Diseño DE UNA Vivienda 3 Pisos POR Albañilería Confinada-C2 PDF

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UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVILDISEÑO DE ALBAÑILERÍA CONFINADADOCENTE:ING. LOPEZ OTINIANO, STEWARTINTEGRANTES: RIVERA SÁNCHEZ, LUIS ALBERTO ID: 000175778 © CÁRDENAS BLAS, KAROL JANIRA ID: 000170339 CUBAS BECERRA, JOSE CARLOS MANUEL...

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UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

DISEÑO DE ALBAÑILERÍA CONFINADA DOCENTE: ING. LOPEZ OTINIANO, STEWART

INTEGRANTES:

 RIVERA SÁNCHEZ, LUIS ALBERTO

ID: 000175778 ©

 CÁRDENAS BLAS, KAROL JANIRA

ID: 000170339

 CUBAS BECERRA, JOSE CARLOS MANUEL ID: 000090132  MORALES BARDALES, JHANIRA JHALITH

FECHA:

ID: 000152751

 NAVES RAMOS, JEAN CLAUDE

ID: 000149434

 REÁTEGUI PALACIOS, DIEGO MARCELO

ID: 000123598

13/07/2021

TRUJILLO – PERÚ 2020-10

RUBRICA PARA EVALUAR LOS TRABAJOS ESCALONADOS

Contenido: de acuerdo al tema del sillabus. Resultado de aprendizaje: realizar el análisis y diseño estructural de una edificación de 3 niveles de albañilería confinada. Producto académico: presentar la el análisis y diseño propuesto por el docente utilizando herramientas como el Excel o Mathcad.

Nota máxima 20/20

INDICE Carátula…………………………………………………….………...1 Rúbrica de Evaluación……………………………………………….2 Indice…………………………………………………………………3 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Introducción…………………………………………….......... 4 Resumen……………………………………………………….5 Antecedentes……………………………………………….….6 Objetivos………………………………………………………9 Descripción del proyecto……………………………………...10 Predimensionamiento Teórico……...…………………………14 Cálculo de Densidades mínimas de muro 7.1 Verificacion de la densidad mínimas de muros…………………….… 16

7.2Densidad de muros en “x”…………………………………17 7.3Densidad de muros en “y”…………………………………18 7.4 Área Tributaria…………………………………………....19 8. Predimensionamiento de Albañilería Confinada 8.1Predimensionamiento de Losas……………………………20 9. Metrado de Cargas………………………………………,,,…..22 10. Diseño de Carga Vertical 1° piso en dirección “x”…………..25 11. Diseño de Carga Vertical 2° y 3° piso en dirección “x”…......26 12. Diseño de Carga Vertical 1° piso en dirección “y”…………..27 13. Diseño de Carga Vertical 2° y 3° piso en dirección “y”……...28 14. Análisis Elástico Ante Sismo Moderado-ETABS…………....29 15.Fuerza de Diseño de Muro en los tres pisos………………......33 16. Verificación, fuerza diseño de muros………………………...34 16.1 Piso 1 en Dirección “x” e “y” …………………….........35 16.2 Piso 2° en Dirección “x” e “y”……………………….....36 16.3 Piso 3° en Dirección “x” e “y”………………………….37 17. Verificación de refuerzo horizontal de Muro…………….……38 17.1 Piso 1°…………………………………………………... 39 17.2 Piso 2° ………………………………………………….. 40 17.3 Piso 3° ………………………………………………….. 41

18. Diseño de los elementos de Confinamiento ……………..……... 42 19. Diseño de columnas de confinamiento 1° piso en “x”…...……...43 20. Acero de Estribos de Confinamiento columnas 1°p. en “x”….…47 21. Diseño de Vigas Soleras 1°Piso en “X”…………………………..48 22. Verificación de Refuerzo Horizontal ……………………………...49 23. Diseño de Columnas de Confinamiento 1°piso en “y”……….…50 24. Acero de Estribos de Confinamiento columnas 1°p. en “y”…….54 25. Diseño de Vigas Soleras 1°Piso en “y”…………………………...55 26. Verificación de Refuerzo Horizontal ……………………………...56 27. Diseño columnas de confinamiento 2°,3° p. en “x” e “y”………..57 28. Acero Estribos de Confinamiento columnas 2°, 3°p. en “x e y”..59 29. Diseño de Vigas Soleras 2° y 3° Piso en “x e y”…………………60 30. Verificación de Refuerzo Horizontal………………………………60 31. Anexos………………………………………………………………..61

1. INTRODUCCIÓN La albañilería confinada es el conjunto o sistema de construcción formado por muro de ladrillos, reforzado en los extremos por columnas de amarre y en la parte superior por una viga de concreto; los muros son estructuras verticales que separan una casa del exterior o de la calle, el cual tiene como función evitar el frio o calor, y crean diferentes ambientes como la sala, el comedor, los dormitorios, el baño y demás espacios. Es importante que estén bien construidos, y que sean perfectamente verticales; cada ladrillo debe estar asentado o colocado con la cantidad de mezcla adecuada, esta mezcla se le denomina mortero, que es una combinación de cemento, arena gruesa y agua. En la ciudad de Trujillo y en todo el país existen demasiadas implementaciones informales de constructores limitados. Esto se debe principalmente a un diseño estructural deficiente y a la falta de códigos de construcción. El presente trabajo tiene como finalidad, diseñar una vivienda de albañilería confinada; la cual se ubicará en el distrito de La Esperanza, Provincia de Trujillo departamento de La Libertad, dicha vivienda estará comprendida por 3 pisos. Para ello, en el desarrollo de este proyecto será a base de las normas establecidas como: Cargas (E-020), Diseño Sismorresistente (E-030), Suelos y Cimentaciones (E-050), Concreto Armado (E-060), Albañilería (E-070), Estructuras Metálicas E-090). Asimismo, el uso de diferentes softwares; tales como: AutoCAD, Excel, ETABS; los cuales facilitaran la obtención de los datos necesarios para la culminación de este proyecto.

2. RESUMEN Para el análisis de la vivienda de 3 pisos que se diseñó se siguió una metodología que comienza con la estructuración donde se buscó una distribución para asegurar una rigidez adecuada en ambas direcciones para controlar los desplazamientos laterales y evitar problemas de torsión.

Se definió los elementos estructurales principales tales como: losas, vigas, columnas, muros. Los mismos que fueron predimensionados, siguiendo los criterios y recomendaciones de los libros de diseño estructural y la Norma E.070 de Albañilería. Luego, se llevó a cabo la medición de carga vertical para el análisis sísmico, cumpliendo con las estipulaciones de los estándares E.020 y E.030 de Cargas y de Diseño de Terremoto Resistente, respectivamente.

Una vez que se ha determinado el peso total de la edificación se calculará la fuerza sísmica en la base del edificio. La fuerza sísmica está en función del peso del edificio. La fuerza sísmica no se concentra en un solo punto sino se distribuye en relación a los niveles del edificio, en nuestro caso 03 niveles. En cada nivel, la fuerza sísmica se reparte en los elementos estructurales de la superestructura. Después se diseñará los muros portantes de albañilería de acuerdo a la Norma E.070 y los demás elementos estructurales se diseñaron de acuerdo con el Estándar E.060 Concreto Armado.

3. ANTECEDENTES -

San Bartolome (1994), nos dice que la albañilería confinada se caracteriza por estar constituida por un muro de albañilería simple enmarcado por una cadena de concreto armado, vaciada con posterioridad a la construcción del muro. Generalmente, se emplea una conexión dentada entre la albañilería y las columnas; esta conexión es más bien una tradición peruana, puesto que en Chile se utiliza una conexión prácticamente a ras que tuvo un buen comportamiento en el terremoto de 1985.

-

San Bartolome (1994), nos dice que en la década de los 40 se comienza en nuestro medio a confinar los muros de albañilería, mediante el empleo de elementos de concreto armado. Sin embargo, también ocurre la posibilidad de fallas en edificaciones con elementos de confinamiento, al diseñados, o mal construidos; aunque a la fecha no se ha reportado en el mundo el colapso total en este tipo de estructura. Entre los principales defectos se tiene: Creencia de que basta una sola columna para confinar un muro (lo cual no esta permitido por la norma E – 070), olvidándose que la acción sísmica es de carácter cíclico. Por lo general, este caso ocurre en los muros con vanos. Columnas muy espaciadas entre sí. Se pierde el efecto de confinamiento en la región central del muro y el tamaño de las grietas diagonales se

torna

incontrolable,

deteriorándose la

albañilería. Cangrejeras en las columnas. Las cangrejeras ocurren por las siguientes razones: 1) el concreto se encuentra muy seco al instante de vaciarlo; 2) por el tamaño excesivo de las piedras del concreto a vaciar en columnas de poca dimensión; 3) ganchos de estribos con gran longitud que estorban el paso del concreto; 4) por la zona de interfase columna-albañilería con dientes muy largos y, 5) por la

mala vibración o chuceo defectuoso del concreto. La presencia de cangrejeras reduce drásticamente la resistencia a compresión, tracción y corte de las columnas. Propagación de la falla por corte desde la albañilería hacia los extremos de los elementos de confinamiento. La energía acumulada en un muro antes de su falla por corte es elevada y aunque va disipándose a través de las grietas de flexión (que generalmente se forman en las columnas antes que se inicie la grieta por corte en el muro), también puede disiparse en forma explosiva deteriorando los elementos de confinamiento. Si estos elementos poseen estribos muy espaciados en sus extremos, no se podrá controlar el tamaño de dichas grietas. Anclaje insuficiente del refuerzo vertical u horizontal. Un problema que puede surgir es que el acero vertical no penetre adecuadamente en la solera, doblando en su zona inferior, lo que produce un decrecimiento de la resistencia a corte-fricción en la junta soleracolumna. Deberá tenerse especial cuidado con las columnas ubicadas en el perímetro del edificio, éstas deberán tener un peralte suficiente que permita anclar el refuerzo longitudinal de la solera. Traslape del 100% del refuerzo en la misma zona. En estos casos, según la Norma de Concreto E-060, la longitud traslapada debe incrementarse considerablemente. Inadecuada transferencia de la fuerza cortante desde la solera hacia el muro. De llegarse a presentar el deslizamiento del techo, la armadura vertical trabajará a corte-fricción, por lo que es recomendable que la última hilada del muro penetre 1 cm al interior de la solera (sólo cuando se use unidades no perforadas, ya que las perforadas permiten la formación de llaves de corte) y además crear una unión rugosa en la zona columna-solera. Muros con excesiva carga vertical. La mayor carga axial genera un incremento de la resistencia al corte, pero disminuye la ductilidad, pudiendo incluso flexionar a las columnas en el plano del muro

deteriorando la unión muro-columna. Luego que se generan las grietas diagonales en el muro, las bases de las columnas pueden fallar por compresión al rotar el muro en torno a ellas. La recomendación es distribuir la carga vertical sobre todos los muros del edificio, usando una losa (aligerada o maciza) armada en 2 sentidos; o, en todo caso, adicionar refuerzo horizontal en el muro cuando el esfuerzo vertical actuante (limitado a un valor máximo de 0.15 fm) supere a 0.05 fm. Adicionalmente se tienen los problemas clásicos de: torsión por una mala distribución de los muros en la planta del edificio, escasa densidad de muros, falta de continuidad vertical de los muros, asentamientos diferenciales y la existencia de grandes 4.

4 OBJETIVOS a. Objetivo General: Diseñar una vivienda unifamiliar de albañilería confinada más óptimo mediante el programa ETABS aplicando las siguientes normas técnicas: E-0.20, E-0.50,E-030, E-0.60 y E-0.70. b. Objetivos Específicos: 

Efectuar el predimensionamiento de todos los elementos estructurales resistentes a cargas verticales y horizontales. Las dimensiones deben cumplir las exigencias mínimas establecidas en

la

Normas

Técnicas

predimensionamiento

de

que la

resulten

cimentación

aplicables. se

El

efectuará

considerando cargas de gravedad y las indicaciones del EMS. 

Realizar el análisis sísmico aplicando el proyecto de norma E.030 mediante el software SAP 2000.



Realizar el diseño de elementos de confinamiento

5. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El proyecto parte de realizar un planteamiento arquitectónico, buscando que la vivienda unifamiliar sea regular en planta como en elevación, para evitar posibles problemas de torsión ante sismo y simétrico tanto en distribución de masas como de rigideces. a. NORMAS USADAS PARA EL PROYECTO Las normas usadas en el trabajo escalonado serán los siguientes: 

E.020 (Cargas)



E.030 (Sismo resistente)



E.050 (Suelos y cimentaciones)



E.60 (Concreto armado)



E.070 (Albañilería)



E.090 (Acero) i. CONSIDERACIONES DE LA NORMA E-0.70 ii. ALBAÑILERÍA CONFINADA 

La conexión columna-albañilería podrá ser dentada o a ras: a) En el caso de emplearse una conexión dentada, la longitud de la unidad saliente no excederá de 5 cm y deberá limpiarse de los desperdicios de mortero y partículas sueltas antes de vaciar el concreto de la columna de confinamiento. b) En el caso de emplearse una conexión a ras, deberá adicionarse «chicotes» o «mechas» de anclaje (salvo que exista refuerzo horizontal continuo) compuestos por varillas de 6 mm de diámetro, que penetren por lo menos 40 cm al interior de la albañilería y 12,5 cm al interior de la columna más un doblez vertical a 90o de 10 cm; la cuantía a utilizar será 0,001. (Norma Técnica Peruana E070, pg, 13).



Se considerará como muro portante confinado, aquél que cumpla las siguientes condiciones: a) Que quede enmarcado en sus cuatro lados por elementos de concreto armado verticales (columnas) y horizontales

(vigas soleras), aceptándose la cimentación de concreto como elemento de confinamiento horizontal para el caso de los muros ubicados en el primer piso. b) Que la distancia máxima centro a centro entre las columnas de confinamiento sea dos veces la distancia entre los elementos horizontales de refuerzo y no mayor que 5 m. (Norma Técnica Peruana E070, pg, 80). iii. MURO PORTANTE 

Los muros portantes deberán tener: a) Una sección transversal preferentemente simétrica. b) Continuidad vertical hasta la cimentación. c)

Una longitud mayor o igual a 1,20 m para ser considerados como contribuyentes en la resistencia a las fuerzas horizontales.



 σ=

Espesor efectivo t≥

h 20

Para zonas sísmica 2 y 3

t≥

h 25

Para zonas sísmica 1

Espesor axial Máximo

[ ( )]

P h ≤0.2 fm 1− ¿ 35 t 

2

≤ 0.15 fm

Densidad mínima de muros

∑ ¿ ≥ ZUSN Ap

56

(Norma Técnica Peruana E-0.70, pg,73)

b. CARACTERISTICAS GENERALES



c.

DEPARTAMENTO: La Libertad



PROVINCIA: Trujillo



SUELO DE CIMENTACIÓN: La Esperanza

CARACTERÍSTICAS ARQUITECTÓNICAS 

Número de pisos : 3



Área de terreno



Área de techada : 125.11 m2

: 136.51 m2



Altura entrepiso : 2.50 m



Uso

: Vivienda

d. CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES

e.



Tipo de estructura: Albañilería confinada



Sistema de techado

: Losa aligerada (20 cm)



Escalera

: 2 tramos por cada nivel



Peralte de vigas soleras : Mismo espesor de la losa

DISTRIBUCIÓN ARQUITECTONICA Y ESTRUCTURACIÓN

La distribución estructural de la edificación comprende de cimentación o subestructura, muros de albañilería y losas de concreto armado. Estos muros de albañilería están distribuidos en dos direcciones principales de la edificación y unidos por entrepisos y techo de concreto armado. Este sistema estructural las cargas de gravedad son resistidas por los muros portantes que además de su peso propio soportan el peso de las losas de techo, igualmente las fuerzas horizontales que se generan por sismos son resistidos por estos muros. f.

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Para la albañilería se utilizarán ladrillos KK Industrial tipo IV o V y el mortero empleado tendrá la proporción de 1:4 y la resistencia mínima a utilizar en el concreto es de 175 kg/cm2.

Tabla N° 01 Resistencia de materiales

Donde sus características del concreto y albañilería son los siguientes: Concreto: Resistencia a la Compresión: f’c = 210 kg/cm2 Deformación Unitaria Máxima: εcu = 0.003 Módulo de Elasticidad: Ec = 15,000√f’c Ec = 217,000 kg/cm2 Albañilería: King Kong Industrial (Tabla 9, Artículo 13 NTE E.070) Resistencia a Compresión Axial de las Unidades: f’b = 145 kg/cm2 Resistencia a Compresión Axial en Pilas: f’m = 65 kg/cm2 Resistencia al Corte en Muretes: v’m = 8.1 kg/cm2 Módulo de Elasticidad: Em = 500 f’m Módulo de Corte:

Gm = 0.4 Em



Em = 32,500 kg/cm2 

Gm = 13,000 kg/cm

Las unidades de albañilería cumplen con la Tabla 1 del Artículo 5.2, siendo un ladrillo tipo.

6. PRE DIMENSIONAMIENTO a. LOSA ALIGERADA Según el A.C.I, para no verificar dimensiones el peralte mínimo (h) de las losas aligerada que tiene sus extremos continuos está dado por la siguiente relación.

h=

L 20 Donde: h: peralte total de la losa L: luz libre (menor) entre apoyos de la losa aligerada Además, nos podemos mediante tablas que está en relación la luz libre menor con el espesor del aligerado:

Luz Libre

Espesor

Altura del ladrillo

(m) Ln < 4

(m) 0.17

(m) 0.12

4 < Ln < 5

0.20

0.15

5 < Ln < 6.5

0.25

0.20

6.5 < Ln <

0.30

0.25

7.5 Obteniendo como espesor de 0.17 por tener todas nuestras luces libres menores a 4 metros lo cual consideramos 0.20. e = 0.20 cm b. VIGAS Las vigas se dimensionan generalmente considerando un peralte del orden de 1/10 a 1/12 de la luz libre. Debe aclararse que esta altura incluye el espesor de la losa del techo o piso.

h=

L 10

Donde: h: peralte total de la viga. L: luz libre. Dentro de nuestro proyecto al realizar el pre dimensionamiento de las vigas obtenemos diferentes tipos de vigas en las cuales se muestran a continuación:

c. COLUMNAS Las columnas al ser sometidas a cargas axiales y momento flector, tiene que ser dimensionadas considerando los dos efectos simultáneamente, tratando de evaluar cuál de los dos es el que gobierna en forma más influyente en dimensionamiento. Columna Lado=

H 10

La acción del proceso de pre dimensionamiento nos aproxima a las dimensiones adecuadas de los elementos principales de la estructura del edifico. Estos resultados indicen el peso de edificación.

d. CIMENTACIONES De acuerdo a un Estudio de Mecánica de suelos realizado, el terreno estudiado arroja los siguientes valores para ser considerados en los planos de proyecto:

e. MUROS La densidad mínima de muros se verifica en ambas direcciones x e y,

de acuerdo con la relación fijada por el reglamento la E.070, pero antes se deben calcular parámetros complementarios para llegar a obtener la densidad del muro Espesor efectivo El espesor efectivo varía según el tipo de zona sísmica, en este caso nuestro proyecto está ubicada en la zona 4, en la cual utilizaremos la siguiente formula. Los muros se han supuesto en aparejo de soga con ladrillo kk, de t=13 cm de espesor que además cumple con la fórmula del RNE que es la siguiente: t>

h 20

Donde t: espesor de muro h: altura entre piso que es igual a 2.50 metros Reemplazando tenemos:

t>

250 20 t> ¿

12.50 cm

Por lo tanto, se considera 13 cm el espesor del muro.

7. CALCULO DE DENSIDADES MINIMAS DE MURO 7.1 VERIFICACION DE LA DENSIDAD MINIMAS DE MUROS Este paso tiene como objetivo evitar fallas frágiles por deficiencia en la resistencia a car...