SISTEMAS ESTRUCTURALES DE CONCRETO ARMADO

El sistema estructural constituye el soporte bsico, el armazn o esqueleto de la estructura total y l transmite las fuerzas actuantes a sus apoyos de tal manera que se garantice seguridad, funcionalidad y economa.

CONFIGURACION ESTRUCTURALSe conoce como configuracin estructural a la distribucin y localizacin que se le dan a todos los elementos resistentes de una estructura, es decir, columnas, muros, losas, ncleos de escalera entre otros. Pero tambin se debe tomar en cuenta dentro de este concepto a todos los elementos no estructurales, como la disposicin de la tabiquera, la geologa del sector, clima, reglamentos de diseo urbano, como tambin su carga ocupacional.Su importancia reside en que si el diseo arquitectnico no llega a complementarse con un ptimo y razonable criterio en el diseo estructural, la estructura puede comportarse deficientemente ante un terremoto, a pesar de que se hayan realizado mtodos de anlisis complejos y muy detallados por parte del ingeniero.

El problema del diseo estructural reside en que es muy difcil ensear los criterios estructurales ya que estos se originan de la intuicin de un comportamiento eficiente de la configuracin estructural. Lo nico que se puede explicar en libros y en las aulas son los fundamentos tericos, requisitos especficos y en el mejor de los casos impartir las enseanzas de experiencias pasadas. Para lograr una buena configuracin estructural es importante la asimilacin de los conocimientos tericos, observar el comportamiento de las estructuras y tener en cuenta las causas por las cuales han colapsado las edificaciones.

Caractersticas relevantes del edificio para una buena respuesta ssmica1. El peso2. Forma de Planta3. Forma en Altura4. Separacin5. Alineamiento de Ejes Como las fuerzas producidas por los sismos son de inercia, la masa juega un papel muy importante, ya que cuando esta empuja hacia abajo, debido a la fuerza de gravedad, se podra producir la falla de los elementos verticales, debido a que ejerce su fuerza a elementos que estn previamente flexionados por las cargas ssmicas, a este fenmeno se le conoce como Efecto P-delta. En conclusin, cuando mayor sea la fuerza vertical, mayor ser el momento producido por esta fuerza y la excentricidad delta. SUGERENCIAS:No se recomiendan grandes voladizos, ya que estos producen fuerzas de inercia verticales de una magnitud apreciable que sumadas a las fuerzas de gravedad podran generar problemas.

Las aceleraciones a las que se somete la estructura van creciendo con la altura, por lo que se recomienda evitar concentraciones de masas en los pisos ms altos, ya que incrementan las fuerzas de inercia y los momentos de volteo.

Deben evitarse fuertes diferencias de pesos entre pisos sucesivos, ya que generan variaciones bruscas en las fuerzas de inercia y en la forma de vibrar del edificio

Un factor que ayuda al desempeo de las estructuras ante un sismo es la simetra respecto a sus dos ejes en planta, ya que la falta de regularidad por simetra, masa, rigidez o resistencia en ambas direcciones en planta produce torsin, la cual no es fcil de evaluar con precisin y demanda mayores solicitaciones a algunos elementos resistentes Cuando las plantas poseen formas irregulares es aconsejable utilizar juntas de construccin, dividiendo la planta global en varias formas regulares. Pero stas pueden originar problemas de funcionamiento, ya que la holgura que hay que dejar entre las juntas es considerable y tambin se deben tomar previsiones para sellar las uniones. Los edificios ubicados en esquinas, para dar mayor visibilidad y por razones de esttica, generalmente poseen las dos caras que dan hacia la calle con fachadas de vidrio y las dos caras interiores son muros de concreto armado. Esta distribucin es inadecuada, ya que genera una gran excentricidad entre el centro de masas y el centro de rigidez de la estructura, lo que podra generar un posible colapso.

En las figuras 3 y 4 se muestran edificios que tienen forma irregular en su altura. Se puede notar la abrupta diferencia de masas entre pisos continuos, esto conlleva a altas concentraciones de solicitaciones en los pisos donde se encuentran dichas diferencias.

En la figura 5 se pueden ver casos en los que a pesar de que la geometra de la edificacin es regular, existe una marcada diferencia de rigideces entre pisos sucesivos, lo cual puede generar fallas en los pisos de menor rigidez

SISTEMA APORTICADO:Los elementos porticados, son estructuras de concreto armado con la misma dosificacin columnas -vigas peraltadas, o chatas unidas en zonas de confinamiento donde forman Angulo de 90 en el fondo parte superior y lados laterales, es el sistema de los edificios porticados. Los que soportan las cargas muertas, las ondas ssmicas por estar unidas como su nombre lo indica-El porticado o tradicional consiste en el uso de columnas, losas y muros divisorios en ladrillo.

CARACTERISTICAS.1. Es el sistema de construccin ms difundido en nuestro pas. 2. Basa su xito en la solidez, la nobleza y la durabilidad. 3. Sus elementos estructurales principales consisten en zapatas, vigas y columnas conectados a travs de nudos formando prticos resistentes en las dos direcciones principales de anlisis (x e y). 4. Se recomienda para edificaciones desde 4 pisos a ms. 5. Los muros o tabiquera divisorios son movibles. 6. Antissmicos (buena resistencia a la vibracin). 7. A luces ms largas puede resistir cargas mayores. 8. Las instalaciones hidro-sanitarias y elctricas pueden ser ubicadas entre las viguetas.

VENTAJAS.1. El sistema aporticado tiene la ventaja al permitir ejecutar todas las modificaciones que se quieran al interior de la vivienda, ya que en ellos muros, al no soportar peso, tienen la posibilidad de moverse.2. Proceso de construccin relativamente simple y del que se tiene mucha experiencia.3. El sistema aporticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y que implica el uso del ladrillo.4. El sistema porticado por la utilizacin muros de ladrillo y stos ser huecos y tener una especie de cmara de aire, el calor que trasmiten al interior de la vivienda es mucho poco.

DESVENTAJAS 1. Las luces tienen longitudes limitadas cuando se usa concreto reforzado tradicional (generalmente inferiores a 10 metros). La longitud de las luces puede ser incrementada con el uso de concreto pretensado.2. Generalmente, los prticos son estructuras flexibles y su diseo es dominado por desplazamientos laterales para edificaciones con alturas superiores a 4 pisos.3. Este tipo de construccin hmeda es lenta, pesada y por consiguiente ms cara.

CONDICIONES DE DISEO DE PORTICOS PRINCIPALES YSECUNDARIOS

Los prticos principales soportan el peso de las lozas es decir las vigas de los prticos reciben las cargas y se transmiten a las columnas y estas a las zapatas. En la figura mostrada (fig. a) los prticos principales son A-A, B-B, C-C debido a que estos soportan el peso de la losa. Para el metrado de cargas se tendr en cuenta el ancho tributario de losa que reciban las vigas principales as como el peso propio de la misma, ms las cargas vivas. Estas vigas son por lo general de gran peralte y tienen funcin estructural. Las columnas de los prticos, se disearan de acuerdo a las cargas que reciben. Estas tienen funcin estructural. Las columnas de los prticos secundarios no soportan el peso de las losas y en la figura a, estn constituidas por los ejes 1-1 y 2-2. Si la losa se arma como en la figura b los prticos principales sern los ejes 1-1, 2-2 y los secundarios sern A-A, B-B y C-C. Este tipo de prticos conocidos como prticos simples es uno de los ms sencillos. Tiene la ventaja que permiten usar los espacios libremente. Se utiliza para estructuras no muy altas ya que en caso contrario las dimensiones de las columnas aumentan considerablemente. Los prticos van cada 4 o 5 metros. El espaciamiento de estos estar en funcin de los peraltes de las losas y las vigas.SISTEMA DUAL (MURO PORTICO)Seentiendecomosistemadualaquellosenlosquelasfuerzaslateralessonresistentestantoporlosprticoscomopormurosdecortante.ElcomportamientoyeldiseodelsistemaacopladoMuros-Prticostienesimilitudesconelsistemademurosconvigasdeacoplamiento.Lagrandiferenciaderigidezentrelospilaresylosmurossignificaquelosdesplazamientoslateralesdecedenciasonmenoresquelosdelospilares.Porlotantoladistribucindelafuerzalateralentremurosypilaresbasadosenlarigidezelsticainicial,tienepocarelevanciaenlarespuestadctilfinaldelaestructura.ComosugierePaulay,elproyectistadebeelegirunporcentajedelaresistencialateralparamurosyprticos.

Normalmente,laproporcindecortanteenlabasedelospilaresserndeentre15%y50%delcortanteenlabasetotal-algomenosqueporpartedelcuadroconlasparedesjunto,peroelvalordependerdeltamaodelosmuros,yelnmerorelativodelospilaresydelosmurosenlaconfiguracinestructural.

4.2PROCEDIMIENTODDBD

Eldiseoylarespuestadelasestructurasdualesmuro-prticosehainvestigadodeunaDDBDprocedimientoendetalleporSullivan.LasiguientedescripcinsebasaengranmedidaeneltrabajoyenlaspropuestasdediseoporPaulay.

4.2.1Eleccionesdediseopreliminar

Dosopcionesdediseosubjetivasehacenantesdeliniciodelosclculosdediseo:

A)Ratiodecortanteenpilares:LaproporcinFdelcortantebasalVBase,serealizaparapilaressegn:B)Distribucinverticaldelafuerza.

Lasegundaeleccindisponibleparaeldiseoescomosedistribuyeenverticallafuerzaenlospilares.Desdelarespuestadedesplazamientoserefectivamentecontroladaporlarigidezdelosmuros,hayunpequeoriesgodemecanismodepiso-blandoporlosdesplazamientosenpilares.PaulaysugiereunadistribucindelafuerzaenlaestructuraSDOF,resultadeuncortanteconstanteenlospilaresparatodoslosniveles.Estoimplicaquelospilaressoncargadoslateralmenteporunanicacargaaplicadaporforjado,igualaVFsegnLasfuerzaslateralesenlosmurossonobtenidosporsustraccindelasfuerzaslateralesenlospilaresdelasfuerzastotales. Estoimplicaqueelsignodelasfuerzaslateralesesigualaldelrestodeltotalentodoslosnivelesexceptolacubierta,dondelafuerzalateralnormalmenteesdesignocontrario.Lasfuerzasdecortantequeresultandeladistribucindelasfuerzaslaterales,semuestranenlasfiguras4.2(d)

4.2.2Diagramademomentosparapilaresymuros.

Eltotaldemomentosdevuelcoqueresultadelasfuerzaslateralessemuestranenlafigura4.2(g),juntoladistribucinverticaldelmomentodevuelcoparalospilares.Aunqueestossonesquemticos,estnbasadosenunaestructurade8plantasyconunratiodecortanteparapilaresdeF=0.35.Ladistribucinverticaldelosmomentosenelmuro,semuestraenlafigura4.2(i)queseobtieneporsustraccindeladistribucinlinealdemomentosenpilaresdeltotal.Paraestecaso(yenlamayora)implicaunpuntodeinflexinenelmuroaunaalturaHCFcomoseindicaenlafigura4.2(i).Laalturadeinflexinesunparmetromuyimportante.EsusualenesteestadoconsiderarladistribucindemomentosinducidoenlospilaresporVF,ilustradoenlafigura(4.3).Aquseasumequetodoslospilaresenunadireccindadasonidnticosylosclculosserefierenalacombinacindelafuerzaentodoslospilares.Porelloseasumeunpuntodeinflexinaunaalturamediadelacolumnaencadapiso.InicialmentehemosasumidoquelaalturadelospisossonigualesaHS.Encadapisolasumadecortanteenlacolumnaes:

a)Fuerzastotalesb)Fuerzasenpilaresc)Fuerzasenmuros

g)Momentostotales)hMomentosenprticosi)MomentosenmurosDistribucinsugeridadelasfuerzaslateralesymomentosdevuelcoenunedificiode sistemaacopladoMuros-Prticos

Enelniveldecubierta,lasumadelosmomentosenlasvigasdeberaseridealmentelamitaddadporlaec4.3,yaqueelmomentodeentradaenloscentrosdearticulacindelascolumnasesdel50%delosotroniveles.Sinoseadoptaestasugerencia,elcortanteenlacolumnaenelltimopisosermayorqueenotrospisos,amenosquelaresistenciaaflexinsereduceparaproporcionarunartulaenlacolumnaconlaapropiadacapacidadamomento.Aunqu

ealgodeexcesodelaresistenciaenlasvigasdepisodecadanivel(especialmenteenedificiosmuyaltosapartirdediezplantas)espocoprobablequeafecteadversamenteelcomportamiento.Esnecesariomantenerelrequerimientouniformeconlaaltura.Laraznpararelacionarunaaltacapacidaddemomentoenlabaseparaestructurasdeslopilaresesparaproporcionaradecuadaproteccincontraelmecanismodepiso-blandodesarrolladoenlascolumnasdeplantabaja.EnedificiosconelsistemaacopladoMuros-Prticos,larigidezdelmuroporencimadelartulaplsticaproporcionaproteccincontraelmecanismodefalloantescomentado.MUROS ESTRUCTURALESSon muros de hormign fuertemente armados. Presentan ligeros movimientos deflexiny dado que el cuerpo trabaja como un voladizo vertical, su espesor requerido aumenta rpidamente con el incremento de la altura del muro. Presentan un saliente otalnsobre el que se apoya parte del terreno, de manera que muro y terreno trabajan en conjunto.Siempre que sea posible, una extensin en el puntal o la punta con una dimensin entre un tercio y un cuarto del ancho de la base suministra una solucin ms econmica.Tipos distintos de muros estructurales son los muros "en L", "en T invertida".En algunos casos, los lmites de la propiedad u otras restricciones obligan a colocar el muro en el borde delantero de la losa base, es decir, a omitir el puntal. Es en estas ocasiones cuando se utilizan los muros en L.Como se ha indicado, en ocasiones muros estructurales verticales de gran altura presentan excesivas flexiones. Para evitar este problema surge el 'muro con contrafuertes', en los que se colocan elementos estructurales (contrafuertes) en la parte interior del muro (donde se localizan las tierras). Suelen estar espaciados entre s a distancias iguales o ligeramente mayores que la mitad de la altura del muro. Tambin existen muros con contrafuertes en la parte exterior del mismo.MUROS DE CONCRETO ARMADO (PLACAS)Otro tipo de muro que contribuye notablemente a darle fortaleza a la estructura de una edificacin y que se esta utilizando frecuentemente en nuestro medio, es el denominado muro deconcretoarmado, ms conocido como "placa".Al igual que los muros portantes de albailera, las placas soportan las cargasssmicas. Sin embargo, a diferencia de otros muros estructurales, son ms resistentes y ms durables en el tiempo, si estn bien diseadas y bien construidas.Las placas de concreto armado son consideradas como elementos estructurales bidimensionales planos, es decir, su espesor es pequeo en comparacin a sus otras dos dimensiones (largo, alto) (Figura 1).

Es recomendable usar estas placas en los casos de viviendas nuevas que tienen deficiencias de densidad de muros portantes de albailera, en cualquiera de sus direcciones principales (Ver Construyendo N 13).Tambin las placas se pueden usar en los casos de reparacin deviviendasque han sido daadas por un sismo.Los materiales a utilizarse en laconstruccinde estos muros son los siguientes:CONCRETO + FIERRO = CONCRETO ARMADORECOMENDACIONES:A continuacin te proporcionamos algunos consejos para recordar y tener en cuenta cuando te toque construir una placa:Generales:a. Las placas deben construirse estrictamente de acuerdo a lo especificado en los planos estructurales.b. Si la edificacin es de dos pisos o ms, las placas deben ser coincidentes en todos los niveles (Figura 2).c. Cuando se construyan placas de concreto armado que sean colindantes a predios con muros deladrillooadobe, estos muros del vecino no debern ser utilizados como encofrados para el vaciado de la placa (Figura 3).

d. No se debe colocar ninguna clase de tubera (agua, desage, elctrico) ni accesorios dentro de la placa, por que la debilita.Para el refuerzo:e. Las especificaciones del refuerzo a colocarse (dimetro de barras, cantidad, espaciamiento, numero de capas), tanto vertical como horizontalmente, deben estar claramente indicadas en los planos.f. El refuerzo vertical debe ingresar totalmente en la cimentacin, respetndose un recubrimiento de 7.5 cm.g. Si la placa contina en los niveles superiores, no olvides dejar las mechas con la longitud de empalme apropiado.(Cuadro 1).

h. Antes de vaciar el concreto, asegrate de que los dados estn bien colocados, para darle el importante y necesario recubrimiento al refuerzo de la placa (Figura 4).

Para el concreto:i. En la preparacin del concreto debes tener cuidado con el tamao depiedra chancadaque vas a utilizar, de preferencia usa solo de " (no debe estar mezclada con " y 1"), en especial cuando se trate de placas delgadas (10 a 15 cm.).j. A fin de evitar la formacin decangrejeras, el concreto no debe ser muy seco pero tampoco muy aguado, debe tener la fluidez apropiada (consistencia(1)), para que se meta hasta el ltimo rincn del encofrado.Puedes utilizar la siguiente mezcla por cada metro cbico de concreto a preparar:

k. Es sumamente importante que compactes el concreto conforme vas haciendo el vaciado (Ver Construyendo N 11).l. Debes realizar el curado del concreto luego de desencofrar, lo puedes hacer humedecindolo constantemente con agua (mnimo 3 das) o utilizando aditivos (Figura 5).Para el Encofradom. Tu encofrado no debe permitir la fuga de lalechada de cemento(2), ya que deteriora la calidad del concreto.n. A fin de que la placa tenga un espesor uniforme, asegrate de usar templadores, ya que la fuerte presin del concreto fresco sobre el encofrado lo empuja hacia fuera. Esta presin puede hacer colapsar al

. Debes apuntalar el encofrado para proporcionarle estabilidad

o. Verifica el aplomado.

SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA

2.1.1 DEFINICIN DEL SISTEMAEs un sistema estructural donde la resistencia ante cargas ssmicas y cargasde gravedad, en las dos direcciones, est dada por muros de concreto armadoque no pueden desarrollar desplazamientos inelsticos importantes. Los murosson de espesores reducidos, se prescinde de extremos confinados y el refuerzovertical se dispone en una solo hilera. Los sistemas de piso son losas macizas oaligeradas que cumplen la funcin de diafragma rgido.

2.1.2 IMPORTANCIA DEL SISTEMAEl sistema de Muros de Ductilidad Limitada en la actualidad est siendomuy utilizado en el Per, debido a la facilidad que la industrializacin ha tradopara este sistema, mediante el uso de encofrados metlicos estructurales y el usode concreto premezclado, haciendo ms gil y econmico el procesoconstructivo de las obras.La importancia estructural de este sistema radica en el uso de muros deconcreto, lo cual nos asegura que no se produzcan cambios bruscos de laspropiedades resistentes y principalmente de las rigideces.

Existe un dficit habitacional: cuantitativo y cualitativo El Per afronta en la actualidad un dficit de cerca de1.9 millones de viviendas de calidad, y queanualmente se forman 142,327 nuevos hogares anivel nacional que requieren satisfacer su necesidadhabitacional. Se cree tambin que el dficit habitacional existenteen el pas se reducira a 50% hasta el ao 2016 Se busca implementar hogares a bajos costos Estos proyectos constructivos son conjuntoshabitacionales llamados Edificaciones de Muros deDuctilidad LimitadaSegn el RNE define a los Muros de DuctilidadLimitada: Es un sistema estructural donde la resistenciaante cargas ssmicas y cargas de gravedad, enlas dos direcciones, est dada por muros deconcreto armado que no pueden desarrollardesplazamientos inelsticos importantes. Losmuros son de espesor reducidos, se prescinde deextremos confinados y el refuerzo vertical sedispone en una solo hilera. Los sistemas de pisoson losas macizas o aligeradas que cumplen lafuncin de diafragma rgido. Son considerados as por dos razones:1. Debido a la ausencia de confinamiento.2. El uso de mallas electro soldadas.CARACTERSTICASTIC AS Edificaciones de poca altura (entre 5 y 7 pisos). Todos los muros son portantes. Platea de espesor entre 20 y 25 cm como cimentacin Sus muros, varan entre 10 (espesor mnimo indicado porla Norma Peruana de Edificaciones), 12 y 15 cm. Las losas de piso son macizas con espesores de 10 y 12cm con ensanches. Tienen refuerzos de acero corrugado convencional en los extremos. Alta densidad de muros en cada direccin. Su fc es de 175kg/cm2, valor que en obra sueleincrementarse hasta en 30%.VENTAJAS Resistente a cargas de gravedad y cargas laterales deviento o sismo. Alta resistencia debido a la cantidad de reas de murosestructurales Debido a su gran rigidez lateral, estos elementos absorbengrandes cortantes, que a su vez producen grandesmomentos. No es necesario usar prticos Simplicidad y simetra Aumento de rea de uso debido a espesores menores y el tiempo de ejecucin es reducido.

DESVENTAJAS Problemas trmicos y acsticos. Presencia de fisuras por contraccin de secado del concreto Formacin de cangrejeras dadas por la congestin del refuerzo y tuberas enmuros y losas de poco espesor. Efectos de retraccin (deformaciones y cambios de volumen)

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURALIENTO ESTRUCTURAL Alta resistencia de muros debido a la significativacantidad de reas de muros estructurales. Resistentes a cargas de gravedad y las cargaslaterales de viento o sismo Gran rigidez lateral que permiten absorber grandesfuerzas cortantes, que producen grandes momentos. Alta resistencia a la flexin

El diseo se basa en los siguientes Capitulos de la Norma E.060 Concreto ArmadoCapitulo 14: MurosCaptulo 21: Disposiciones Especiales para el Diseo Ssmico Acpite 21.9: Muros Estructurales de Concreto ReforzadoTambin se tiene en cuenta el acpite 21.10: Edificaciones con Muros de Ductilidad Limitada. Este es un tipo especial de construccin con muros de concreto en la que se reduce la exigencia de ductilidad debido a que la resistencia es muy alta. La ductilidad es la capacidad que tienen las estructuras de soportar dao sin colapsar y es una propiedad muy importante en sismos, ya que la intensidad del sismo es difcil de estimar y en sismos grandes se acepta dao pero no colapso. Por eso si se tiene alta resistencia la necesidad de ductilidad ser menor y esto se ha considerado para aceptar este sistema con muros de menor ductilidad. Pero tambin en este acpite se incluye la prohibicin de usar este tipo de estructura para edificios de ms de 7 pisos ya que se reconoce que en edificios altos es mayor la demanda de ductilidad. Sobre esto se basa la objecin al sistema del Dr. Zavala, que indica que no es adecuado para edificios altos, lo que est de acuerdo a este acpite de la Norma.Para lograr un buen comportamiento ssmico es deseable que el edificio tenga las siguientes caractersticas:- Buena configuracin estructural, que incluye plantas simtricas, continuidad de los elementos estructurales verticales en toda la altura del edificio y formas regulares en planta y elevacin.- Adecuada rigidez, que significa que en un movimiento ssmico el edificio tenga poco desplazamiento lateral. Se ha demostrado en sismos anteriores alrededor del mundo que si se limita la deformacin se reduce el dao. Esto ha sido considerado en la Norma que es una de las que tiene la mayor exigencia de reducir el desplazamiento de toda la regin.Los edificios de muros cumplen ampliamente con las dos caractersticas indicadas. Tienen una configuracin muy regular en planta, simtrica y con todos los muros continuos, y al tener gran densidad de muros de concreto armado tiene una rigidez muy alta por lo que en un sismo tendr desplazamientos mucho menores a los aceptados por la norma.

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