UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS, GEOLOGÍA Y CIVIL ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE. FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DEAYACUCHO T E S I S PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO CIVIL PRESENTADO POR: MIGUEL ANGEL LAPA ESPINO DIRIGIDO POR: ING. CRISTIAN CASTRO PÉREZ Ayacucho - Perú 2012 "SENSIBILIDAD D E L A CONFIGURACIÓN E S T R U C T U R A L E N E L PERFOMANCE D E E D I F I C I O S M U L T I F A M I L I A R E S D E TIPO HIBRIDO CON L A NORMA NTE, FEMA356 Y A T C 40 E N L A CIUDAD DE AYACUCHO" RECOMENDADO : 22 D E MARZO D E L 2013 APROBADO : 25 DE A B R I L D E L 2013 Ing. ERNESTO ESTRADA CARDENAS (Presidente (e)) íl Ing. JENNIFER R. P I L L A C A D E L A C R U Z (Secretario Docente) Según el acuerdo constatado en el Acta, levantada el 25 de abril del 2013, en la Sustentación de Tesis presentado por el Bachiller en Ciencias de la Ingeniería Civil Sr. Miguel Ángel LAPA ESPINO, con el Trabajo Titulado "SENSIBILIDAD DE L A CONFIGURACIÓN E S T R U C T U R A L E N E L P E R F O M A N C E DE E D I F I C I O S M U L T I F A M I L I A R E S DE TIPO HIBRIDO CON L A NORMA NTE, FEMA356 Y ATC 40 E N L A CIUDAD DE AYACUCHO", fue calificado con la nota de QUINCE (15) por lo que se da la respectiva APROBACIÓN. Ing. E R N E S T O ESTRADA CÁRDENAS (Presidente (e)) Ing. JENNIFER R. P I L L A C A DE L A C R U Z (SecretarioJ)ocente) AGRADECIMIENTOS AI Ing. Ángel San Bartolomé por sus respuestas a las diferentes consultas hechas en su blog de albañilería y por sus valiosos comentarios, los cuales enriquecieron mi conocimiento y el contenido de esta tesis. Al Dr. Genner Villarreal Castro por sus valiosísimas respuestas acerca de la interacción suelo estructura consultadas mediante su correo electrónico. AI Ing. Vlacev Toledo Espinoza por sus respuestas a las diferentes consultas hechas en foro de la comunidad de ingeniería civil y por sus valiosos comentarios. Al Ing. Cristian Castro Pérez por el asesoramiento y apoyo en la realización de esta tesis. Al Ing. Juan Raúl Molina Falcón por el apoyo, comprensión y los consejos en el trabajo, en los momentos que realizaba esta tesis. A mi hermana Marleny Lapa por los consejos y a la estricta que ha sido en mi formación académica y personal desde muy niño y por el apoyo económico en mis estudios y la realización de esta tesis. A mis padres Encarnación Espino y L . Jesús Lapa fuentes de motivación, por su interminable apoyo en todo momento de mi vida, por sus enseñanzas, consejos y por su eterna paciencia y perdón ante mis constantes errores. A mi novia Gloria por su interminable amor que en todo momento ha sido apoyo y fuerza, por la paciencia y ternura con que respondía en mis momentos de desesperación por terminar la tesis. En especial a mi hermano Alfredo lapa (Q.E.P.D) que era modelo de vida a seguir, por el apoyo, por sus consejos y enseñanzas de la ingeniera civi l que me dio y que siempre los tengo presente. A todos los Ingenieros de la Escuela de Formación Profesional de Ingeniería Civ i l por brindarnos sus experiencias y conocimientos. A las instituciones que he tenido la oportunidad de conocer y que han contribuido en mi formación académica (en orden cronológico): C E . Maravillas C.N. Mariscal Cáceres Universidad Nacional San Cristóbal De Huamanga (UNSCH) Escuela De Formación Profesional De Ingeniería C iv i l DEDICATORIA A dios que en todo momento Me acompaña Y A mí querido hijo Miguel Jonaiker L.E. RESUMEN Este trabajo de tesis tiene como objetivo el análisis y diseño estructural de dos edificios con arquitectura en común y representación aproximada de viviendas de autoconstrucción. E l edificio se proyecta en un terreno típico de la ciudad de Ayacucho de 160 m2 distribuidos en un departamento por piso, destinado a viviendas multifamiliares ubicado en el norte de la ciudad de Ayacucho. Al utilizar unidades de aíbañilería de fabricación artesanal se puede construir edificios de tres pisos como máximo, con unidades de aíbañilería de fabricación industrial como máximo cinco pisos para cumplir con la rigidez y resistencia del edificio, cuando en el edificio se remplazo algunos muros de aíbañilería con muros de concreto el aporte de rigidez es considerable tanto que se puede eliminar algunos muros interiores de corta longitud sin que este afecte la rigidez del edificio. Pero la configuración estructural es sensible si se incrementa un nivel mas disminuyendo la rigidez en aproximadamente en un 50%. En el segundo edificio de configuración Híbrida (Aporticado mas muros de albañilería-AFA) de 7 pisos, al considerar la interacción suelo estructura se vio un incremento de los esfuerzos en la mayoría de los elementos estructurales, en caso de la reacción del suelo por la acción sísmica se ve reducido, el cual sería apto para el diseño por acción sísmica de la cimentación. En este mismo edificio al verificar cuando cumple la condición de columna fuerte y viga débil se ha observa que la mayor formación de rotulas plásticas se garantiza en la vigas que en las columnas para evitar fallas frágiles en cambio cuando no se cumple con la verificación la existe más elementos columna con formación de rotulas plásticas, por lo tanto con verificar la condición de columna fuerte y viga débil se garantiza el buen desempeño estructural del edificio. INDICE Í N D I C E AGRADECIMIENTOS DEDICATORIA RESUMEN INDICE CAPÍTULO I : INTRODUCCION 1 1.1 ANTECEDENTES 1 1.2 MOTIVACIÓN 3 1.3 PLANTEAMIENTO D E L PROBLEMA 6 1.3.1 Problema Principal 6 1.3.2 Problemas Secundarios 6 1.4 OBJETIVOS 7 1.4.1 Objetivo General 7 1.4.2 Objetivos Específicos 7 1.5 HIPÓTESIS 8 1.5.1 Hipótesis Global 8 1.5.2 Hipótesis Secundarios 8 1.6 METODOLOGIA 9 CAPÍTULO U: MARCO T E OR I C O 10 2.1 INTRODUCCIÓN A L MARCO TEORICO 10 2.2 ARQUITECTURA DE VIVIENDAS MULTIFAMILIARES 11 2.2.1 Condiciones de Diseño 11 2.2.2 Tipología 12 2.2.3 Ductos de ventilación 12 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO INDICE 2.2.4 Circulación vertical 12 2.3 SISTEMA ESTRUCTURAL DE VIVIENDAS MULTIFAMILIARES 13 2.3.1 Sistema Estructural de Albañilería Armada 13 2.3.2 Sistema Estructural de Albañilería Confinada 14 2.3.2.1 Componentes estructurales de albañilería confinada 14 2 3 3 Requisitos Estructurales Mínimos En Albañilería Confinada 16 2.3.3.1 Diafragma Rígido 16 2.3.3.2 Muros Portantes 17 2.3.3.3 Elementos de Confinamiento 20 23.4 Sistema Estructural de Concreto Armado 22 2.3.4.1 Componentes estructurales mínimos de concreto armado 22 23.5 Sistema Estructural Híbrida 29 2.3.5.1 Albañilería de relleno en pórticos de concreto armado 30 2.3.5.2 Model am i en to Estructural De Edificaciones Híbridas. 31 2.3.5.2.1 Modelamiento Estructural Del Tabique-Pórtico 31 2.4 CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL 32 2.4.1 Estructuras Regulares 33 2.4.2 Estructuras Irregulares 33 2.4.2.1 Irregularidad Estructural en Altura 33 2.4.2.2 Irregularidad Estructural en Planta 36 2.5 SISMICIDAD EN PERU Y AYACUCHO 39 2.5.1 Parámetros Sísmicos De Sitio Para Análisis Sismoresistente Según Norma ^ E.030 2.5.2 Aceleración Espectral Elástica e Inelástica 49 SENSIBILIDAD DE LA CONFiGURACfON ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO INDICE 2.6 PREDICCIÓN D E L DESPLAZAMIENTO MAXIMO Y PUNTO D E 5 Q FLUENCIA EN PROCEDIMIENTOS L I N E A L E S APROXIMADOS 2.6.1 Rigidez efectiva de los elementos 51 2.6.2 Análisis por fuerza lateral equivalente o procedimiento estático lineal 52 2.6.3 Análisis modal de respuesta espectral o procedimiento dinámico lineal 54 2.6.4 Desplazamiento máximo. 55 2.6.5 Punto de Fluencia 56 2.7 ANALISIS ESTRUCTURAL DE EDIFICIOS D E ALBANILERIA CON- g g FINADA 2.7.1 Métodos De Análisis Estructural 58 2.7.1.1 Método De La Columna Ancha 59 2.7.1.2 Método De Elementos Finitos 59 2.7.2 Solicitaciones Sísmicas 60 2.7.2.1 Sismo Severo. 60 2.7.2.2 Sismo Moderado. 60 2.7.3 Análisis Sísmico 60 2.7.3.1 Análisis Dinámico 60 2.7.3.2 Análisis Estático 62 2.7.3.3 Desplazamientos Laterales Permisibles 64 2.7.3.4 Fuerza Cortante Mínima En La Base 64 2.7.4 Desempeño ante Sísmico Moderado y Severo 65 2.8 DISEÑO DE EDIFICIOS DE ALBANILERIA CONFINADA 66 2.8.1 combinación de cargas para diseño de muros de albañilería 66 2.8.2 combinación de cargas para diseño de elementos de concreto armado 66 2.83 Diseño De Muros Portantes De Albañilería 66 SENSIBILIDAD D E LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMIL1ARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO INDICE 2.8.3.1 Recubrimiento mínimo del refuerzo de los elementos de confinamiento 67 2.8.3.2 Datos para el diseño del muro 68 2.8.3.3 Diseño por compresión Axial 68 2.8.3.4 Diseño por corte ante sismo moderado 69 2.8.3.5 Diseño por corte ante sismo severo 69 2.8.3.6 Verificación de la resistencia al corte del edificio 70 2.8.3.7 Diseño de las columnas Extremas de confinamiento 71 2.8.3.8 Diseño de las columnas Internas de confinamiento 74 2.8.3.9 Diseño de las vigas soleras de confinamiento 75 2.8.3.10 Diseño para cargas ortogonales al plano del muro 76 2.9 DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO DE L A SU- ? ? PERESTRUCTURA 2.9.1 Recubrimiento mínimo del refuerzo 78 2.9.2 Categoría de diseño sísmico (CDS) 79 2.93 Diseño De Los Muros Estructurales 80 2.9.3.1 Datos para el diseño del muro 81 2.9.3.2 Diseño por compresión 81 2.9.3.3 Diseño por flexo-compresión 82 2.9.3.4 Requerimiento De Confinamiento Para Muros 84 2.9.3.4.1 Acero Longitudinal En La Zona De Confinamiento 85 2.9.3.4.2 Acero Transversal En La Zona De Confinamiento 86 2.9.3.5 Diseño Por Corte 87 2.9.4 Diseño De Columnas 90 2.9.4.1 Consideraciones particulares del diseño 90 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y A T C 4 0 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO INDICE 2.9.4.2 Diseño por flexocompresion 90 2.9A3 Diseño por corte 91 2.9.4.3.1 Requisitos sísmicos de espaciamiento de estribos en columnas 92 2.9.5 Diseño De Las Vigas De Acoplamiento 92 2.9.6 Diseño De Las Vigas Especiales Resistentes A Momento 94 2.9.6.1 Datos para ei diseño de viga 94 2.9.6.2 Diseño Por Flexión 94 2.9.6.3 Diseño Por Corte 98 2.9.6.4 Corte Del Acero De Refuerzo 101 2.9.7 Diseño De Las Losas Aligeradas En Una Dirección 102 2.9.7.1 Datos para el diseño de losa aligerada 102 2.9.7.2 Análisis estructural 103 2.9.7.3 Verificación De L a Deflexión Máxima Admisible 105 2.9.7.4 Diseño por flexión 106 2.9.7.5 Diseño por corte 107 2.10 DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO DE LA 1 Q 8 SUBESTRUCTURA 2.10.1 Características del terreno 108 2.10.2 Calculo de la capacidad portante del terreno 109 2.10.3 Cálculo del módulo de corte efectivo y de subrasante 110 2.10.4 Calculo y diseño de la cimentación 112 2.10.4.1. -Verificación de asentamientos permisibles 112 2.10.4.2. -Verificación Del Volado Máximo De Las Cimentaciones 113 2.10.4.3. -Cimentación Corrida Para Muros De Albañilería 113 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HÍBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO INDICE 2.10.4.4.-Cimentación Corrida Para Muros De Concreto 113 2.11.-ANALISIS D E L PERFORMANCE 116 2.11.1. -Viga Débil Y Columna Fuerte 116 2.11.2. -Interaccion Suelo Estructura (ISE) 116 2.11.2.1 .-Funciones de impedancia, rigidez, traslación 117 2.11.2.2. -Efecto Cinemática En La Interacción Suelo-Estructura 118 2.11.2.3. -Amortiguamiento En La Cimentación Por La Interacción Suelo-Estructura 118 2.11.3. -Diseño Por Desempeño De Elementos Estructurales De Concreto Arma¬ do 2.11.3.1. -Incorporación De Características No Lineales Del Material 120 2.11.3.2.1. - Modelamiento De Las Vigas 121 2.11.3.2.2. - Modelamiento De Las Columnas 121 2.11.3.2.3. - Modelamiento Muros De Aíbañilería 122 2.11.3.2. -Consideraciones Para E l Análisis 124 2.11.3.2.1 .-Nodo de control 124 2.11.3.2.2. -Patrones de carga lateral 124 2.11.3.2.3. - Peligro sísmico-Espectro de demanda 124 2.11.3.2.4. - Secuencia de degradación de los elementos estructurales. 125 CAPÍTULO I I I : ESTRUCTURACION Y PREDIMENSIONAMIENTO 126 3.1 INTRODUCCIÓN A L A ESTRUCTURACIÓN Y PREDIMENSIONA- izo MIENTO 3.2 DESCRIPCION D E L PROYECTO ARQUITECTONICO 128 3.2.1 Ubicación 128 3.2.2 Características Principales 128 3.2.3 Proyecto arquitectónico 131 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO INDICE 3.3 CARACTERÍSTICAS D E L SUELO DE FUNDACIÓN 133 3.4 PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES 133 3.4.1 Albafiilería 133 3.4.2 Concreto Armado 135 3.4.3 Acero 136 3.5 ESTRUCTURACION 136 3.5.1 Estructuración del edificio de albañilería confinada 137 3.5.1.1 Muros portantes 137 3.5.1.2 Diafragma Rígido 139 3.5.1.3 Elementos de confinamiento vertical y horizontal 140 3.5.1.4 Configuración estructural 141 3.5.2 Definición de cargas 142 3.5.2.1 Carga Muerta 142 3.5.2.2 Sobrecarga 144 3.5.3 Metrado de peso del Edificio-Oí 145 3.5.3.1 Metrado de peso de Muros 146 3.5.3.2 Metrado de pesos de Vigas 149 3.5.3.3 Metrado de pesos de Losa Aligerada 152 3.5.3.4 Resumen de Pesos 153 3.5.4 Estructuración De Edificios De Concreto Armado 155 3.5.4.1 Vigas 156 3.5.4.2 Columnas 156 3.5.4.3 Muros De Albañilería 157 3.6.-DEFINICION DE ESPECTRO SISMICO 158 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULT1FAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO INDICE CAPÍTULO IV: MODELAMIENTO Y ANALISIS SISMICO 159 4.1 INTRODUCCIÓN A L MODELAMIENTO Y ANÁLISIS SÍSMICO 159 4.2 MODELAMIENTO DE EDIFICIO DE ALBAÑILERÍA CONFINADA 160 4.2.1 Edificio De Albañilería Confinada De 5 Pisos Con Material De Fabrica- . £ n I6U ción Artesaría I (AFA) 4.2.1.1 Modelamiento Sismoresistente 161 4.2.1.2 Control de deriva Inelástica y regularidad torsional 161 4.2.1.3 índice de Estabilidad 165 4.2.1.4 Modos de Vibración y periodo fundamental 166 4.2.1.5 Fuerza Cortante de análisis Estático 168 4.2.1.6 Fuerza Cortante de análisis Dinámico 168 4.2.1.7 Factor de Escala 169 4.2.2 Edificio De Albañilería Confinada De 5 Pisos Con Material De Fabrica¬ ción Industrial (AFI) 4.2.2.1 Configuración estructural final 170 4.2.2.2 Control de Deriva 170 4.2.2.3.- Modos de Vibración 171 4.3 MODELAMIENTO DE EDIFICIO APORTICADO DE CONCRETO AR­ MADO DE 7 PISOS MÁS MUROS DE ALBAÑILERÍA D E FABRICACIÓN 1 7 2 ARTESANAL. 4. 3.1 Configuración estructural 172 4. 3.2 Control De Deriva Inelástica Y Regularidad Torsional 173 4. 3.3 índice De Estabilidad De Acuerdo A La Norma E.030 175 4. 3.4 Modos De Vibración Y Periodo Fundamental 176 4. 3.5 Fuerza Cortante De Análisis Estático 176 4. 3.6 Fuerza Cortante De Análisis Dinámico 177 SENSIBILIDAD 0 E LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAM L I A R E S \ DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE.FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD D E AYACUCHO ¡ INDICE 4. 3.7 Factor De Escala 178 CAPÍTULO V: DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES 179 5.1 INTRODUCCIÓN A L DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURA¬ L E S 5.2 DISEÑO DE EDIFICIO DE ALBAÑILERÍA CONFINADA 180 5.2.1 Combinación de Cargas para diseño de muros de albañilería. 181 5.2.2 Diseño De Muros De Albañilería Y Elementos Confinantes 182 5.2.2.1 Datos para el diseño del muro 182 5.2.2.2 Diseño por compresión Axial 183 5.2.2.3 Diseno por corte ante sismo moderado 183 5.2.2.4 Diseño por corte ante sismo severo 183 5.2.2.5 Diseño de las columnas extremas de confinamiento 184 5.2.2.6 Diseño de las columnas internas de confinamiento 186 5.2.2.7 Diseño de las vigas soleras de confinamiento 186 5.2.2.8 Diseño para cargas ortogonales al plano del muro 188 5.2.3 Diseño De Los Elementos De Concreto Armado De La Superestructura W 5.2.3.1 Combinación de Cargas para diseño de elementos de concreto armado 189 5.2.3.2 Categoría de diseño sísmico 189 5.2.3.3 Diseño De Los Muros Estructurales 190 5.2.3.3.1 Datos para el diseño del muro 190 5.2.3.3.2 Diseño por compresión 190 5.2.3.3.3 Diseño por Flexo compresión 190 5.2.3.3.4 Diseño por Fuerza Cortante 194 5.2.3.4 Diseño De Las Vigas Especiales Resistentes A Momentos 198 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULT1FAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO INDICE 5.2.3 .4. I Datos para el diseño de la viga 198 5.2.3.4.2 Diseño por flexión 198 5.2.3.4.3 Diseño por corte 202 5.2.3.4.4 Corte de acero longitudinal 204 5.2.3.5 Diseño De Las Losas Aligeradas En Una Dirección 205 5.2.3.5.1 Datos para el diseño de la losa aligerada 205 5.2.3.5.2 Diseño por flexión 205 5.2.3.5.3 Diseño por corte 209 5.2.4 Diseño De Los Elementos De Concreto Armado De L a Subestructura ^11 5.2.4.1 Características del terreno 211 5.2.4.2 Obtención de la capacidad portante del terreno 211 5.2.4.3 Predimensionamiento De La Cimentación Corrida De Los Muros De Albañi- lería 5.2.4.4 Predimensionamiento de Zapatas de los muros de concreto armado. 215 5.2.4.5 Cálculo Del Módulo De Corte Efectivo 216 5.2.4.6 Modelamiento de la cimentación con el programa SAFE 218 5.2.4.6.1. -Verificación de la capacidad portante y Del Asentamientos Permisibles 218 5.2.4.6.2. -Verificación Del Volado Máximo De Las Cimentaciones 221 5.2.4.7 Diseño De Las Zapatas De Los Muros De Concreto 222 5.2.4.7.1 Diseño por flexión 222 5.2.4.7.2 Diseño por corte 223 5.3 DISEÑO DE EDIFICIO APORTICADO DE CONCRETO ARMADO DE 7 n 5 PISOS MÁS MUROS DE ALBAÑILERIA DE FABRICACIÓN ARTESANAL 5.3.1 Combinación De Cargas Para Diseño De Elementos De Concreto Armado. 225 5.3.2 Categoría De Diseño Sísmico (CDS) 225 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HÍBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO INDICE 5.3.3 Verificación De La Resistencia A La Rotura De Los Muros De Albañilería 226 5.3.4 Diseño De Los Muros Estructurales 227 5.3.4.1 Datos Para E l Diseño Del Muro 227 5.3.4.2 Diseño Por Compresión 227 5.3.4.3 Diseño Por Flexo Compresión 227 5.3.4.4 Diseño por Fuerza Cortante 231 5.3.5 Diseño De Columnas 235 5.3.5.1 Consideraciones particulares del diseño 235 5.3.5.2 Diseño por flexocompresion 236 5.3.5.3 Diseño por corte 236 5.3.6 Diseño De Las Vigas Especiales Resistentes A Momento 238 5.3.6.1 Datos para el diseño de la viga 238 5.3.6.2 Diseño Por Flexión 239 5.3.6.3 Diseño Por Corte 242 5.3.7 Diseño De Las Losas Aligeradas En Una Dirección 245 5.3.7.1 Datos para el diseño de la losa aligerada 245 5.3.7.2 Verificación De La Deflexión Máxima Admisible 246 5.3.7.3 Diseño Por Flexión 247 5.3.7.4 Diseño Por Corte 248 5.3.8 Diseño De Los Elementos De Concreto Armado De La Subestructura 250 5.3.8.1 Características Del Terreno 250 5.3.8.2 Predimensionamiento De Zapatas 250 5.3.8.3 Verificación de la capacidad portante del terreno con el programa SAFE 253 5.3.8.4 Verificación del asentamiento diferencial con el programa SAFE 255 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO ÍNDICE 5.3.8.5 Diseño por corte. 255 5.3.8.6 Diseño por Punzonamiento 256 5.3.8.7 Diseño por Flexión 257 CAPÍTULO VI: ANALISIS DE PERFORMANCE 259 6.1 INTRODUCCIÓN DEL ANÁLISIS DE PERFORMANCE 259 6.2 SENSIBILIDAD EN LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL DE EDIFI- . , n X D U CIOS DE ALBAÑILERÍA CONFINADA. 6.2.1 Sensibilidad De La Configuración Estructural Por Número De Pisos Como ^^Q Máximo-AFA. 6.2.2 Sensibilidad De La Configuración Estructural de 5 pisos. 263 6.3 VERIFICACION DE LA RESITENCIA AL CORTE DEL EDIFICIO-01 2 6 ? DE ALBAÑILERÍA CONFINADA (AFA) 6.4 DESPLAZAMIENTO MAXIMO Y PUNTO DE DESEMPEÑO APROXI- 2 f i g MADO EN PROCEDIMIENTOS LINEALES-ALBAÑILERÍA CONFINADA 6.4.1 Punto de Fluencia 268 6.4.2 Desplazamiento máximo 270 6.4.3 Comparación Del Procedimiento Dinámico Lineal 271 6.5 REVISIÓN DE COLUMNA FUERTE VIGA DÉBIL 272 6.6.-INTERACCION SUELO ESTRUCTURA (ISE) 278 6.6.1 cálculo de las funciones de impedancia, rigidez traslacional y rotacional de los ^yg resortes de apoyo en la base. 6.6.2 Efecto Cinemática En La Interacción Suelo-Estructura 281 6.6.2.1 Amortiguamiento en la cimentación por la interacción suelo-estructura 281 6.6.2.2 Espectro Escalado Por Efecto Cinemática En ISE 283 6.6.3 Resultados Del Análisis Estructural Con Base Flexible E Interacción Suelo Estructura 6.6.4 Verificación de las Fuerza de reacción con base flexible y base Rígida 2 ^ 6 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMEUARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA356 Y ATC40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO X Ü INDICE 6.6.5 Resultados De Verificación De Diseño Con Base Flexible E Interacción Suelo 2,o / Estructura 6.7 DESPLAZAMIENTO MÁXIMO Y PUNTO DE DESEMPEÑO APROXI- 2 8 g MADO EN PROCEDIMIENTOS LINEALES 6.7.1 Punto De Fluencia 288 6.7.2 Comprobación Del Procedimiento Dinámico Lineal 290 6.8 DISEÑO POR DESEMPEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE 2 9 J CONCRETO ARMADO 6.8.1 Incorporación De Características No Lineales Del Material 291 6.8.1.1 Modelamiento De Columnas, Vigas Y Puntal Diagonal 291 6.8.2 Consideraciones Para E l Análisis 292 6.8.2.1 Nodo de control y patrones de carga lateral 292 291 6.8.2.2 Peligro Sísmico 6.8.3 Resultados Del Análisis Por Desempeño 293 6.8.3.1 Obtención Del Punto De Demanda Mediante Etabs Con Patrón De Carga Distribuida 6.8.3.2 Secuencia De Degradación De Los Elementos Estructurales 295 6.8.3.3 Obtención Del Punto De Desempeño Mediante Etabs Usando Como Pa- ^93 trón De Carga Del Primer Modo 6.8.3.3.1 Respuesta Del Edificio Ante Los Tres Niveles De Demanda Sísmica 298 6.8.3.3.2 Calificación Del Desempeño 299 6.8.3.3.3 Secuencia De Degradación De Los Elementos Estructurales 300 6.8.3.3.4 Resumen 304 CAPÍTULO V I I : CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 305 7.1 CONCLUSIONES 305 7.2 RECOMENDACIONES 311 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMIUARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE. FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO INDICE REFERENCIA 312 ANEXOS Verificación De Resistencia De Los Muros De Albañilería Con Unidades De AFA Con La Norma E.070 Diseño De Columnas Exteriores Diseño De Columnas Interiores Diseño De Vigas Solera Diseño A Flexión De Vigas De Acople PLANO: A-01. Arquitectura De Propuesta Inicial Ediflcio-01 Y Edifício-02 PLANO: E-01. Estructuras-Cimentaciones-Edificio-01 PLANO: E-02. Estructuras-Coiumnas-Ediflcio-01 PLANO: E-03. Estructuras-Vi gas Y Losa Aligerada-Edifício-01 PLANO: E-04. Estructuras-Cimentaciones-Edificio-02 PLANO: E-05. Estructuras-Columnas-Edificio-02 PLANO: E-06. Estructuras-Vigas Y Losa Aligerada-Edificio-02 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO í CAPITULO I INTRODUCCION 1.1 A N T E C E D E N T E S L a albañilería ha sido y es uno de los materiales más utilizados en Latinoamérica y en Perú en particular, en la construcción de viviendas del tipo unifamiliar de uno a tres pisos y de edificios del tipo multifamiliar de baja altura, no más de cinco pisos, para familias de bajos ingresos. Normatividad Aproximadamente antes de 1940 se construyeron viviendas con unidades macizas los mu­ ros portantes y no portantes cuyo espesor eran de 25cm. Pero a partir de 1940 aproxima­ damente se introdujo las columnas de concreto armado como elementos confinantes para los muros portantes. Este tipo de retuerzo en la albañilería en el Perú aún carecía de estu­ dios experimentales y de ingeniería. Luego, la necesidad de mayores espacios en construc­ ciones urbanas llevó al uso de muros más delgados, de 0.15m o menos, reduciendo la den­ sidad de muros (área de muros respecto al área en planta) [Ref.1.1]. E l Reglamento Nacional De Construcciones aprobado por D.S . N ° 039-70-VI de 1970 y N° 063-70-V1 (lOma. Edición de Bonilla, 1980) es el primer documento que índica cómo proyectar las "Construcciones con paredes portantes de ladrillos", sometidas a cargas gra- vitatorias y sísmicas. [Ref.1.1]. En 1982 se promulgó la primera norma moderna de diseño y construcción de albañilería SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO I (ININVI), la que tenía algo de respaldo experimental pero que adolecía aún de temas no investigados en las condiciones peruanas de materiales y mano de obra. Esta norma permi­ tió a los ingenieros proyectar y construir edificios de hasta 5 pisos de albañilería confinada de 0.15m de ancho, [Ref.1.1]. Norma de Albañilería E-070 (2006). Aprobado por D. S. N° 011-2006 - VIVIENDA del 5 de mayo del 2006, el Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) reemplaza en todas sus partes al Reglamento Nacional de Construcciones RNC de 1970 y complementos. En esta norma E.070 que contiene 10 capítulos. Respecto a la norma anterior de 1982 hay modifi­ caciones en los materiales, procedimientos de construcción, estructuración, análisis y dise­ ño estructural, e introduce el efecto de interacción tabique pórtico. [Ref.1.1]. Albañilería en el mundo En 1994, el American Concrete Instituto (ACI, por sus siglas en inglés) edita un libro sobre La mampostería en siete países en el continente americano: Canadá, Colombia, Costa Rica, Chile, Estados Unidos, México y Perú. Se abordan temas como a) Prácticas constructivas, b) Practicas de diseño, c) Daños debido a sismos, d) Técnicas de evaluación y refuerzo, e) Investigación. [Ref.1.2]. Crisafulli (1997) lleva a cabo una extensa recopilación bibliográfica de trabajo experimen­ tal realizado en el mundo, con énfasis en Latinoamérica, propone un modelo de comporta­ miento cíclico de la mampostería el cual calibra pruebas de laboratorio y lo incluye como un elemento en el software llamado Ruaumoko, [Ref.1.3]. Holmberg y Araneda (2007) presentan una descripción general de las maniposterías en Chile y realizan una comparación de las normas chilenas de diseño con normas similares del resto de los países de la región (Colombia, Estados Unidos, México y Perú). Del traba­ jo, se observa que existe una gran dispersión tanto en las características de los materiales como en las disposiciones de diseño empleadas, [Ref.1.4]. 2 CAPITULO / Albañilería en el Perú En el Perú encontramos las abundantes investigaciones hechas por el Ing. Ángel san Barto­ lomé en la Pontificia Universidad Católica del Perú. Conjuntamente con el Ing. Daniel Quiun y Wilson Silva. 1.2 MOTIVACIÓN Las ciudades de Ayacucho se encuentran actualmente en desarrollo urbano y donde existe mayor desarrollo de la construcción (viviendas) Según las Fuentes: INEI - Censos Nacio­ nales 2007: X I de Población y V I de Vivienda, y gran parte de las edificaciones que se construyen hoy en Ayacucho tienen el sistema de configuración estructural de albañilería confinada o la combinación de esta con el sistema Aporticado, y estas edificaciones en su mayoría son viviendas de auto construcción, mal configurados. Debiéndose esta situación a la realidad económica de la región Ayacucho, hace que un gran número de familias con limitados recursos opte por la autoconstrucción, como único medio económicamente facti­ ble para la construcción de sus viviendas. Este hecho, que parece ser común y cotidiano, se convierte en un problema, cuando los terremotos, debido a las deficiencias constructivas y estructurales de este tipo de edificaciones, dejan a miles de familias sin hogar, además de cobrar otras tantas vidas humanas, recordando que la ciudad de Ayacucho se encuentran en una zona de actividad sísmica intermedia (zona 2, según la N T E E.030). Las edificaciones multi familiares en la ciudad de Ayacucho actualmente en su mayoría construidas en terrenos cuyas dimensiones en promedio son de 8.0X20m , se encuentran en desarrollo vertical (actualmente edificios de 7 pisos), estos edificios en su mayoría care­ cen de rigidez en la fachada, por cuestiones arquitectónicas o por la poca dimensión del terreno, las cuales le hacen más vulnerables ante acciones sísmicas. Como los que se pue­ den apreciar en las Figuras SENS3IUDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS WULTIFA.MUARES DE TIPO HIBRIDO COM LA NORMA NTE, FEMA 355 Y ATC-ÍO EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO i Fignral.2: Edificio de 5 pisos Av. A.J . Sucre, Edificio La Torre de 6 pisos Av. 26 Enero CAPITULO t Figura 13: Edificio de 6 pisos Av. Simón Bolívar, Edificio de 6 pisos Av. E l Ejército Los cuales podrían ser vulnerables a los efectos de los sismos si estas no han sido diseña­ das y construidas adecuadamente con asesoramiento técnico como las edificaciones de­ nominadas auto construidas, tal como son la gran mayoría de edificaciones construidas en esta región, que sumado a las condiciones del suelo y a la falta de control de calidad de los materiales (unidades de arcilla artesanal) resultan ser muy vulnerables. Se ha visto que las edificaciones de albañilería confinada de mayor altura en zonas de sis­ micidad alta han sido las más afectadas comparada con otros sistemas estructurales debido a que las estructuras de albañilería confinada presentan poca ductilidad Por otra parte, ante sismos de intensidad media y baja solo se han visto afectadas ligera­ mente sin presentar daños de consideración. Esto podría indicar que, para zonas con una amenaza sísmica baja y moderada, utilizando una técnica adecuada de distribución de mu­ ros y elementos de confinamiento, podría garantizarse un buen desempeño de estas estruc­ turas y por lo tanto reducir el riesgo al que se encuentran expuestas. Para evitar situaciones como las que se muestran en las siguientes figuras: CAPITULO I Figura 1.4: Falla por comportamiento no dúctil de las vigas de concreto armado (Piso Débil) 1.3 PLANTEAMIENTO D E L PROBLEMA 1.3.1 Problema Principal Como mejorar la configuración estructural para obtener mayor rigidez y resistencia de edificios de albañilería confinada con unidades de fabricación artesanal y como evitar fa­ llas frágiles debido a fallas de columnas en edificios de tipo híbrido (pórticos de concreto armado mas muros de albañilería). 1.3.2 Problemas Secundarios a. A pesar que ta norma E.070 limita los edificios de albañilería con unidades de fabrica­ ción artesanal en la zona 2 y 3 para muros portantes hasta dos pisos, pero en la realidad existe un gran número de viviendas con este material como muros portantes o muros dando rigidez a pórticos de concreto armado existiendo hasta la actualidad de 6 pisos en la ciudad de Ayacucho, entonces estos edificios estarán cumpliendo con los controles mínimos de rigidez y resistencia. b. Existe un gran número de viviendas que tienen 8.0m de ancho y 20m de largo en plan­ ta, los muros en la dirección frontal son muy cortos, poco resistentes, y peor aun con unidades de albañilería de fabricación artesanal brindan una insuficiente rigidez estruc- 6 CAPITULO I turaí en dicha dirección, siendo así los muros de la fachada los mas críticos, como se ha observado en los edificios de albañilería que fallaron ante eventos sísmicos. c. E l modelamiento estructural con interacción suelo estructura en qué casos se debería de considerar favorable o desfavorable de las respuestas estructurales. d. Se ha visto que si las columnas no son más resistentes que las vigas que llegan a un nu­ do, existe la posibilidad de acción inelástica en ellas. En el peor caso de columnas débi­ les se puede producir fluencias por flexión en ambos extremos de todas las columnas y ocasionan falla frágil que puede conducir al colapso, en edificios de tipo híbrido (pórti­ cos de concreto armado mas muros de albañilería). 1.4 O B J E T I V O S 1.4.1 Objetivos Generales Proponer una configuración estructural rígida y resistente a movimientos sísmicos severos, en base a una arquitectura en común y con representación aproximada de viviendas multi- familiares de autoconstrucción de albañilería confinada y de tipo Híbrido, de forma tal que pueda ser replicada por familias con escasos recursos económicos. 1.4.2 Objetivos Específicos a. Verificar la sensibilidad de la configuración estructural con unidades de albañilería de fabricación artesanal y de fabricación industrial. b. Verificar la sensibilidad de la configuración estructural con unidades de albañilería de fabricación artesanal, remplazando aquellos muros críticos con muros de concreto ar­ mado. c. Adaptar los modelos de Interacción Suelo-Estructura de las normas A T C 40 y F E - MA356 a fin de obtener un comportamiento más cercano a la realidad, para lo cual se desarrollaran los parámetros necesarios para el desarrollo de las teorías existentes. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTiF AFIL IARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO 7 CAPITULO I d. Verificar el desempeño estructural cuando cumple el criterio de Columna fuerte y Viga débil, dirigiendo la formación de daños a vigas y cuando no se cumple este criterio de Columna fiierte y Viga débil. 1.5 HIPÓTESIS 1.5.1 Hipótesis Global Suficiente rigidez y resistencia con el cambio algunos muros de albañilería por muros de concreto armado en edificios de albañilería confinada y mejor desempeño estructural en edificios tipo Híbrido (pórticos de concreto armado mas muros de albañilería) mayor for­ mación de rotulas plásticas en vigas que en columnas. 1.5.2 Hipótesis Secundario a. Menor rigidez y resistencia con unidades de albañilería de fabricación artesanal y mayor rigidez y resistencia con unidades de albañilería de fabricación Industrial. b. Mayor rigidez y resistencia del edificio con la incorporación de muros de concreto ar­ mado y la insuficiente resistencia y rigidez que proveen los muros internos de albañile­ ría de corta longitud. c. Reducción en la reacción del suelo, el incremento de esfuerzos en los elementos estruc­ turales y el incremento del control de deriva. d. E l buen comportamiento de las uniones viga columna (Columna fuerte y Viga débil) garantiza la mayor formación de articulaciones en las vigas que en las columnas que son parte importante en el buen desempeño estructural de Edificios SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE OE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPÍTULO I 1.6 M E T O D O L O G I A 1. - Recopilar información, material, publicaciones y otros referentes al tema. 2. - Optar por los resultados de sus propiedades mecánicas de investigaciones de tesis de la UNSCH, acerca del material de albañilería de fabricación artesanal en la ciudad de Ayacu- cho. 3. - Optar por los resultados de las propiedades geotécnicas del suelo de investigaciones de tesis de la UNSCH, acerca de capacidad de carga admisible de los suelos del área urbana del distrito de Ayacucho. 4. - Se seleccionó un terreno típico de la ciudad de Ayacucho y en muchas zonas urbanas de las ciudades del Perú lotes de (8.0mX20m) 5. - Se analizan dos edificios en una arquitectura en común de representación aproximada de viviendas de autoconstrucción, el primer edificio se analiza con materiales de albañile­ ría de fabricación artesanal y de fabricación industrial, el segundo edificio se analiza un edificio de 7 pisos Aporticado con muros de albañilería confinada de fabricación artesanal. 6. - Los edificios en estudio se analizan y se diseñan con la norma nacional vigente con ayuda del módulo de diseño automatizado del software estructural E T A B S 9.6 y SAFE 12.1.1. 7. - Adaptar el material del contenido del documento FEMA 356 y A T C 40 para el análisis de interacción suelo estructura y la verificación del desempeño estructural en edificios de tipo Hibrido, solo considerando rotulas plásticas en vigas y columnas y no en muros por la complejidad de esta. SENSIBILIDAD DE LA COKFIGURACiCN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFiClOS f'ULTIF AFILIARES DE TiPO HIBRiDO CON LA NORMA NTE. F&'A 35S Y ATC-ÍO EN LA CIUDAD DE AYACUCHO 9 CAPITULO II CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1. INTRODUCCIÓN A L MARCO TEÓRICO En este capítulo se presentan las definiciones necesarias para la comprensión del trabajo; E l sistema de estructuración de albañilería confinada es uno de los sistemas más usados para vivienda un ¡familiares, multifamiliares y en general para edificios de varios pisos (1-7 pisos en Ayacucho y en Lima los edificios del "damero de gamarra"). A pesar que la nor­ ma E.070 (Articulo 27 del Capítulo 8) indica una altura máxima de 15m o 5 pisos. Porque se desconoce el comportamiento sísmico de este tipo de estructura para alturas mayores, es decir mayores a 5 pisos. Ante esta necesidad se requieren más estudios de los que ya exis­ ten como los del Ing. Jesús Humberto Arango T. (2001-Colombia), Cervantes y Jean R. (2009-Mexico), en Perú no existen estudios de edificios altos de Albañilería confinada. En este capítulo se describen paso a paso las ecuaciones utilizadas en el diseño de los mu­ ros de albañilería confinada, como también el diseño de sus elementos confinantes, vertica­ les y horizontales, en caso de muros de concreto armado se describe el proceso de diseño considerando las normas E.060-2009 y la norma del A C I 318 08. Y se describen las tablas de diseño que arrojan el programa Etabs, de la misma manera se describen los procesos de diseño para columnas, vigas y zapatas. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAM1LIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO Wy^S mm » f CAPITULO II Para el diseño de cimentaciones se describen las ecuaciones a utilizar para el cálculo de los coeficientes de balasto para luego utilizarlos en los diseños de la cimentación en el pro­ grama SAFE, también se describen las ecuaciones que indican el FEMA 356, A T C 40 y el UBC 97 para el modelamiento de interacción suelo estructura, en la tesis con fines de comparar los esfuerzos, deformaciones y cargas en la estructura. Finalmente se describe los procedimientos para la realización de un análisis no lineal (Pushover), el análisis no lineal que desarrollaron como herramienta para descubrir la vul­ nerabilidad presente en edificios al ser sometidos a cargas laterales provocadas por sis­ mos. Estos métodos son temas de amplia investigación que requieren conocimientos más profundos del comportamiento dinámico de una estructura con degradación de rigidez en sus elementos estructurales, en esta tesis no es el objetivo principal a desarrollar el método de análisis no lineal, solo será usado como una verificación de que pasaría si no se conside­ rara el cumplimiento de columna fuerte/viga débil. 2.2. ARQUITECTURA DE VIVIENDAS MUTIFAMILIARES La norma A.020 de Vivienda, califica a las viviendas multífamiliares cuando se trate de dos o más viviendas en una sola edificación y donde el terreno es de propiedad común. 2.2.1 Condiciones De Diseño. Las condiciones mínimas de diseño deberán cumplir con lo establecido en la norma A.010 y A.020, pero cabe indicar que las condiciones mínimas establecidas en la norma se cum­ plen con lotes de área mínima de 450m2 y frente mínima de lote 15m, según la Norma TH.010 Habilitaciones Urbanas, pero en la ciudad de huamanga que es el lugar donde se ubica el edificio proyectado, los lotes en su mayoría son de áreas de 140 a 200m2, en estos terrenos de área indicada se están construyendo edificios multifamiliares, debido a que no existen programas de viviendas multifamiliares y/o conjuntos residenciales para satisfacer la demanda de viviendas. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO II 2.2.2 Tipología TIPO FLAT: Vivienda constituida por una sola planta con acceso directo puede ser de 01 dormitorio, 02 o 03 dormitorios. TIPO DUPLEX: Vivienda constituida por la unión de dos pisos superpuestos, conectados interiormente por una escalera. 2.2.3 Ductos De Ventilación Ductos de ventilación para sanitario: 0.48m2 o (0.60x0.80m) Pozos de iluminación debe tener: 2.2m como mínimo Ductos y cuartos de Basura para edificios mayores a 5 pisos: 0.50X0.50m 2.2.4 Circulación Vertical La distancia desde cualquier punto. En ei interior de una edificación a una circulación ver­ tical que conduzca directamente al exterior será como mínimo de 25m ASCENSORES: Los edificios de 5 a más pisos deben contemplar ascensor. Dimensiones mínimas de las cabinas del ascensor es: Anchó= 1.50m y Profundidad 1.40m ESCALERA: E l ancho mínimo de una escalera será de 1.20m Los tramos de la escalera deben tener un máximo 18 gradas E l tamaño mínimo de paso es de 25cm y del contrapaso máximo es de 18cm SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO II 2.3. S I S T E M A S E S T R U C T U R A L E S D E V I V I E N D A S M U L T I F A M I L I A R E S La norma E.030 establece que un sistema estructural se clasificara según los materiales usados y el sistema de estructuración Sismoresistente predominante en cada dirección tal como se índica en la tabla N° 01: SISTEMAS ESTRUCTURALES J Acero | Pórticos Dúctiles con uniones resistentes a momentos | I Otras Estructuras de Acero Arriostres Excéntricos • Arriostres en Cruz Concreto Armado Pórticos Dual Muros Estructurales Muros de Ductilidad Limitada Albañilería Armada Confinada B Madera \ Tabla 2.1; Sistemas Estructurales Las viviendas multifamiliares en su mayoría predomina el sistema estructural de albañile­ ría confinada, dual (pórticos y muros de corte) y en los últimos años de muros de ductili­ dad limitada, En la ciudad de huamanga la mayor parte de las edificaciones multifamiliares son de Albañilería confinada en una dirección y en la otra de pórticos de concreto armado o estos dos sistemas se combinan en ambas direcciones, teniéndose edificios de 6 pisos hasta el momento, por esta razón nos enfocaremos en este estudio al sistema estructural de Albañilería confinada y edificios de tipo Híbrido. 2.3.1 Sistema Estructural De Albañilería Armada Es aquella que ha sido construida con unidades de albañilería, de forma tal que se pueden colocar refuerzos horizontal y vertical, a través de orificios presentes en estas. Este retuer­ zo es adherido a la albañilería mediante mortero, formando un conjunto unitario similar en SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICJOS MULTIFAMILIARES ; ' : g * - i ¡ DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC40 EN LA CIUDAD DE AYACUCH0 CAPITULO II cuanto a comportamiento con el concreto, actuando conjuntamente para resistir esfuerzos. [Ref.2.12] . I l i irisi i i it i i l Figura 2.1: Elementos de! sistema estructural de albañilería confinada 2.3.2 Sistema Estructural De Albañilería Confinada Este sistema de estructuración es tradicionalmente empleado en casi todo el Perú para la construcción de edificios hasta 5 pisos, de viviendas Uni o MuJtifamiliares, hoteles, etc. Es aquel tipo de sistema estructura! en que se utilizan piezas de ladrillo rojo de arcilla hor­ neada o bloques de concreto, de modo que los muros quedan bordeados en sus cuatro la­ dos, por elementos de concreto armado. [Ref. 2.1]. 2.3.2.1 Componentes Estructurales De Albañilería Confinada L a estructura de las edificaciones de albañilería que tradicionalmente se emplea en el Perú y la ciudad de huamanga está compuesta usualmente, en secuencia de construcción, por. 1 C i m e n t a c i ó n corrida 6.- Viga dintel (acople) 2. - Sobrecimiento. 7.- Losa de techo 3. - Muros de albañilería confinada 4. - Columnas de confinamiento 5. - Vigas soleras .¿fe&té SENSIBILIDAD DE LA CGNFíGURACIQN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTfFAMILIARES 2HgK§ DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO • 1 4 ; CAPITULO II Figura 2.2: Elementos del sistema estructural de albañilería confinada L- Cimentación corrida.-son utilizados en suelos de calidad intermedia o de buena cali­ dad, se excavan zanjas con ancho mínimo de B=40cm, se diseñan estructuralmente de for­ ma que los esfuerzos actuantes en su base producto de la carga axial y el momento fleeter actuante en el muro, sean menores que la resistencia admisible del suelo (A t a A 25 20 Esta relación tiene la función práctica de permitir la adecuada verticalidad del muro duran­ te la construcción. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMIUARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DÉ AYACUCHO CAPITULO» Figura 2.3: Muro de Albafiilería Confinada b. Longitud Máxima de Muro La longitud entre columnas del muro de albañilería o deberá superar en más de 2 veces la altura del piso, L < 2h. Figura 2.4: Longitud máxima de Albañilería c. Esfuerzo axial máximo El diseño por carga vertical de gravedad contempla que en el muro se presente un esfuerzo axial (o esfuerzo nominal) con cargas de servicio, menor al esfuerzo admisible del material ante esta solicitación. E l cual se detallara más adelante. d. Densidad mínima de muros reforzados y muros a reforzar La norma E.070 busca prevenir el colapso total de las edificaciones exigiendo que exista una cierta cantidad de muros reforzados en cada dirección. La densidad mínima de muros SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACJÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO II se obtiene mediante la relación de área de corte de los muros reforzados orientados en una determinada dirección, dividida entre el área de la planta típica, el cual se refleja en la si­ guiente ecuación indicada en la norma E.070, Articulo 19(19.2-b). Area de corte de los muros reforzados Y Lt ZUSN ; T - : ; r-r = ~~ S —zrz— ecu(2.01) Area de la planta típica AP 56 Donde: Z : Factor de Zona sísmica especificado en la norma E.030 U : Importancia especificado en la norma E.030 S : suelo especificado en la norma E.030 N : Es el número de pisos del Edificio L : Es la longitud total del piso del muro (incluyendo columnas si existiesen) t : Espesor efectivo del muro Demostrando ecuación 2.01, utilizando las normas E.030, E.070 y suponiendo los siguien­ tes valores: *• Peso promedio de la planta típica: 8Q0Kg/m2 ®* Resistencia a fuerza cortante promedio de la albañilería: v = ZJKg/cm2 Amplificación sísmica: C = 2.5 *" Factor de reducción de la fuerza sísmica: R = 3 Calculando la cortante en la base: V = ZVSCL= Z t / 5 . 2 . 5 » ( 8 0 0 M p - N ) = A 1 W S A » ( 1 ) R 3 r \ J Calculando la resistencia al corte promedio (en rotura): vY,lt = 37000 S U (2) Igualando (1) y (2) se tiene: 37000 £ Lt > 666.67ZUSAPN - ^ > - T ^ 2 ^ Ap 55.5 Ap 56 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO li De emplearse placas en caso de no cumplirse la expresión de la ecuación 2.01, se multipli­ cara el espesor de la placa con la relación de módulos de elasticidad (Ec/Em), ya que la formula que se demostró fue considerando solo muros de albañilería. 2 3 3 3 Elementos De Confinamiento Es necesario que un muro de albañilería se encuentre bordeado por sus cuatro lados por elementos de confinamiento de concreto armado, Verticales (Columnas), Horizontales (Vigas) y aceptándose la cimentación de concreto como de confinamiento horizontal para el caso de los muros ubicados en el primer piso. Y a que las cargas sísmicas actúan en los dos sentidos del muro. a. Elemento de confinamiento vertical (Columnas) El peralte mínimo de las columnas de confinamiento será de 15cm y el espesor mínimo será igual al espesor efectivo del muro. Y en caso de que se discontinué las vigas soleras, por la presencia de ductos en la losa del techo o porque el muro llega a un límite de pro­ piedad, el peralte mínimo de la columna será suficiente como para permitir el anclaje del refuerzo longitudinal de la viga más el recubrimiento respectivo. Columna de Centro Broin.-t Hmin=15cm Columna de Esquina y/o Perímetro -1 Ldn L I J l i l i — " " I t i t c P i . ™ 1 B H U = 3 I J P J t > 8 D b > 1 5 c n , \J Fe Hmin.^Ldg + recub. Figura 2.5: Elemento de confinamiento vertical (Columna) b. Elemento de confinamiento horizontal (Vigas) El peralte mínimo de las vigas soleras de confinamiento será igual al espesor de la losa de techo y el espesor mínimo será igual al espesor efectivo del muro. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO 20 CAPITULO II Se ha podido observarse que los esfuerzos axiales en la albañilería varían muy poco cuan­ do se incrementa el peralte de la viga solera. Adicionalmente, la solera no se diseña por fuerza cortante sísmica ya que sobre ella existen muros superiores que elevan el área de corte vertical. Asimismo, la solera no se deforma por flexión ni por corte por estar integra­ da a la albañilería, donde se acepta la hipótesis de Navier ("brazo rígido"). Por estas razo­ nes, las soleras no necesitan tener un peralte mayor que el de la losa del techo [Ref.2.11] V I G A D I N T E L ^ & 5 > ^ *P> VIGA SOLERA VIGA DINTEL Bmin.^t Bmm.—( Hmin.=CloM Hmns-60cm Figura 2.6: Elemento de confinamiento Horizontal (Vigas) c. Elemento de confinamiento horizontal (Cimentación en Iopiso) El ancho mínimo de la cimentación corrida será de 40cm de modo que se pueda trabajar sin dificultad y el peralte mínimo de esta será de 50cm. En sobrecimiento el ancho será igual al espesor efectivo del muro y el peralte mínimo será igual a 30cm, X X M t o : . - . L . - « « * I r T ->i~> fmt ftan . A Vr< ' f 1 > t £ En • A u CIMIENTO CORRIDO C E N T R A L Bn»*taa CIMIENTO CORRIDO P E R I M E T R A L Figura 2.7: Elemento de confinamiento Horizontal (Cimentación en I o piso) SENSIBILIDAD DE L A CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICAOS MULTiFAMILIARES DE TIPO HÍBRIDO CON L A NORMA NTE, PENA 356 Y ATC-40 E N LA CIUDAD D E A Y A C U C H O CAPITULO II Con frecuencia se usa el concreto ciclópeo en las cimentaciones corridas y sobrecimiento, esta también es indicada en la norma E.060-22.10. 2.3.4 Sistema Estructural De Concreto Armado Son estructuras formadas por losas macizas o aligeradas apoyadas en vigas y columnas. En estas estructuras también existen muros de concreto ("placas"), los cuales son muy necesa­ rio para el aumento de la resistencia y rigidez lateral necesarias frente a los sismos. LOSA Üfc KNTREWSO Figura 2.8: Elementos del sistema estructural de albañilería confinada Este tipo de estructuras requieren emplear una mejor calidad de concreto (más cemento y más fierro) para sus elementos, en comparación a las estructuras de albañilería confinada. Los tabiques de albañilería se construyen después de haberse desencofrado los elementos de concreto armado (columnas, vigas y losas), dichos tabiques no cumplen ninguna fun­ ción estructural. 2.3.4.1 ELEMENTOS ESTRUCTURALES MINIMOS DE CONCRETO ARMADO 1.- Losas De Entrepiso.- Son elementos que actúan como diafragma rígido de una estruc­ tura y en el caso de losas en una dirección, estás están apoyadas sobre vigas por lo que podemos decir que este elemento estructural es igualmente importante que las vigas para un edificio, ya que en la mayoría de los casos trabajan conjuntamente y la falla estructural SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAM1LIARES ' DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE. FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO i CAPÍTULO ii de la losa o de la viga en conjunto con la losa provocaría grandes pérdidas tanto económi­ cas como humanas y dejando de esta manera la estructura fuera de servicio. [Ref. 2.13] Existen 03 tipos básicos de losas de entrepiso a. Losas aligeradas c. Losas nervadas b. Losas macizas í ' p t f ^ < s ~ " L O S A A L I G E R A D A L O S A M A C I Z A L O S A N E R V A D A Figura 2.9: Plantas Rectangulares muy alargadas Según el reglamento peruano de Concreto Armado E-060- 10.4.1-2006 el espesor de la losa será: h = —, Donde L es la luz entre ejes, para no verificar deflexiones. Según esta regla práctica tomada del libro de concreto armado del Ing. Antonio Blanco B . [Ref. 2.5], se considera los siguientes espesores de losa para cada longitud de luz libre: Espesor det 1 Aligerado (cm) Espesor del Ladrillo (cm) Usado en Luces de 17 12 menores a 4 m. 20 15 entre 4 y 5.5 m. 25 20 entre 5 y 6.5 m. 30 25 entre 6 y 7.5 m. Tabla 2.2: Espesor De Losa Aligerada Dichos espesores pueden usarse para aligerados armados en una dirección y que tengan sobrecarga normal del orden de 300 Kg/m2. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFATÍILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE. FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CfUDAD DE AYACUCHO 23 CAPITULO II Siguiendo este criterio, en nuestro caso la sobrecarga de diseño es de 200 Kg/m2 y 300 Kg/m2 por lo tanto por la sobrecarga mayor a la normal se procederá a dimensionar con un peralte de h = 20 cm. a todas las losas aligeradas, Este espesor de losa incluye tanto al espesor del ladrillo como a los 5 cm. de losa superior. Teniendo en cuenta que la cantidad de bloques de ladrillos en un metro cuadrado, para blo­ ques de 30X30cm y viguetas de 10cm, es de 8.33 unidades. 1 Attura del Ladrillo (Hvl) Espesor Total de la Losa Wi) Vol. De Concreto en Vigue­ tas (m 3 ) Vol. De Concreto en Losas de 5 cm (m 3) Vot. De Concreto Total (m 3 ) Peso total de tos Bloques de Arcilla (Kg/m2) Peso del Concreto (Kg/m2) Peso total de la Losa (Kg/m2) Peso total de la Losa Estándar (Kg/m2) Espesor de la losa Equiva­ lente (m) l 0.12 0.17 0.030 0.050 0.080 83.30 192.00 275.30 280.0 0.117 0.15 0.20 0.038 0.050 0.088 83.31 210.00 293.31 300.0 0.125 0.20 0.25 0.050 0.050 0.100 111.07 240.00 351.07 350.0 0.146 0.25 0.30 0.063 0.050 0.113 149.94 270.00 419.94 420.0 0.175 j 0.30 0.35 0.075 0.050 0.125 174.93 300.00 474.93 475.0 0.198 ¡ T A B L A 2.3: propiedades de una losa aligerada en una dirección para varias Alturas de ladrillo Características de la losa aligerada: Altura Total (Ht) Espesor de la losa superior Altura total de la vigueta Ancho de la vigueta Dimensiones del bloque de arcilla Peso de la losa Espesor equivalente como losa maciza Losa maciza en una dirección tendrá las siguientes características: Altura Total (Ht) : 20 cm. Peso de la losa : 480 Kg/m2. 20 cm. 5 cm. 20 cm. 10 cm. 30 cm X 30 cm. 300 Kg/m2. 12.5 cm. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACION ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTÍFAM1LIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCH0 •iiÉÉI CAPITULO II 2. - Vigas.- Son elementos que soportan las cargas que actúan en una estructura ya sean cargas permanentes, sobrecargas, cargas de sismo, etc. Estos elementos pueden sufrir fallas por flexión debido a la deformación causadas por los esfuerzos de flexión generado por las cargas externas; además las vigas deben tener un margen de seguridad adecuada contra otro tipo de comportamiento muy común en ellas, como es el caso de la falla por corte; de esta manera podemos definir las vigas como elementos estructurales importantes, para que la estructura se mantenga en buenas condiciones de servicio. [Ref. 2.13]. En este caso de las vigas se colocaran buscando que la viga repose sobre su menor dimen­ sión, obteniéndose de esta manera mayor rigidez y resistencia de la viga.. [Ref. 2.6]. E l pre dimensionamiento se realizara de la siguiente manera: Ancho b: se utilizara la siguiente expresión: b = — Donde at: ancho tributario W»? 20 C Peralte Efectivo d; utilizando un peralte comprimido de 0.3d (la Más económica) derivamos la siguiente expresión para el peralte efectivo. b=? d = 2 - ° JS ' M » = T ^ - 1 ' 5 w « + ^ Donde: M = (0.6,0.7) M0 Ma = Momento flector como viga simplemente apoyada. 0 = Coeficiente de flexión igual a 0.90 f c = resistencia a compresión del concreto 3. ~ Columnas.- Son miembros verticales a compresión de los pórticos estructurales, que sirven para apoyar las vigas cargadas. Además, transmiten las cargas de los pisos superio­ res hasta la planta baja y después al suelo, atreves de la cimentación. En términos econó­ micos y de pérdida humana, la falla estructural de una columna es un evento muy impor- :<•'.« fí-.»r*i *-;•!«•; '&&hií$¿*$ ; ¿fáî í •;>v->; . J i ^ í > i - . i " , íft-:: V « ~ J Vi* ' r" . •" i '• * *r-*t- "> . jr SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCH0 CAPITULO II tante puesto que las columnas son elementos a compresión y la falla de una de estas en un lugar crítico de la estructura puede causar el colapso progresivo de los pisos concurrentes y el colapso total ultimo de la estructura completa; adicional mente, las fallas en elementos a compresión proporcionan muy poca advertencia visual en la estructura misma. [Ref. 2.13] Las columnas se clasifican de acuerdo a la posición de la carga en la sección transversal: a. Columna interior sujeta a carga axial b . Columna exterior sujeta a carga axial y flexión uniaxial c. Columna exterior sujeta a carga axial y flexión biaxial 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Figura 2.10: Plantas Rectangulares muy alargadas La sección de las columnas se determina de acuerdo a la magnitud del esfuerzo de com­ presión axial (Carga Normal) que deben soportar dichas columnas en cada nivel del edifi­ cio, a partir de la siguiente ecuación. A - 9 O.80(O.85/C' + 0.01/y) ' P = P, losa,vigas,muros,CM y CV ' ¿columna + Pr 4.- Muros De Concreto.- Los muros estructurales de concreto armado, llamados también muros de corte o pantallas, son elementos que proporcionan gran rigidez lateral y ayudan a resistir las cargas gravita- cionales en las edificaciones. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO It En zonas de elevado riesgo sísmico su uso es ampliamente recomendado ya que entre sus ventajas se encuentra que: • Disminuye considerablemente las derivas de piso, las vibraciones y oscilaciones lo que ayuda a que existan pocos daños en los elementos no estructurales. • A l ser elementos de gran rigidez lateral, absorben la mayoría de las solicitaciones sísmi­ cas. Esto ayuda a minimizar la posibilidad de la falla por el efecto de "columnas cortas". • De igual forma, por su gran rigidez lateral y absorción de las solicitaciones sísmicas, disminuye la posibilidad de falla en los llamados pisos débiles. • Integrando los elementos aporticados con las pantallas de concreto armado (Sistemas Duales) se pueden realizar edificios de mediana y gran altura, ya que los muros estructu­ rales son mucho más rígidos y por lo tanto tienen un período natural más corto, por lo que sus desplazamientos resultan ser mucho menores que el de los elementos aporticados. Los muros estructurales resisten la mayoría de las cargas laterales en la base y absorben una parte de las cargas gravitacíonales. De acuerdo a la arquitectura y requerimiento de estos muros tendrán formas diversas los cuales podrían ser. Mure con A Í » M W O M M Í K » Muro ron V « n o Figura 2.11: Distintos tipos de muros de concreto armado Fuente: http://www.civil.cicloides.com SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO http://www.civil.cicloides.com CAPITULO II La norma E.060 establece criterios para pre dimensionar un muro de acuerdo a la carga que están sometidos, espesores mínimos con que debe contar un muro, describiremos dos tipos de muro, muros que se usan como elementos en compresión ( t m i n = 0.10m o H.L/25) y muros de corte que están sometidas a acciones combinadas ( t m i n = 0.10m). En todo muro de concreto armado se estimara la resistencia a carga vertical cuando se di­ señe como elemento en compresión. Dónde: 0Pnw : Resistencia a carga vertical 0 = 0.70 fe = 210 Kg/cm2 lc : Distancia vertical entre apoyos t : Espesor del muro k : Factor de restricción (0.8, 1.0 y 2.0 según la norma E.060-14.5.2) Ag : Area bruta de concreto del muro En caso de muros de corte coincidentes con muros exteriores de sótano, el espesor mínimo será de 20 cm. Los muros cuyo espesor sea mayor a 2Scm deberán llevar refuerzos en las dos caras. E l diseño de estos muros se realizara de acuerdo a las solicitaciones de carga el cual se describe más adelante. 5.- Cimentaciones.- Son aquellas que están en contacto directo con el suelo y cuya función es transmitir con seguridad las reacciones concentradas de las columnas o muros y las car­ gas laterales que el edificio soporta sin que haya asentamientos peligrosos para las estruc­ turas que estas soportan. En consecuencia la falla, estructural de las fundaciones es un SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO II evento que se considera muy importante, ya que si estas fallan la estructura puede asentar­ se diferencialmente provocando esfuerzos demasiado elevados en las uniones de vigas con columnas hasta que finalmente se puede producir la falla estructural de la estructura com­ pleta; y por otro lado, estos asentamientos diferenciales pueden provocar la ruptura de las líneas de distribución que pasa por debajo del edificio causando que una determinada es­ tructura quede funcional mente inhabilitada. [Ref. 2.13] Existen 06 tipos básicos de cimentación. a. zapatas de muros. d. zapatas en voladizo o ligadas. b. zapatas aisladas e independientes, para e. cimentaciones en pilotes. columnas. f. cimentaciones flotantes o losas de cimen- c. zapatas combinadas. tación Figura 2.12: Plantas Rectangulares muy alargadas 2.3.5 SISTEMA ESTRUCTURAL HIBRIDA La albañilería puede ser usada con otros materiales para construir edificaciones multifa- miliares que funcionan como un sistema híbrido, como es el caso de una estructuración de pórticos de concreto armado rellenados los vanos con muros de albañilería confinada y/o armada o simple. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO II 2.3.5.1 Albañilería De Relleno En Pórticos De Concreto Armado Son muros de tipo Diafragma contenidos dentro de un pórtico estructural (Vigas y Colum­ nas) al que proporcionan rigidez, ante la acción de cargas laterales, pero que no toman car­ ga vertical alguna. Los muros pueden ser de albañilería confinada, albañilería armada (re­ forzada interiormente) o simple muro de albañilería. Proceso constructivo: Primero se construye el pórtico estructural (Vigas y Columnas) y luego se construye el muro de albañilería. También se podría construir los primeros niveles con muros de con­ creto armado y los siguientes niveles con muros de albañilería confinada o armada Unión entre pórticos y Albañilería: La unión entre el pórtico y el muro de tipo diafragma deberá garantizar la estabilidad del muro de albañilería, bajo la acción de fuerzas perpendiculares al plano del muro. lateral Posible confinamiento de muro SE: - ̂ Bfr- A MURO DIAFRAGMA C O L U M N A S Y V I G A S (PORTICO) VIGA Posible conccnw (Varilla de Acero) i t » « . k timfimmun*- C O R T E : B - B Poiible cemecti* (Van Hade Aceroi > i-iatnmdc COLUMNA C O R T E : A-A Figura 2.13: Detalle en planta y elevación de Muro relleno (Diafragma) Algunas veces se presentan casos donde el primer piso debe estar estructurado con placas de concreto armado, mientras que los pisos superiores podrían estar compuestos por muros de albañilería confinada. En estos casos, las placas deben diseñarse para que fallen por flexión (Norma E.060 "Concreto Armado"), mientras que en los muros confinados se acep­ ta que fallarán por corte ante los sismos severos (Norma E.070 "Albañilería"). SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE. FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPÍTULO // Figura 2.14: Detalle en planta y elevación de Muro relleno (Diafragma) 2.3.5.2 Modelamiento Estructural De Edificaciones Híbridas. Cuando existe contribución de los tabiques en la rigidez se considera en el modelamiento la interacción de estos dos elementos estructurales. Inicialmente el pórtico y el muro traba­ jan como una columna global ancha, en donde los elementos columna proporcionan casi toda la rigidez a flexión mientras que los muros absorben la mayoría de los esfuerzos cor­ tantes. 2.3.5.2.1 Modelamiento Estructural Del Tabique-Pórtico • L a norma E.070-33.2 propone adoptar como modelo estructural un sistema compuesto por barras continuas del pórtico de concreto armado, agregando en aquellos paños don­ de existan tabiques un puntal diagonal de albañilería que trabaje a compresión. Longitud del puntal (diagonal del tabique) : D = Espesor efectivo del muro : C = Ancho equivalente del puntal de albañilería : b = ~ SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO II • E l FEMA 356-7.5.2.1 K w h, 'col a = 0 . 1 7 5 ( A 1 f c c o I ) - M T í n / A Xx = £me£m/s in2 f i l 4 i *EfeIcolhinf • CIB W023 -Wall Structures-Enclosure Masonry Wall Systems Worldwide-Roberto CAPOZUCCA-Typical masonry wall enclosures in Italy (5.3), [Ref.2.18]. Ancho equivalente del puntal de albañilería : b = — • Seismic design of reinforced concrete and masonry buildings/ T. Paulay, M.J.N. Priest­ ley (1992) -7.4.2. 2.4 CONFIGURACION ESTRUCTURAL Por configuración se entiende la disposición, resistencia y geometría de la estructura de la edificación, relación de la cual se derivan ciertos problemas de respuesta estructural ante sismos. Debido a la variabilidad de la excedencia de la energía de los sismos respecto al nivel de diseño, se aconseja evitar el planteamiento de las configuraciones riesgosas. La configuración estructural puede ser considerada como el aspecto más importante en todo el proyecto estructural. Ya que un sistema estructural bien seleccionado tiende a ser realmente indulgente de los descuidos del análisis, y a un pobre proceso constructivo. Estas conclusiones se deducen de la experiencia obtenida en pasados eventos sísmicos, Ancho equivalente del puntal de albañilería • E . Bazán Zurita, R. Meli Piralla. wa = (0.35 + 0.0022/l)/i A X = CAPITULO II donde se muestra que los edificios bien estructurados y detallados han tenido un compor­ tamiento satisfactorio, aun sin haber sido objeto de análisis y cálculos profundos. Su importancia reside en que si el diseño arquitectónico no llega a complementarse con un óptimo y razonable criterio en el diseño estructural, la estructura puede comportarse defi­ cientemente ante un terremoto, a pesar de que se hayan realizado métodos de análisis com­ plejos y muy detallados por parte del ingeniero, [www.civil.cicloides.com] Según la norma E.030, las estructuras deben ser clasificadas como regulares o irregulares con el fin de determinar el procedimiento adecuado de análisis. 2.4.1 Estructuras Regulares Son las que no tienen discontinuidades significativas horizontales o verticales en su confi­ guración resistente a cargas laterales 2.4.2 Estructuras Irregulares Son aquellas que carecen de simetría, y presentan discontinuidades en geometría, masa, elementos resistentes de carga. Pueden causar interrupción del flujo de fuerzas y concen­ tración de esfuerzos. Las irregularidades de masa y rigidez de elementos, también pueden causar grandes fuerzas de torsión. A su vez, las irregularidades pueden distinguirse como en altura o en planta. 2.4.2.1 Irregularidad Estructural En Altura Indican cambios súbitos de resistencia, rigidez, geometría y masa, y conducen a una distri­ bución irregular de fuerzas y deformaciones a lo largo de la altura del edificio. a. Irregularidad de Rigidez-Piso Blando Según la norma E.030 un piso blando se define como aquel cuya suma de áreas de las sec­ ciones transversales de los elementos verticales resistentes al corte en un entrepiso, colum­ nas y muros, es menor que 85% de la correspondiente suma para el entrepiso superior At < 0.85i4 i+1. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMIL1ARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y A T C 4 0 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO http://www.civil.cicloides.com CAPITULO II O es menor que 90% del promedio para los 3 pisos superiores At < 0.9 ^Ai+í+Ai-z+Ai+3y Para pisos de altura diferente multiplicar los valores anteriores por (—) donde: kd A¿ : Suma de áreas de sección transversal de Elementos Verticales Resistentes a Corte (EVRC) Ai+1 : Suma de áreas de la sección transversal de (EVRC) del entrepiso superior. hd : Es la altura diferente de piso y /? , : Es la altura típica de piso ' •- —. r.p.^.>.-r PLANTA lHP1SO PLAÑIA 2 ' PI5U j Figura 2.15: Caso piso Blando en elevación y planta La discontinuidad del piso blando incrementa la flexibilidad de la estructura, provocando grandes deflexiones en el piso blando, y en consecuencia, concentración de fuerzas en las conexiones del entrepiso superior. b. Irregularidad de Masa Se considera que existe irregularidad de masa, cuando la masa efectiva de un piso es ma­ yor que 150% de la masa efectiva de un piso adyacente, Wi+1 > l.SWt o > 1.51V¿. Figura 2.16: Irregularidades de Masa SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMIUARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE. FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD D E AYACUCHO CAPÍTULO II Los excesos de masa pueden incrementar las fuerzas laterales de inercia, incrementan la magnitud de deformaciones entre pisos, evidenciándose en desfavorables efectos estructu­ rales. c. Irregularidad Geometría Vertical L a dimensión en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 130% de la correspondiente dimensión en un piso adyacente, L2 > 1.3Í»! Figura 2.17: Irregularidad Geométrica vertical Este efecto es conocido como el efecto de Latigazo (cambio brusco de rigidez entonces concentración de esfuerzos), en este caso se recomendaría hacer secciones separadas de la edificación, y que puedan vibrar en forma independiente, en caso contrario, será necesario realizar un análisis dinámico. d. Discontinuidad en los sistemas Resistentes Desalineamiento de elementos verticales, tanto por cambio de orientación, como por un deslizamiento de magnitud mayor que la dimensión del elemento. Recordar que la trayectoria de la carga sísmica se puede explicar de la siguiente manera. Las fuerzas sísmicas en los elementos del edificio se transmiten vía las conexiones estruc­ turales a los diagramas horizontales y a las columnas y muros de corte, a través de estos a las cimentaciones. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFfCIOS MULTIFAM W A R E S DE TIPO HIBRIDO CON LA NORtfA NTE, FET/A 356 Y ATC-4G EN LA CIUDAD DE AYACUCHO 35 CAPITULO II o • • -r=-M . ^ - 5c: ? *s S a s s .. 5 g i B . f ?= í - - M r P ^ Figura 2.18: Caso discontinuidad de los sistemas resistentes e. Proximidad de edificios adyacentes Si no existe suficiente separación sísmica entre edificios adyacentes, su manera distinta de vibrar ante la solicitación sísmica puede producir el choque entre ellos. Esto es mas peli­ groso cuando los edificios adyacentes no coinciden en sus alturas de entrepiso. Figura 2.19: Caso discontinuidad de muros de corte 2.4.2.2 Irregularidad Estructural En Planta ' Se refiere a formas asimétricas en planta o discontinuidades en elementos de resistencia horizontal, esta irregularidad está estipulada en la tabla N° 5 del artículo 11, de la Norma E.030 a. Irregularidad Torsional Se considera solo en edificios con diafragmas rígidos en los que: S E l desplazamiento promedio de algún entrepiso exceda del 50% del máximo permisible indicado en la tabla N°8 del articulo 15(15.1), de la norma E.030 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACION ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO 36 CAPITULO II S 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 simultá­ neamente se obtiene en el extremo opuesto. Figura 2.20: Torsión en planta La torsión o la excesiva deflexión lateral son generadas en edificios asimétricos o excéntri­ cos, es más notoria en los puntos más lejanos del centro de torsión. 6. Esquinas entrantes La configuración en planta y el sistema resistente de la estructura, tienen esquinas entran­ tes, cuyas dimensiones en ambas direcciones, son mayores que el 20% de la correspon­ diente dimensión total en planta. Estas características son comunes en configuraciones que en planta tienen la forma de (L, T, H y combinaciones de estas), produciendo concentra­ ción de esfuerzos en las esquinas entrantes y además provocan torsión en planta. > B E V I T A R L = r I) Figura 2.21: Plantas con esquinas entrantes Se recomienda separar las secciones o procurar que la planta del edificio sea lo más com­ pacta posible y en caso contrario reforzar la capacidad de tensión de la esquina entrante. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULT1F AFIL IARES DE TIPO HÍBRIDO CON LA NORMA NTE, FEf4A 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO 37 CAPITULO It c. Discontinuidad del Diafragma Diafragma con discontinuidades abruptas o variaciones en rigidez, incluyendo áreas abier­ tas mayores a 50% del área bruta del diafragma. v . E V I T A R L • I; AREA ABIERTA - O.S B AREA BRITA DEL IHAKRAUMA Figura 2-22: Plantas con esquinas entrantes Recordar que la hipótesis de diafragma rígida es que permite que la losa pueda considerase rígida en su plano para poder distribuir las fuerzas horizontales de acuerdo a la rigidez late­ ral de los elementos verticales (muros, placas y columnas). Por ello aberturas considerables debilita seriamente la capacidad de carga de la losa. d. Formas Rectangulares muy Largas En edificios de formas rectangulares muy alargadas la hipótesis de diafragma rígido NO es válida y el efecto de torsión accidental es muy importante. Además ante la acción del mo­ vimiento del terreno, los movimientos de la base difieren de un extremo a otro. Las vibra­ ciones en planta, incrementan las solicitaciones en la parte central del edificio. [Ref. 4.2] VIVIENDA BIEN PROPORCION* DA VM6NDA MAL PROPORCIONADA %>^V'v ". r • Figura 2.23: Plantas Rectangulares muy alargadas SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAM1LIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE. FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO II 2.5 SISMICIDAD EN PERU V AYACÜCHO. La superficie de la tierra se encuentra en permanente transformación. Las 12 placas en que está dividida, como se muestra en la figura (2.24), se separan, se deslizan una al costado de la otra o chocan frontalmente, como en la costa oeste de Sudamérica donde la placa de nazca subduce o se introduce debajo de la placa sudamericana. Cuando la enorme energía que acumulan los movimientos relativos de las placas se libera súbitamente, genera sismos que se propagan espacialmente en todas direcciones. [Ref. 2.21] * ?7-~ y ' ( a Merfwanwteana '* . , " ^ t * < w f i ( M < ^ J ' /*.' í r -_fUe««f*1 Placada CWtt* Coaoi / Placa > • / • r FiHptoa Placa Pacifica Placa Pacifica f ?: Placad* f f * HtICM / _ S»da£Scw PUca InriumtraKana , Placa Antart ica L*a *t M | W I . n m i 1 V , '( ' "* H A Figura 2.24: Placas tectónicas en la Planeta Tierra E l Perú está ubicado al borde del encuentro de dos placas tectónicas, la placa Sudamerica­ na y ía placa Nazca, las cuales interactúan entre sí, produciéndose un proceso de subduc- ción, que es la causa de la mayor parte de los macro sismos en la parte occidental de nues­ tro territorio, como parte del denominado Ciníurón de juego Figura 2.24, que rodea al océano Pacífico donde se han registrado las peores catástrofes. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS KULTIFAMILIARES ,. - Q DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO 1 ' "«57 CAPÍTULO II Figura 2.25: a) Cinturón o Anillo de Fuego del Pacifico y b) Zona desastres Geofísicos- sismos-Perú y América Latina Fuente (USGS) El Perú ha zonificado sus zonas sísmicas en tres franjas como muestra la figura 3.10 el cual está plasmado en la norma Sismoresistente E.030 basados en mapas de distribución de isoaceleraciones sobre roca, para un 10% de excedencia en 50 Años como muestra la figu­ ra 2.26 el cual fue elaborado por el Dr. Alva y el Ing. Jorge Castillo agregando información de otras fuentes y de la información del Dr. Enrique Silgado el cual ha efectuado la recopi­ lación de las crónicas que se encuentran en los archivos de Indias en Sevilla España, lo que se complementa con información obtenida del Servicio de geología de la EUA (USGS, Sel) . [Ref. 2.21], la zonificación sísmica es la manera usual como las normas consideran las condiciones Regionales de sismicidad, que engloba todo los parámetros sísmicos signi­ ficativos Figura 2.25 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCH0 CAPITULO II Figura 2.26: Mapa de Zonifícación sísmica del Perú y Distribución de Isoaceleraciones para 10% de excedencia en 50 años del Perú (Alva y Castillo, 1993). P A R A M E T R O S PRINCIPALES DE L O S QUE ü£ffciW>fe t i PIMHO S»3M»CO 0'-)TAN;'íA t P K . < h¡ . - . . ! '• , Figura 2.27: Parámetros más significativos que influyen en el peligro sísmico SENSIBILIDAD DE LA CONr'-GURACIC^ ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS f.',ULT!FA?,'*!LIARES : . . DE TIPO HIBRIDO COW LA NORESA NTE. FEMA 35S Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCH0 ! ^ ' CAPITULO II Figura 2.28:a) Mapa de Zonifícación sísmica de Ayacucho b) Mapa de Niveles de Peli­ gros Sísmicos-PCM Según las mapas de la figura (2.28 a) la ciudad de huamanga se encuentra en una zona sís­ mica 2 y de área de nivel de peligrosidad sísmica mediano ¡ "•• •• *—*5~f V LEYEIO» I í C P> • X j — ' *' x. 7 \ b V \ . V '• ' Jí"""̂ . • \ ) . i \ J¡a 1 v T \ • oH^ V . } ' ~¿~¡ fcJW • • B W J E T - ^ - \ ) r ~ \ j j ~ l • • „ * - v ^ • (. Figura 2.29: Mapa de Zonifícación sísmica de Ayacucho SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACION ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDíF[C;0S MULTIFAT'.IÜARES DE TIPO HIBRIDO CO'^ LA NORMA NTE, FEMA 350 Y ATC-40 EW LACI'JDAD DE AYACUCHO CAPITULO II También se indica sismos históricos en la zona de Ayacucho según Silgado, 1978 [Ref.2.22], como muestra la siguiente tabla 2.4. AÑO MES INTENSIDAD MMI MAGNITUD EN RICHTER UBICACIÓN 1687 28 DE ENERO VII * 5.0 a 5.9 HUANCAVILICA-HUANTA-AYACUCHO 1719 17 DE JUNIO VI - 5.0 a 5.9 AYACUCHO 1959 24 DE DICIEMBRE IV = 4.0 a 4.9 AYACUCHO I 1980 10 DE NOVIEMBRE IV = 4.0 a 4.9 HUANTA, AYACUCHO [ 1981 18 DE ABRIL V = 4.0 a 4.9 HUANTA, AYACUCHO Y SAN MIGUEL | I 2010 23 DE MAYO III » 3.0 a 3.9 AYACUCHO (Epicentro-Huanca sancos) Tabla 2.4: Relación de sismos históricos en Ayacucho A continuación se definen los parámetros necesarios para desarrollar tanto el análisis está­ tico como el análisis dinámico de la estructura según la norma Sismoresistente E.030 estos parámetros se definen para ambas direcciones. 2.5.1 Parámetros Sísmicos De Sitio Para Análisis Sismoresistente Según Norma E.030 Según el reglamento nacional de edificaciones y su norma E.030 Diseño Sismoresistente, para un análisis sísmico estático y análisis dinámico es necesario definir cinco parámetros que son los siguientes: Z : Zonificación. U : Categoría de la Edificación C : Factor de Amplificion sísmica de acuerdo a las características de sitio S : Factor de suelo-Condición local de terreno donde a de cimentarse la estructura R : Coeficiente de reducción de acuerdo al sistema estructural Entonces se procede a definir y obtener los valores de cada uno de estos parámetros de la siguiente manera: • Zonificación A cada zona se asigna un factor Z según se indica en la Tabla N°2.5. Este factor se inter­ preta como la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10 % de ser excedi- ^—^————— ' •• 11 — - •• • SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES ' - " f i rá&p DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE. FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO ¡ ^ ^ f f CAPITULO II da en 50 años. La estructura se ubica en la ciudad de huamanga de acuerdo a la f igura 2.28 está declarada como una zona sísmica 2, entonces se tiene los siguientes valores: FACTORES DE ZONA ZONA Z 3 0,40 2 0.30 1 1 0.15 Tabla 2.5: Factor de Zona [Zona = 2 -» Z=0.3(H • Coadiciones Geotécnicas Tiene que ver con el tipo de suelo sobre el cual está ubicado nuestro edificio, el suelo en el cual a de cimentar la estructura, presenta una capacidad portante para Zapatas cuadradas aisladas de 2.989 Kgjcm2 [Ref. 2.1]; presentando una amplificación sísmica de entre 2.0 a 2.5 y un periodo predominante del suelo de entre 0.007 a 0.1 seg. También se observa un material de origen lacustrito, de tipo grava limo arenoso. Por lo que los parámetros de di­ seño Sismoresistente recomendados para esta zona corresponden al suelo Tipo S2. [Ref. 2.23]; en resumen se tiene de la tabla N° 2 de la Norma E.030: Tabla N°2 Parámetros del Suelo Tipo Descripción "Ms) S S. Roca o suelos muy rígidos 0,4 1,0 S2 Suelos intermedios 0,6 1.2 S 3 Suelos flexibles o con estratos de gran espesor 0,9 1,4 s. Condictortes excepcionales * * O Los valores de Tp y S para este caso serán establecidos por el especialista, pero en ningún caso serán menores que tos especificados para el perfil tipo \Tipo de Sue/o = 52, Factor de sue/o 5 = 1.2, Período Tp = 0.60 segj SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACION ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMtLIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCH0 '$$M1. i . - i . ' - r . file:///Tipo CAPITULO II • Factor De Amplificación Sísmica De acuerdo a las características de sitio, se define el factor de amplificación sísmica ( C ) por la siguiente expresión: Este coeficiente se interpreta como el factor de amplificación de la respuesta estructural respecto de la aceleración en el suelo. De la tabla N°2 se tiene: Tp = 0.60 seg. E l periodo fundamental ( 7 ) para cada dirección se estimara con la siguiente expresión: CT = 35 Para edificios cuyos elementos resistentes en la dirección considerada sean úni­ camente pórticos. CT = 45 Para edificios de concreto armado cuyos elementos Sismoresistentes sean pórti­ cos y las cajas de ascensores y escaleras. CT = 60 Para estructuras de manipostería y para todos los edificios de concreto armado cuyos elementos Sismoresistente sean fundamentalmente muros de corte. L a norma indica que la última ecuación es aplicable solo cuando se realiza un análisis está­ tico y cuando los edificios de muros portantes son menores a 15m de altura y otros cal i f i ­ cados como estructuras regulares menores a 45m de altura. • Categoría De L a Edificación De acuerdo al uso que se va a dar a este edificio, tenemos según la norma E.030 que perte­ nece a la categoría C de edificaciones comunes, cuyas características de falla son ocasionar SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAM1LIARES Dónde: DE TtPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO It perdidas de cuantía intermedia como en viviendas, oficinas, etc., y por consiguiente el va­ lor asignado es el siguiente: Edificio Tipo C, Factor de Uso U=l • Sistema Estructural La norma E.030 muestra en la tabla N°6 el coeficiente de reducción, R para estructuras regulares: Tabla N° G SISTEMAS ESTRUCTURALES Sistema Estructural Coeficiente de Reducción, R Para estructuras regulares (*) ( " ) Acero Pórticos dúctiles con uniones resistentes a momentos. 9,5 Otras estructuras de acero: Arriostres Excéntricas. 6,5 Arriostres en Cruz. 6,0 Concreto Armado Pórt¡cos í , ) . 8 Dual*21. 7 De muros estructurales ( 3 ) 6 Muros de ductilidad limitada w 4 Albañilería Armada o Confinada 1 5'. 3 Madera (Por esfuerzos admisibles) 7 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 fas fuerzas obtenidas del análisis según Articulo 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 atta 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 ia estructura. No se aplican a estructuras tipo péndulo Invertido. {"") Para estructuras irregulares, los valores de R deben ser tomados como % de los anotados en la Tabla. Para construcciones de tierra referirse a (a NTE E.080 Adobe. Este tipo de construcciones no se recomienda en suelos S3, ni se permite en suelos S4. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO — CAPITULO II En la práctica de ia ingeniería estructural, es a veces necesario diseñar los edificios que tengan una combinación de sistemas estructurales tanto en planta como en elevación, a este tipo de edificios con combinación de sistemas estructurales se le denominara edificios de estructuración de tipo Híbrido, la norma E.030 nos especifica los valores de la reducción sísmica para estructuras regulares como ya se mostró. Para estructuras de tipo Híbrido la pregunta es: ¿qué valor de R utilizó para el análisis sísmico?, esta interrogante se respon­ de siguiendo los pasos de la norma UBC 97-1630.3.2 o de la norma SEAOC-1630.4.2, en esta tesis seguiremos los pasos que indica la norma UBC 97. 1 .-Combinación vertical E l valor de R usado en el análisis, en cualquier nivel de piso será menor o igual al valor de R usado en la dirección del nivel bajo. E L n " ' 7 '/ //\^}W/^^/'}^^ SSS^^S/fs r r r r r r — 7 7 7 7 —TZTV v r v 77 Figura 2.30: Combinación de sistema estructural en altura Pueden diseñarse las estructuras usando los procedimientos de esta sección bajo las condi­ ciones siguientes 1.1 en la estructura entera se usa el menor valor de R de los sistemas usados en la resisten­ cia de fuerzas laterales 1.2 las dos condiciones siguientes indica para procedimientos de análisis estático para es­ tructuras que conforman y cumplan con los requisitos mínimos para poder modelarlos con un procedimiento de análisis estático. 1.2.1 la parte superior flexible de la estructura se analiza separada y apoyada en la parte rígida de la estructura baja. SEMSBiüÜAD DE LA COMHGUBACiÓN SSTRUIH URAL EN EL PERFORMANCt DE Uffi-ICfOS mTFAHliARE D£ TPO H3KD0 CON I A XOi&A KTF, F E t t 358 Y ATC-4C Bfi LACíUDAR m AYACUCHO 47 CAPITULO il La cortante basal de la parte flexible se amplificará con la siguiente ecuación. /^flexible/Pflexible\ „ 6.1 Vflexible-amplificado ~ \ ~Z 7 ~ I ^flexible- P ~ ¿ == \ «Rígido/ PRigido / ^maxyj^B Donde: p : Factor de redundancia rmax: Relación máxima entre la cortante de elementos de corte y la fuerza cortante total de piso, en cada nivel del edificio. AB = Lx * hy\Área construida o techada (Área del diafragma del I o nivel) La parte inferior rígida de la estructura se analiza separada, con las reacciones (amplifica­ das) provenientes de la estructura flexible superior 2 .-Com bin ación en planta (direcciones diferentes) En ningún momento será mayor al que le corresponde el valor de R a aquel sistema que absorbe mayor fuerza cortante que sería el elemento principal. Para estructuras menores a 48m se utilizaran pórticos resistentes a momentos o sistemas duales con muros de corte o solo muros de corte, en caso de estructuras mayores a 48m se utilizaran sistemas duales muros de corte y pórticos especiales resistentes a momentos. J X U fe Figura 2.31: Combinación de sistema estructural en direcciones diferentes 3.-Combinación en planta (en la misma dirección) E l valor de R no será mayor del valor mínimo que le correspondería al sistema en uso en la dirección en análisis. Se tomaran para el análisis estructural según el sistema estructural a usar el cual se verá en el capítulo de modelamiento. SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULTIFAM1L1ARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE. FEMA 356 Y ATC-40 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO II 2.5.2 Aceleración Espectral Elástica E Inelástica Con los parámetros definidos en el ítem anterior se formula un espectro de pseudo- aceleraciones: E l espectro de pseudo aceleraciones está conformado por dos factores que son las siguien­ tes. ZUS 2U£g i Factor de escala = —— g Sn — ——— g, donde R Factor de amplicacion del suelo = C = 2 En la siguiente gráfica definimos el factor de amplificación sísmica para cada tipo de suelo según la norma E.030-6.2. 3.0 C 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 I I t I — S u e l o Rígido (S1) ——Suelo Intermedio (S2) Si jelo Flex ¡ble {S3 T(S) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 Gráfica 2.1: Factor de Amplificación sísmica según el tipo de suelo Ahora definimos el factor de escala que depende de la zonificación sísmica, categoría de edificación, tipo de suelo, sistema estructural y de la gravedad, el cual vendría ser: ZUS Factor de escala = —r-g R Donde: Z = 0.30 U = 1.00 /Tv\ /0.60\ C=2.S*($ = 2.S*(—)<2.5 SENSIBILIDAD DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN E L PERFORMANCE DE EDIFICIOS MULT1FAMILIARES DE TIPO HIBRIDO CON LA NORMA NTE, FEMA 356 Y A T C 4 0 EN LA CIUDAD DE AYACUCHO CAPITULO II S = 1.20 R = de acuerdo a la tabla N16 > Espectro Elástico g - 9.81Kg/cm2 Ti=se asumen valores en un intervalo S a = 0.36,g * C > Espectro Inelástico 0.36o 2.6 PREDICCIÓN D E L DESPLAZAMIENTO MAXIMO Y PUNTO DE FLUENCIA EN PROCEDIMIENTOS L I N E A L E S APROXIMADOS Luego de realizar un análisis lineal se debe de conocer la curva capacidad. La curva capa­ cidad se podría aproximar conociendo el punto de fluencia del edificio, trabajando con el análisis modal espectral usando las primeras formas de modo, y el punto de desplazamien­ to máximo. Se gráfica la curva con el primer segmento que partirá desde el origen hasta el punto de fluencia y el segmento en el rango plástico se puede aproximar graficándolo con una pendiente de (0% a 10%). E l punto de desempeño o punto de fluencia se aproximara usando resultados de los primeros modos de vibración para ambas direcciones, utilizando el espectro elástico y con las rigidece