas contenidas en su plano, como si fuese una viga (Fig.6.3), con lo cual, se pierde lacompatibilidad de desplazamientos laterales en los muros. En estos casos puede optarse por

colocar juntas verticales, dividiendo al edificio en bloques, o analizar al edificio suponiendoque los diafragmas son flexibles, lo propio cuando el diafragma presente grandes aberturas.

Fig.6.1

Pisco, 2007

Fig.6.2

Diafragma flexibleen el ltimo nivel.Muros sin soleras(izquierda) y consolera (derecha).

Techo de madera


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14.3 Los diafragmas deben tener una conexin firme y permanente con todos losmuros para asegurar que cumplan con la funcin de distribuir las fuerzaslaterales en proporcin a la rigidez de los muros y servirles, adems, comoarriostres horizontales.

Comentario

Para el caso de losasaligeradas (Fig.6.4) ymacizas (Fig.6.5), elconcreto de las soleras sevaca en conjunto con el dela losa, esto proveemonolitismo a la conexinalbailera-solera-losa. Eneste caso la solera notrabaja ante cargas que provienen de la albailera sujeta a carga ssmica ortogonal a su plano,debido a que el diafragma rgido, integrado a la solera, impide su deformacin por flexin.

14.4 Los diafragmas deben distribuir la carga de gravedad sobre todos los murosque componen a la edificacin, con los objetivos principales de incrementarlessu ductilidad y su resistencia al corte, en consecuencia, es recomendable eluso de losas macizas o aligeradas armadas en dos direcciones. Es posible eluso de losas unidireccionales siempre y cuando los esfuerzos axiales en losmuros no excedan del valor indicado en el Artculo 19.1.b.

Comentario

Mediante ensayos de carga lateral cclica en muros sujetos a carga vertical (Fig.6.6), hapodido comprobarse que conforme la magnitud de la carga vertical se incrementa, laresistencia a fuerza cortante tambin se incrementa, pero la ductilidad se reducesustancialmente. Por ello es necesario que los esfuerzos axiales producidos por la cargavertical en un muro no excedan de 0.15fm (19.1.b). Una manera de reducir la magnitud de lacarga vertical actuante en cada muro es mediante el empleo de losas (aligeradas o macizas)armadas en 2 sentidos, las que distribuyen las cargas provenientes del techo en los murosorientados en la direccin X e Y (Fig.6.7), mientras que las losas aligeradas unidireccionales

concentran estas cargas sobre los muros donde apoyan las viguetas (Fig.6.4).

Fig.6.5Fig.6.4

muro

solera

aligerado

Fig.6.3

Deformacin por flexin en un

diafragma alargado, con L/B>4.Vista en planta.


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14.5 Los diafragmas formados por elementos prefabricados deben tenerconexiones que permitan conformar, de manera permanente, un sistemargido que cumpla las funciones indicadas en los Artculos 14.1 y 14.2.

Comentario

Las viguetas prefabricadas (Fig.6.8) constituyenuna alternativa de techado. Experimentalmente ha

podido comprobarse que este sistema funcionacomo diafragma rgido.

14.6 La cimentacin debe constituir el primer diafragma rgido en la base de losmuros y deber tener la rigidez necesaria para evitar que asentamientosdiferenciales produzcan daos en los muros.

Comentario

Ver el comentario al Artculo 2.1 del Captulo 1 y las figuras 1.5 a 1.8.

Ar tculo 15. CONFIGURACIN DEL EDIFICIO

El sistema estructural de las edificaciones de albailera estar compuesto

por muros dctiles dispuestos en las direcciones principales del edificio,integrados por los diafragmas especificados en el Artculo 14 y arriostradossegn se indica en el Artculo 18.

La configuracin de los edificios con diafragma rgido debe tender a lograr:

15.1 Plantas simples y regulares. Las plantas con formas de L, T, etc., debern serevitadas o, en todo caso, se dividirn en formas simples.

Comentario

Las plantas irregulares en forma de T, L, H, Z, U han mostrado tener mal comportamientossmico, por el hecho de que cada zona est sujeta a fuerzas de inercias que podran actuar

Fig.6.8

Fig.6.6 Fig.6.7

XY


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simultneamente en sentidos indeseables (Fig.6.9), por tal razn se especifica desdoblar estetipo de edificacin en bloques simples mediante juntas verticales (Fig.6.10).

15.2 Simetra en la distribucin de masas y en la disposicin de los muros enplanta, de manera que se logre una razonable simetra en la rigidez lateral de

cada piso y se cumpla las restricciones por torsin especificadas en la NormaTcnica de Edificacin E.030 Diseo Sismorresistente.

Comentario

Generalmente, el centro de masas de cadanivel coincide con el centroide del rea en

planta, sin embargo, cuando existe unaconcentracin de muros hacia un lado dela planta, el centro de masas se correrhacia esa zona, lo que deber contemplarseen el anlisis estructural. Incluso, la masadel tanque de agua elevado (Fig.6.11),

podra causar el desplazamiento del centrode masas hacia esa zona, generandotorsin que afecta a todos los pisos.

15.3 Proporciones entre las dimensiones mayor y menor, que en planta estncomprendidas entre 1 a 4, y en elevacin sea menor que 4.

Comentario

Plantas con relacin entre sus lados L/B (Fig.6.3) mayor que 4 funcionan como diafragmasflexibles. Por otra parte, mientras ms esbeltos sean los muros (Fig.6.12), los efectos decompresin por flexin en sus talones (Fig.6.13) sern mayores. Debe indicarse que lostalones de los muros son zonas crticas, cualquiera que sea su material (albailera confinada,armada o concreto armado) o su forma de falla ssmica (por corte o por flexin).

Cabe destacar que en esta Norma no existe lmite en la altura de las edificaciones deAlbailera Armada, quedando sujeta esta altura a la resistencia de los materiales empleados;en cambio, para las edificaciones de Albailera Confinada la altura mxima es 15m o 5 pisos(Artculo 27 del Captulo 8), porque se desconoce el comportamiento ssmico de este tipo de

estructura para alturas mayores.

Fig.6.10

Fig.6.11

Fig.6.9


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15.4 Regularidad en planta y elevacin, evitando cambios bruscos de rigideces,masas y discontinuidades en la transmisin de las fuerzas de gravedad yhorizontales a travs de los muros hacia la cimentacin.

Comentario

Usualmente los tanques de agua apoyan sobre 4 columnas (Fig.6.14) muy flexibles encomparacin con el ltimo piso de albailera. Este cambio brusco de rigidez crea un efectode ltigo durante los sismos, originando un incremento importante de las fuerzas horizontalesen el tanque que podran causar su colapso. Para evitar este cambio brusco de rigidez entanques existentes, se recomienda taponar los paos libres con muros de albailera.

Irregularidades en elevacin,como las mostradas en laFig.6.15, deben evitarse en lamedida que sea posible,subdividiendo al edificio en

bloques independientes.

Fig.6.13. Chile, 1985.Fig.6.12Incorrecto H/B > 4.

H

B

Pisco, 2007

Fig.6.14. Tanques de agua y solucin para evitar su colapso ante los sismos (derecha).

Incorrecto Correcto

Fig.6.15


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15.5 Densidad de muros similares en las dos direcciones principales de laedificacin. Cuando en cualquiera de las direcciones no exista el reasuficiente de muros para satisfacer los requisitos del Artculo 19.2.b, sedeber suplir la deficiencia mediante prticos, muros de concreto armado o lacombinacin de ambos.

Comentario

En nuestro medio, usualmente lasedificaciones presentan plantas alargadascon pocos muros en la direccin de lafachada, estas edificaciones han mostradotener mal comportamiento ssmico(Fig.6.16), por lo que requieren la inclusinde placas de concreto armado (Fig.2.21 delCaptulo 2) en esa direccin.

Existen edificaciones mixtas donde los muros confinados estn orientados en una soladireccin, mientras que en la direccin transversal (generalmente la de la fachada), se opta poruna solucin aporticada, utilizando las columnas de confinamiento como columnas del

prtico. Puesto que los prticos son muy flexibles, la albailera no puede seguir sudeformada y termina agrietndose (Fig.6.17), ya sea por carga vertical, cuando las luces songrandes y la carga es importante, o por carga ssmica. La solucin a este problema se logra

peraltando a las columnas en la direccin aporticada, de tal forma que las derivas mximassean menores que 0.005, inferior a la deriva mxima (0.007) especificada para los sistemasaporticados de concreto armado en la Norma de Diseo Sismorresistente E.030.

15.6 Vigas dinteles preferentemente peraltadas (hasta 60 cm) para el caso en queel edificio se encuentre estructurado por muros confinados, y con un peralteigual al espesor de la losa del piso para el caso en que el edificio estestructurado por muros armados (*).

(*) Este acpite est relacionado con el mtodo de diseo que se propone

en el Captulo 8, donde para los muros confinados se acepta la falla porcorte, mientras que en los muros armados se busca la falla por flexin.

Fig.6.16

Fig.6.17. Flexibilidad de los prticos.

Tacna, 2001


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Comentario

Conforme se incrementa el peralte de lasvigas dinteles (Fig.6.18), las fuerzasinternas que se desarrollan en ellas tambin

se incrementan. Estas fuerzas internasactan sobre los muros en sentido contrarioy tratan de contrarrestar los efectos de lacarga ssmica, reducindose el momentoflector en la base de los muros, esto trae

por consecuencia: 1) un incremento de larigidez lateral; 2) un incremento de laresistencia al corte (ver el Artculo 26.3);3) una reduccin del tamao de lacimentacin con su refuerzo respectivo; 4) una reduccin de la compresin por flexin en lostalones del muro; y, 5) una reduccin del refuerzo vertical a colocar en los extremos del muro.

Por lo indicado, estas vigas peraltadas son beneficiosas cuando se utilizan en los sistemas deAlbailera Confinada, donde se supone que la falla de los muros ante los terremotos es porfuerza cortante. Sin embargo, en los muros de Albailera Armada, donde se admite una falla

por flexin, no es conveniente emplear dinteles peraltados ya que al reducirse el momentoflector en la base de los muros, la posibilidad de una falla por flexin se aleja.

En adicin, el peralte de la viga dintel se ha limitado a 60cm debido a que la fuerza cortanteque en ella se desarrolla, pasa a actuar como carga axial en el muro, pudiendo originartracciones excesivas cuando el peralte del dintel sobrepasa el lmite especificado.

Cabe indicar que usualmente se utiliza vigas de concreto armado en las edificaciones deAlbailera Armada. Cuando estas vigas son peraltadas, deben ser continuas porque, porejemplo, en los extremos de los dinteles discontinuos (Fig.6.19) se generan fisuras, ya sea porcontraccin de secado del concreto o por cambio de temperatura, con lo cual se pierde latransferencia de esfuerzos ssmicos(momento flector y fuerza cortante)entre el dintel y el muro de apoyo; ytambin, porque las reaccionesverticales en los extremos del dintel,

pueden llegar a triturar localmente a

los bloques donde apoya el dintel.

Estas vigas tambin pueden ser hechas de Albailera Armada (Fig.6.20). En este caso, losbloques que se utilizan en la base de la viga tienen la forma de U (medio bloque) y debenser recortados para formarventanas de limpieza. Elrefuerzo inferior corre por la

base de los bloques U,mientras que el superior lohace por la losa de techo y losestribos son barras verticales

que pasan por las celdas delos bloques, espaciados en

Fig.6.18

ratoneras

Fig.6.20

INCORRECTOFig.6.19


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mltiplos de 20cm cuando se usa bloques de concreto vibrado, que anclan con ganchos a 180sobre las barras longitudinales. El diseo de estas vigas es muy similar al de una viga deconcreto armado, varindose fc por fm cuando se calcula la barra superior.

15.7 Cercos y alfizares de ventanas aislados de la estructura principal,

debindoseles disear ante acciones perpendiculares a su plano, segn seindica en el Captulo 10.

Comentario

Cuando los alfizares de ventanas no se aslan de la estructura principal, dan lugar a lossiguientes problemas: 1) grieta vertical en la zona de unin (Fig.6.21), producida porque en elalfizar no existe carga vertical, excepto su peso propio, mientras que el muro es portante decarga vertical (lo propio ocurre con los cercos adyacentes a muros portantes), esta grieta dalugar a una prdida del arriostre vertical en el alfizar; 2) reduccin de la altura efectiva delmuro portante (h en la Fig.6.22), que conduce a una elevada rigidez lateral, y, en

consecuencia, a una mayor absorcin de fuerza cortante; y, 3) dificultad en el modelajeestructural, salvo que se utilice la teora de elementos finitos. Por ello es recomendable aislarlos alfizares de la estructura principal (Fig.6.23), utilizando un grosor de junta igual a lamxima deriva permitida en la albailera (0.005) multiplicada por la altura del alfizar.

Fig.6.23. Alfizar aislado. Albailera armada (izquierda) y confinada (derecha).

Ratoneras

Fig.6.22Fig.6.21

h


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Ar tculo 16. OTRAS CONFIGURACIONES

Si el edificio no cumple con lo estipulado en el Artculo 15, se debercontemplar lo siguiente:

16.1 Las edificaciones sin diafragmas rgidos horizontales deben limitarse a unpiso; asimismo, es aceptable obviar el diafragma en el ltimo nivel de lasedificaciones de varios pisos. Para ambos casos, los muros trabajarnfundamentalmente a fuerzas laterales perpendiculares al plano, y debernarriostrarse transversalmente con columnas de amarre o muros ortogonales ymediante vigas soleras continuas.

Comentario

Ver el comentario al Artculo 14.1 y la Fig.6.2.

16.2 De existir reducciones importantes en planta, u otras irregularidades en eledificio, deber efectuarse el anlisis dinmico especificado en la NTE E.030Diseo Sismorresistente.

Comentario

Bajo esta especificacin, en esta Norma se aceptaconfiguraciones del edificio distintas a las idealessealadas en el Artculo 15. En el caso que eledificio califique como irregular (Fig.6.24), no solodeber hacerse el anlisis dinmico, sino que deberafectarse por al coeficiente de reduccin de lasfuerzas ssmicas elsticas R, que equivale aincrementar las fuerzas ssmicas en 33%, segn seindica en la Norma E.030.

Cuando en el primer piso se discontinaverticalmente a los muros, por la existencia decocheras, tiendas, etc., este piso se torna muyflexible lateralmente, y ante los sismos podra darlugar al problema de Piso Blando. Por ejemplo,

en el edificio de la Fig.6.25, se combinaron lossiguientes factores que ocasionaron su colapso anteel sismo de Pisco del 2007: 1) la baja calidad de losladrillos, que dio lugar a una baja resistencia alcorte de los muros; 2) la baja densidad de muros enla direccin corta, donde slo haban 2 muros

perimetrales; 3) la mala distribucin en planta de losmuros, donde el muro longitudinal no aportaresistencia a fuerza cortante en la direccin corta,sino ms bien genera torsin; y, 4) la existencia decocheras. Este tipo de estructura debe ser evitada.

Fig.6.24. Piso blando y torsin.

Fig.6.25

Cochera


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16.3 De no aislarse adecuadamente los alfizares y tabiques de la estructuraprincipal, se debern contemplar sus efectos en el anlisis y en el diseoestructural.

Ar tculo 17. MUROS PORTANTES

Los muros portantes debern tener:

a) Una seccin transversal preferentemente simtrica

b) Continuidad vertical hasta la cimentacin.

c) Una longitud mayor igual a 1,20 m para ser considerados comocontribuyentes en la resistencia a las fuerzas horizontales.

d) Longitudes preferentemente uniformes en cada direccin.

e) J untas de control para evitar movimientos relativos debidos acontracciones, dilataciones y asentamientos diferenciales en los siguientessitios:

En cambios de espesor en la longitud del muro, para el caso deAlbailera Armada.

En donde haya juntas de control en la cimentacin, en las losas ytechos.

En alfizar de ventanas o cambios de seccin apreciable en un mismopiso.

f) La distancia mxima entre juntas de control es de 8 m, en el caso demuros con unidades de concreto y de 25 m en el caso de muros conunidades de arcilla.

g) Arriostre segn se especifica en el Artculo 18.

Comentario

La palabra preferentemente utilizada en 17.a y 17.d no

implica obligatoriedad, sino tan solo es una recomendacinideal. As, por ejemplo, un muro cuya seccin transversal tieneforma de T o L, no tiene porqu ser desdoblado en seccionesrectangulares; es ms, un muro transversal conectado a otrolongitudinal, proporciona arriostre y rea de compresin porflexin al muro longitudinal (Fig.6.26).

Las razones por las cuales se requieren que los muros portantes tengan continuidad vertical(17.b), han sido explicadas en el comentario al Artculo 3.17 del Captulo 2 (Fig.2.17).

Fig.6.26


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Debido a los mayores cambiosvolumtricos que tienen las unidades deconcreto (ladrillos o bloques), ya sea porefectos de temperatura o contraccin desecado, en el Artculo 17.f se especifica el

empleo de juntas verticales de control cada8 metros, mientras que cuando lasunidades son de arcilla o de slice-cal estas

juntas deben ir cada 25m (Fig.6.27). En elprimer caso, la junta no necesariamentedebe atravesar la losa del techo, salvo questa tenga ms de 25m de largo, mientrasque en el segundo caso es necesario que la

junta atraviese el techo.

Ar tculo 18. ARRIOSTRES

18.1 Los muros portantes y no portantes, de albailera simple o albaileraconfinada, sern arriostrados por elementos verticales u horizontales talescomo muros transversales, columnas, soleras y diafragmas rgidos de piso.

18.2 Los arriostres se disearn como apoyos del muro arriostrado, considerandoa ste como si fuese una losa sujeta a fuerzas perpendiculares a su plano(Captulo 9).

18.3 Un muro se considerar arriostrado cuando:

a) El amarre o anclaje entre el muro y sus arriostres garantice la adecuadatransferencia de esfuerzos.

b) Los arriostres tengan la suficiente resistencia y estabilidad que permitatransmitir las fuerzas actuantes a los elementos estructurales adyacenteso al suelo.

c) Al emplearse los techos para su estabilidad lateral, se tomenprecauciones para que las fuerzas laterales que actan en estos techossean transferidas al suelo.

d) El muro de albailera armada est diseado para resistir las fuerzasnormales a su plano.

Comentario a 18.1 y 18.3

Para el caso de la Albailera Confinada, las columnas de confinamiento pueden serempleadas como elementos de arriostre de la albailera. Tanto la conexin dentada (Fig.4.28del Captulo 4) como la conexin a ras con la inclusin de mechas de anclaje (Fig.4.29 delCaptulo 4), proporcionan una adecuada transferencia de esfuerzos desde la albailera, sujetaa cargas perpendiculares a su plano, hacia las columnas.

Ladrillos de arcilla o

Si-Ca, juntas @25m.

Ladrillos de concreto,

juntas @ 8m.

Fig.6.27


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Para el caso de la Albailera Armada, el refuerzo interior deber ser diseado como parasoportar las accin ssmica perpendicular al plano del muro, salvo que no se permita lafisuracin de la albailera ante esta accin (comportamiento elstico), como es el caso de losmuros portantes (Artculo 30.2 del Captulo 9), porque de lo contrario, el muro portantequedara debilitado ante acciones ssmicas coplanares.

En los muros de Albailera Armada podra crearse columnas de arriostre con los propiosbloques (Fig.6.28), siempre y cuando laarquitectura lo permita, aunque, por lo general, losarriostres son las losas de techo y los murostransversales, no como el mostrado en la Fig.6.29,sino como los mostrados en la Fig.6.30.

Cabe sealar que en los muros de cercos muchas veces se utiliza mochetas de albailerasimple o columnas de concreto no reforzado como elementos verticales de arriostres, lo cuales un error (Fig.6.31). Por otro lado, todo parapeto carente de arriostre corre el riesgo devolcarse ante cargas ssmicas perpendiculares a su plano (Fig.6.32).

Fig.6.28

Fig.6.29 Fig.6.30. Arriostre correcto.

Fig.6.31

Chilca, sismo de Piscodel 2007. Columna sinrefuerzo (izq.) y conmochetas (derecha).

Fig.6.32

Pisco 2007, parapetosin arriostrar (izq.) yarriostrado en el tercer

piso (derecha).

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