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1er Congreso Internacional de Estructuras de EdificaciónCOINESED
Lima 01 y 02 de abril de 2017
IMPORTANCIA DE LAS CONDICIONES DE SERVICIO Y
ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Condiciones de Servicio que se deben tener presente
• La norma ANSI/AISC 360-10 EN SU CAPÍTULO “L” “Design forServiceability”
• establece que los siguientes estados límites de servicio deben ser tenidos en cuenta según corresponde:
• L1 Provisiones Generales
• L2 Contra Flechas
• L3 Deflexiones
• L4 Drift (Desplazamientos
• Relativos)
• L5 Vibración
• L6 Movimientos inducidos por
• viento
• L7 Expansión y Contracción
• L8 Deslizamiento de Uniones
• OTROS: CorrosiónJuntas entre edificiosDiseño de Tabiques
Ing. Julio Rivera Feijóo
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L1 Provisiones Generales
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Estados Límites de Servicio
• La estructura debe tener presente un comportamiento normal y aceptable
• La función del edificio, su aspecto, mantenimiento o el confort de sus ocupantes son preservados para un uso normal.
• Las solicitaciones son sin factores de amplificación
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Por que es muy importante las Condiciones de Servicio
Costo de reparación por “fallas en edificios”
52%Estructuras
12%
25%
11%Instalaciones
Cerramientos
TabiqueríaIng. Julio Rivera Feijóo
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L3 Deflexiones
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Las deformaciones producirán múltiples daños en tabiques, ventanas, mamparas y pisos
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Comportamiento del Concreto Armado
Momentos de Inercia a considerar
• Ig = Sección bruta
• Icr = Sección agrietada
• Ie = Sección equivalente
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Deformaciones de Techos
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Deformaciones de pisos
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Peralte Mínimo para no calcular deflexiones
Peralte mínimo “h”
Elemento
Simplemente apoyada
Un extremo continuo
Ambos extremos continuos Voladizo
Elementos que no soportan ni están en contacto con tabiquería u otros elementos que pueden ser dañados por deflexiones excesivas
Losas macizas armadas en un
sentido
L/20 L/24 L/28 L/10
Vigas o losas nervadas
armadas en una dirección
L/16 L/18.5 L/21 L/8
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Deflexiones máximas permitidas
Nº
Elementos
Ligados a elementos no estructurales Deflexión considerada Limitación
1
Techos (azoteas) NO
Deflexión instantánea debida a la aplicación de la
carga viva L/180
2
Pisos NO
Deflexión instantánea debida a la aplicación de la
carga viva L/360
3
Techos o Pisos
SI
Elementos estructurales que si sufren daños con deflexiones
excesivas
Parte de la flecha total que ocurre después de la
colocación de los elementos no estructurales
(sobrecarga+deformacion diferida debido a cargas
muertas)
L/480
4
Techos o Pisos
SI
Elementos estructurales queno sufren daños con deflexiones
excesivas
L/240
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Deformaciones
� La deformación inicial debe ser con la Inercia adecuada - sale del análisis estructural
� El concreto, cuando está sometido a compresión se deforma a través del tiempo. Ese fenómeno se denomina “Flujo Plástico” (creep del concreto)
� La deformación total será la deformación inicial más la deformación diferida
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Momento de Inercia Equivalente “Ie” de la viga
� Mcr = Momento de agrietamiento� Ma = Momento máximo, en la condición donde se está
evaluando la flecha� Ig = Momento de Inercia de la sección bruta� Icr = Momento de Inercia de sección agrietada
cra
crg
a
cre I
M
MI
M
MI
−+
=
33
1
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Momentos Equivalentes en vigas continuas
� Vigas continuas en ambos extremos
Ie = 0.70Iem + 0.15(Ie1 + Ie2)
� Vigas continuas en un extremo
Ie = 0.85Iem + 0.15Ie1
Ie1Iem
Ie2
Ie1Iem
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Deformaciones Diferidas
� ρ’ = Cuantía del acero en compresión. Al centro de la luz para elementos continuos y simplemente apoyados y en el apoyo para volados
� ε = Factor que depende del tiempo que actúa la carga consideradaε = 2 Para 5 años o másε = 1.4 Para 1 añoε = 1.2 Para 6 mesesε = 1 Para 3 meses
'501 ρξδ
+=t
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Tipos de deformaciones
� δ = deformación total
� δi = deformación inicial
� δt = deformación diferida queocurre a lo largo del tiempo
ti δδδ += it δξδ .=
Ing. Julio Rivera Feijóo
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L2 Contra Flechas
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Contra Flechas para deformaciones iniciales
Es conveniente indicar en planos y/o especificaciones técnicas las contra flechas
Ing. Julio Rivera Feijóo
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L4 Drift (Desplazamientos Relativos)
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Límites para la Distorsión de Entrepiso DRIFT
Material Predominante ∆ i/ hei )
Concreto Armado 0.7%
Acero 1.0%
Albañilería 0.5%
Madera 1.0%
Edificios de C.A. de Ductilidad Limitada 0.5%
Ing. Julio Rivera Feijóo
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El Drift es variable en cada piso
DRIFT
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Choque entre edificios por DRIFT muy elevado y junta inadecuada
Ing. Julio Rivera Feijóo
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L5 Vibración
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Todos los objetos vibran con diferentes frecuencias
Frecuencias Naturales
FrecuenciasCon excitaciónExterna
Amplificación,amortiguamientoY Resonancia
Ing. Julio Rivera Feijóo
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La norma DIN 4150: Efectos en edificios y sus elementos estructurales
3 Criterios de Aceptación:
• Vibraciones Estructurales de corta duración (transitorias)
• Vibraciones Estructurales permanentes
• Vibraciones Permanentes particulares de techos
El tema “exacto” es muy complejo y las diversas normas del mundo dan criterios diferentes per parecidos
Todos preferimos trabajar conservadoramente con métodos aproximados
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Espectro de respuesta de los efectos de las vibraciones en personas y estructuras
Las vibraciones pueden ser molestas:
• A las personas
• A elementos que se puedan romper (muros y otros)
• Malograr funcionamiento de equipos
• Agrandar las Fisuras en las estructuras
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Percepción Humana de las vibraciones: Según Ministerio Soviético
• Para frecuencias entre 1 y 10 Hz considera determinante en la percepción el valor máximo de la aceleración
• Para frecuencias entre 10 y 100 Hz el parámetro definitivo es la velocidad.
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Sensación de confort: Norma ISO 2631-1
Percepción por las personas Aceleracionesen m/seg2
Confortable <0.315
Un poco inconfortable 0.315 a 0.63
Bastante inconfortable 0.5 a 1.0
Inconfortable 0.8 a 1.6
Muy inconfortable 1.25 a 2.5
Extremadamente inconfortable > a 2.0
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Resonancia en Estructuras por vibración de Equipos
• Las Estructuras tienen múltiples Frecuencias Naturales
• Los equipos usan una serie de reductores con diversas frecuencias.
• En lo posible usar “Resilentes” de amotiguamiento
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Ventilador para Enfriamiento Industrial:Problema: al ventilador se le rompían las paletas
El Proyecto de “Ingeniería Básica” mostraba la siguiente solución
• L = 5m
• P = 1tn + p.p.
El Ingeniero Estructural planteó lo siguiente:
Columna
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Control de Vibraciones en EstructurasSucede principalmente en estructuras livianas
PARA ANALIZAR LA VIBRACIÓN:
• Se puede hacer la estructura integral• Una buena aproximación se tiene sólo• Con la viga articulada en sus extremos:
Según el ASCE7-10
�1 =�
2
�. �
. ��≥ �2����� 2.8 ��= 5.6 ���
Donde:
I = Inercia del elemento estructural (viga + losa)E = Módulo de Elasticidad (sección compuesta)m = masa del elemento estructural (viga + losa)L = Longitud del elemento estructural
Se trabaja con una inerciaEquivalente ---� he
Se determina el anchoEquivalente con “I” del acero Ing. Julio Rivera Feijóo
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L6 Movimientos inducidos porviento
Ing. Julio Rivera Feijóo
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La fuerza del viento
Barlovento(presión)
Sotavento(succión)
Presiones y succiones en paredesY techos
Ing. Julio Rivera Feijóo
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El Efecto del Viento es muy Complejo
El Perú tiene vientos de velocidadesPequeñas (mínimo 75 km/hora)
Por lo que todo se hace con muchasimplificación
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Se debe controlar las deformaciones máximas por viento en las fachadas
ASCE7-10
Se recomiendo que la deformaciónHorizontal máxima de la parte superiorDe las fachadas sea:
d < H/150
Para H = 10m se permite máximo 6.7cm
Ing. Julio Rivera Feijóo
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L7 Expansión y Contracción
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Retracción del Concreto
L = 100m
Contracción de laLosa de concreto
Fuerzas por la interAcción entre vigas ycolumnas
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Efectos de la Retracción en concreto“Curado sumergido”
EsfuerzosDe tracción
Tiempo
Esfuerzosactuantes
TiempoEsfuerzosresistentesResistencia
De tracciónDel concreto
DeformacionesDel concretoTiempoCurado
Expansión
Contracción
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Fig. 4Efectos de la Retracción en concreto
“mal curado”
EsfuerzosDe tracción
Tiempo
Esfuerzosactuantes
Tiempo
EsfuerzosresistentesResistencia
De tracciónDel concreto
DeformacionesDel concretoTiempo
Expansión
Contracción
Grieta
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Probetas sumergidas
Probetas sin curar
Curado como obra
Curado por 7 días
28 100 200 300 1año0.0
-0.02%
-0.04%
Edad en días
Contracción
Expansión
Efecto del Curado(Sin refuerzo y sin Expansivo)
0.01%
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Efecto del Refuerzo(Curado como obra)
Curado por 7 días
28 100 200 300 1año
Edad en días
Contracción
0.0
-0.02%
-0.04%
Expansión
0.01%
Refuerzo ρ = 0.34%
Sin refuerzo
Refuerzo ρ = 1.2%
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Contracción de secado del concreto
Máximo
Promedio de 56 cilindros
mínimo
10 días28 días
90 días 1 año
Basados en cilindros curados 28 días y luego 50 á 6 0% de humedad
2 años5 a
30 a10 a20a
100%
60%
40%
20%
0%
80%
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Fig. 17Proceso Constructivo
1211
8765
4321
109
Edificio de vaciado únicoTendrá muchas fisuras
Edificio vaciado en 12 partesMenos fisuras
Ing. Julio Rivera Feijóo
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L9 Otros: Tabiquería
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Los tabiques se diseñan en función a sus apoyos, longitudes y espesores
Muro en Volado
Muro apoyado en 2 lados
Muro apoyado en 4 lados
Muro apoyado en 3 lados
Muro apoyado en 4 lados
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Fuerza Sísmica de Edificio y Tabiques
Edificio Nº pisos
Fuerza Horizonta / Peso
EdificioTabiques en Pisos Azotea
La Mar-Eureka 21 6.4% 24.5% 38.1%Multifamiliar San Felipe 23 6.0% 19.6%Defensores 10 19.5% 46.9% 46.9%Morro Solar Lopez 11 15.3% 34.2% 50.6%Residencial Arequipa
Edif 1A 11 13.2% 36.5%Edif 1B 13 13.6% 34.7%Edif 1C 11 12.1% 28.9%Edif 2A 12 14.9% 55.6%Edif 3A 7 18.7% 37.0%
Multifamiliar Calle franciaEdificio delantero 7 15.4% 38.5% 59.2%Edificio posterior 7 15.0% 27.1% 45.6%
Edificio Campodónico 22 9.2% 29.6%Edif Ejercito-Time Magdalena 16 6.9% 21.8% 33.8%COSTANERA 0.0% 0.0%
BLOQUE A 15 8.3% 23.1%BLOQUE B 16 10.2% 31.9%
CLASIFICACIÓN DE TABIQUES EN FUNCIÓN A LA ACELERACIÓN (EQUILIBRIO3)
COMO % DE ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD
Rango de Clasificación
Aceleración de diseño Categoría E3
<0.2g 0.2g A 0.2
0.21g < 0.3g 0.3g A 0.3
0.31g < 0.4g 0.4g A 0.4
0.41g < 0.5g 0.5g A 0.5
0.51g < 0.6g 0.6g A 0.6
0.61g < 0.8g 0.8g A 0.8
0.81g < 1.0g 1.0g A 1.0
Ing. Julio Rivera Feijóo
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y = -0.006x2 + 0.2629x + 1.1693R² = 1
y = -0.006x2 + 0.2629x - 0.1067R² = 1
y = -0.0059x2 + 0.2599x + 0.5481R² = 0.638
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
REL
AC
ION
DE
AC
ELER
AC
ION
DE
UN
PIS
O Y
LA
BA
SE
NÚMERO DE PISOS
NÚM DE PISOS VSMAX DE UN PISO
y = 0.0109x2 - 0.0718x + 2.342R² = 1
y = 0.0109x2 - 0.0718x + 3.8144R² = 1
y = 0.0109x2 - 0.0718x + 3.0782R² = 0.7362
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
REL
AC
ION
DE
AC
ELER
AC
ION
DE
LA A
ZOTE
Y L
A B
ASE
NÚMERO DE PISOS
NÚM PISOS VS MAX DE AZOTEA
Coef Sísmico Tabique/Coef Sísmico de Edificio
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Ing. Julio Rivera Feijóo
Tabiquería sin Juntas con EstructuraEl 1er piso funcionó como “Piso Blando”
Edificios
con
Piso
Blando
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L9 Otros: Oxidación
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La corrosión destruye al acero
Tener presente: Recubrimientos, ataque químico externo y del concreto
Ing. Julio Rivera Feijóo
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L9 Otros: Junta Sísmica
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JUNTAS SÍSMICAS
Las juntas deben ser continuas
En la figura, si la junta fuera continua: ¿Estaría bien que tenga relleno de Poliestireno Expandido?
Ing. Julio Rivera Feijóo
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Las Juntas sísmicas deben quedar libres, “sin poliestireno expandido”
Si el Poliestireno es de10cm Con móduloE=60kg/cm2, y estásometido a unaPresión de 10tn/m2Se tendrá:
Deformación de 0.17 cmIng. Julio Rivera Feijóo
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Ing. Julio Rivera Feijóo