Presentations y uncp">
Investigación Sistemas Híbridos
Investigación Sistemas Híbridos
Investigación Sistemas Híbridos
FIC -UNCP
SISTEMAS ESTRUCTURALES
HBRIDOS
HUANCAYO PER
2013
AGRADECIMIENTO
DEDICATORIA
Contenido
Resumen
I.
Introduccin
II.
Marco terico
2.1
Evaluacin Tcnica
2.1.1
Generalidades
2.1.2
2.2
Evaluacin Econmica
III.
Materiales y mtodos
IV.
Resultados
V.
Discusin
VI.
Conclusiones
VII.
Recomendaciones
VIII.
Referencias Bibliogrficas
IX.
Anexos
Resumen
La mayora de los habitantes de la provincia de Huancayo prefieren a la albailera
como el material predominante para la construccin de sus viviendas. Las unidades
de albailera ms usadas en nuestra regin son las de arcilla cocida de fabricacin
artesanal. Los muros construidos con estas unidades de albailera son de baja
resistencia a la compresin llegando a tener ms o menos un fm=25kg/cm2. Para
aumentar su resistencia a cargas gravitacionales y a cargas laterales principalmente,
los muros son reforzados con elementos de confinamiento vertical y horizontal de
concreto armado, constituyndose la unidad estructural de material compuesto. La
cimentacin de esta unidad estructural, muro confinado, es un cimiento corrido de
concreto ciclpeo.
Una edificacin para vivienda con una estructuracin sismorresistente netamente con
muros confinados es denominada por la norma E-030 como sistema estructural con
muros de corte. Con un correcto diseo y una ptima construccin este sistema
estructural es muy econmico y de gran resistencia al sismo, por lo que se ha ganado
la denominacin de construcciones de material noble.
I.
Introduccin
Segn el censo del 2007 del INEI, el 51.17% de las viviendas de la provincia de
Huancayo, presenta como material predominante la albailera. La mayora de estas
viviendas fueron construidas sin un asesoramiento tcnico por un profesional
especialista Arquitecto o Ingeniero Civil, por el contrario fueron encomendados a
capataces o maestros de obra aficionados que construyeron de forma emprica, con
el riesgo de presentar un comportamiento deficiente y vulnerable ante una amenaza
ssmica latente en nuestra regin.
Son tres los sistemas estructurales que contempla la norma peruana E-030, a)
sistema aporticado, b) sistema mixto o dual, y c) sistema de muros de corte. Como
puede verse, el sistema estructural hbrido no est normado por el reglamento
nacional de edificaciones, por lo que su estudio e investigacin al respecto debe
tomarse en consideracin a fin de encontrar y proponer parmetros de exigencias
mnimas desde el punto de vista de su comportamiento estructural ssmico y desde el
punto de vista de su optimizacin de recursos y por consiguiente econmicos.
II.
Marco Terico
2.1
Evaluacin Tcnica
debe
ser
de
1/4
y el estribaje mnimo de
con
un
espaciamiento
de:
.
- La distancia mxima entre columnas debe ser menor al doble de la altura entre
arriostres horizontales
(para edificios)
Dnde:
rea de muros en cada direccin (m)
rea de la edificacin por piso (m)
Nmero de pisos de la edificacin
- La longitud total mnima de muros, expresada en metros lineales en cada
direccin ser igual a:
Dnde:
Longitud mnima de muros (m)
rea en planta (m)
Nmero de pisos
- Para una edificacin de uno o dos pisos, un criterio para un diseo simplificado es
considerar:
Dnde:
Longitud mnima de muros (m)
= rea construida (m)
Modelos estructurales:
pudiendo
fcilmente
analizar
plantas
con
diferentes
distribuciones de muros.
CARGA MUERTA
MATERIALES:
Se considerar el peso real de los materiales que conforman y de los que
deber soportar la edificacin, calculados en base a los pesos unitarios que
aparecen en el cuadro que se muestra a continuacin, pudindose usar
pesos unitarios menores cuando se justifique debidamente.
El peso real se podr determinar por medio de anlisis o usando los datos
indicados en los diseos y catalogas de los fabricantes.
PESOS UNITARIOS
ITEM
1
MATERIALES
Aislamientos de:
- Fibra de vidrio
- Corcho
- Poliuretano Poliestireno
- Fibrocemento
Albailera de:
- Adobe
- Unidades de albailera solidas
- Unidades de albailera huecas
PESO
3
(kg/m )
300
200
200
600
1600
1800
1350
2300
1900
1700
2400
1900
1700
2000
1850
1700
1000
10
11
Lquidos:
- Agua
- Agua de mar
- Alcohol
- Aceites
- cido muritico
- cido ntrico
- cido sulfrico
- Soda caustica
- Petrleo
- Gasolina
Maderas:
- Conferas secas
- Conferas hmedas
- Duras secas
- Duras hmedas
Mampostera de:
- Caliza
- Granito
- Mrmol
- Pmez
- Bloques de vidrio
Materiales almacenados:
- Cemento
- Coke
- Carbn de piedra
- Briquetas de carbn de piedra
- Lignito
- Turba
- Hielo
- Basuras domesticas
- Trigo, frijoles, pallares, arroz
- Papas
- Frutas
- Harina
- Azcar
- Sal
- Pastos secos
- Papel
- Lea
Materiales amontonados:
- Tierra
- Grava y arenas secas
- Coke
- Escorias de carbn
- Escorias de altos hornos
- Piedra pmez
Metales:
- Acero
- Hierro dulce
- Fundicin
1000
1030
800
930
1200
1500
1800
1700
870
670
550
750
700
1000
2400
2600
2700
1200
1000
1450
1200
1550
1750
1250
600
920
660
750
700
650
700
750
1000
400
1000
600
1600
1600
520
1000
1500
700
7850
7800
7250
Otros:
-
12
Aluminio
Plomo
Cobre
Bronce
Zinc
Estao
Latn
Mercurio
Nquel
2750
11400
8900
8500
69020
742020
8500
13600
9000
Acrlicos
Vidrios
Concreto asfaltico
Losetas
Teja artesanal
Teja industrial
Cartn bituminoso
Ladrillo pastelero
Asbesto - cemento
1200
2500
2400
2400
1600
1800
600
1600
2500
Peso Propio
2
(kg/m )
280
300
350
420
475
600
TABIQUES
Se considerara el peso de todos los tabiques, usando los pesos reales en las
ubicaciones que indican los planos.
2.
Adems de las cargas muertas, cargas ssmicas, debido al sismo y otras que se
apliquen, se diseara la edificacin tomando en cuenta cargas vivas repartidas,
cargas vivas concentradas, o combinaciones simultneas de cargas repartidas y
concentradas segn las que produzcan un mayor esfuerzo.
Se usara como mnimo los valores que mostramos a continuacin (VER TABLA),
para diferentes tipos de ocupacin o uso.
Cargas Repartidas
2
(kg/m )
500
Igual a la carga principal del
resto del rea
Bibliotecas
- Salas de lectura
- Salas de almacenaje
- Corredores y escaleras
Centros de Educacin
- Aulas
- Talleres
- Auditorios, gimnasios
- Laboratorios
- Corredores y escaleras
Garajes
Hospitales
- Salas de operacin, laboratorios y reas de servicio
- Cuartos
- Corredores y escaleras
Hoteles
- Cuartos
- Salas pblicas, almacenaje y servicios
- Corredores y escaleras
300
750
400
300
350
350
300
400
250
300
200
400
200
500
400
Instituciones Penales
- Zona de habitacin
- Zonas publicas
- Corredores y escaleras
Lugares de Asamblea
- Con asientos fijos
- Con asientos mviles
- Salones de baile, restaurantes, museos y gimnasios
- Graderas y tribunas
- Corredores y escaleras
Oficinas
- Exceptuando salas de archivo y computacin
- Salas de archivo
- Salas de computacin
- Corredores y escaleras
Teatros
- Vestidores
- Cuarto de proyeccin
- Escenario
- Zonas publicas
Tiendas
- Ambientes
- Corredores y escaleras
Viviendas
- Habitacin
- Corredores y escaleras
200
400
400
300
400
400
500
500
250
500
350
400
200
500
750
750
500
500
200
200
Cuando existe una carga viva concentrada, se colocara la carga viva repartida
establecida en la tabla anterior de tal forma que produzca los esfuerzos mximos.
Los pisos que soportan cualquier tipo de maquinaria u otras cargas vivas
concentradas en exceso de 500kg. (incluido el peso de los apoyos bases), sern
diseados para soportar tal peso como una carga concentrada o como grupo de
cargas concentradas.
Cuando exista una carga viva concentrada, se puede omitir la carga viva repartida
en la zona ocupada de la carga concentrada.
Para los techos con una inclinacin hasta de 3 con relacin a la horizontal es de
100 kg/m2.
Para los techos con una inclinacin mayor de 3 es de 100 kg/m2, reducida en 5
kg/m2, por cada grado de pendiente por encima de 3, hasta un mnimo de 50
kg/m2.
Cuando los techos tengan jardines, la carga viva mnima de diseo de las
porciones con jardn ser de 100 kg/m2. El peso de los materiales del jardn ser
considerado como carga muerta y se har este cmputo sobre la base de tierra
saturada. Las zonas adyacentes de las porciones con jardn sern consideradas
como rea de asamblea, a no ser que haya disposiciones especficas
permanentes que impidan su uso.
= 25%
= 80%
= 100%
B
EDIFICACIONES
IMPORTANTES
C
EDIFICACIONES
COMUNES
DESCRIPCION
Cuya funcin no debera interrumpirse inmediatamente
despus que ocurra un sismo:
- Hospitales
- Centrales de Comunicaciones
- Cuarteles de Bomberos y Policias
- Subestaciones Elctricas
- Reservorios de Agua
- Centros Educativos
Tambin se incluyen edificacions cuyo colapso puede
representar un riesgo adicional, como grandes hornos,
depsitos de materiales inflamables o txicos.
Donde se reunen gran cantidad de personas como:
- Teatros
- Estadios
- Centros Comerciales
- Establecimientos Penitenciarios
O como edificios que guardan patrimonios valiosos:
- Museos
- Bibliotecas y Archivos Especiales
Tambin se considerarn:
- Depsitos de Granos
- Otros almacenes importantes para el abastecimiento
Cuya falla ocasionara prdidas de cuanta intermedia
como:
- Viviendas
- Oficinas
- Hoteles
- Restaurantes
- Depsitos e Instalaciones Industriales, cuya falla no
acarree peligros adicionales de incendios, fugas de
contaminantes.
C
EDIFICACIONES
COMUNES
2.
= Factor de Zona
= Factor de Suelo
C/R 0.125
FACTORES DE ZONA
ZONA
3
2
1
FACTOR Z(g)
0.4
0.3
0.15
Zona 2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
B
EDIFICACIONES
IMPORTANTES
C
EDIFICACIONES
COMUNES
D
EDIFICACIONES
MENORES
(*)
FACTOR U
DESCRIPCION
Cuya funcin no debera interrumpirse inmediatamente
1.5
despus que ocurra un sismo:
- Hospitales
- Centrales de Comunicaciones
- Cuarteles de Bomberos y Policias
- Subestaciones Elctricas
- Reservorios de Agua
- Centros Educativos
Tambin se incluyen edificacions cuyo colapso puede
representar un riesgo adicional, como grandes hornos,
depsitos de materiales inflamables o txicos.
Donde se reunen gran cantidad de personas como:
1.3
- Teatros
- Estadios
- Centros Comerciales
- Establecimientos Penitenciarios
O como edificios que guardan patrimonios valiosos:
- Museos
- Bibliotecas y Archivos Especiales
Tambin se considerarn:
- Depsitos de Granos
- Otros almacenes importantes para el abastecimiento
Cuya falla ocasionara prdidas de cuanta intermedia
1.0
como:
- Viviendas
- Oficinas
- Hoteles
- Restaurantes
- Depsitos e Instalaciones Industriales, cuya falla no
acarree peligros adicionales de incendios, fugas de
contaminantes.
Cuyas fallas causan prdidas de menor cuanta y nor(*)
malmente la probabilidad de causar vctimas es baja:
- Cercos de menos de 1.50 m de altura
- Depsitos Temporales
- Viviendas Temporales
- Construcciones similares temporales
En estas edificaciones, a criterio del proyectista, se podra omitir
el anlisis por fuerzas ssmicas, pero deber proveerse de la resistencia y rigidez adecuadas para acciones laterales.
PARAMETROS DE SUELO
TIPO
Tp
(Seg)
0.4
0.6
DESCRIPCION
S1
S2
S3
S4
(*)
En los sitios donde las propiedades del suelo sean poco conocidas se podrn
usar los valores correspondientes al perfil tipo S3. Solo ser necesario
considerar un perfil tipo S4 cuando los estudios Geotcnicos as lo
determinen.
COEFICIENTE DE AMPLIFICACIN SSMICA (C)
De acuerdo a las condiciones de sitio, se define el factor de amplificacin
ssmica C. Este coeficiente se interpreta como el factor de amplificacin de la
respuesta estructural respecto a la aceleracin en el suelo.
C = 2.5 Tp
C 2.5
T
En donde:
Tp = Perodo de vibracin del suelo (Tabla anterior)
T = Perodo fundamental de la estructura
El perodo fundamental para cada direccin se estimar con la siguiente
expresin:
T = hn
CT
En donde:
hn =
CT = 35
CT = 45
CT = 60
Coeficiente de Reduccin, R
Para estructuras regulares (*) (**)
9.5
6.5
6.0
8
7
6
4
3
7
1. Por lo menos el 80% del cortante en la base acta sobre las columnas de
los prticos que cumplan los requisitos de la NTE E.060 Concreto Armado. En
caso se tengan muros estructurales, stos debern disearse para resistir una
fraccin de la accin ssmica total de acuerdo con su rigidez.
2. Las acciones ssmicas son resistidas por una combinacin de prticos y
muros estructurales. Los prticos debern ser diseados para tomar por lo
menos 25% del cortante en la base. Los muros estructurales sern diseados
para las fuerzas obtenidas del anlisis segn Artculo 16 (16.2)
3. Sistema en el que la resistencia ssmica est dada predominantemente por
muros estructurales sobre los que acta por lo menos el 80% del cortante en la
base.
4. Edificacin de baja altura con alta densidad de muros de ductilidad limitada.
5. Para diseo por esfuerzos admisibles el valor de R ser 6
(*)
3.
Fa 0,07 T V 0,15 V
Donde el perodo T en la expresin anterior ser el mismo que el usado para
la determinacin de la fuerza cortante en la base.
El resto de la fuerza cortante, es decir (V - Fa) se distribuir entre los distintos
niveles, incluyendo el ltimo, de acuerdo a la siguiente expresin:
Fi
Pi hi
n
Pj h j
V Fa
j1
4.
ANLISIS DINMICO
Para edificaciones convencionales podr usarse el procedimiento de
superposicin espectral; y para edificaciones especiales deber usarse un
anlisis tiempo-historia.
A. Aceleracin Espectral
Para cada una de las direcciones analizadas se utilizar un espectro
inelstico de seudo aceleraciones definido por:
Sa
ZUSC
g
R
r 0.25 ri 0.75
i 1
r
i 1
DESPLAZAMIENTO
MAXIMO
0.007 * hei
0.010 * hei
0.005 * hei
0.010 * hei
6.
EFECTOS DE TORSIN
Si el centro de masas no coincide con el centro de rigideces se produce un
momento torsor el cul produce un incremento en los cortantes, estos
incrementos deben ser considerados para efectos de diseo.
El momento torsor se evala en cada nivel y en cada direccin de anlisis del
sismo.
A. Clculo de excentricidades
Direccin de anlisis XX:
Excentricidad real
ey = yCM yCR = e
Excentr. accidental
eacc = 0.05 Dy
ex = xCM xCR = e
Excentr. accidental
eacc = 0.05 Dx
Condicin 2
Mt2x = Vi (e eacc)
Condicin 2
Mt2y = Vi (e eacc)
Dnde:
Vi = Fuerza cortante del piso i.
C. Incremento de fuerza cortante por torsin:
Direccin de anlisis XX:
Condicin 1
Condicin 2
Condicin 2
K xi 2
Y
E
x = x xCR
K yi 2
X
E
y = y - yCR
Dnde:
J
= Momento polar de inercia.
x, y
= Ubicacin del muro respecto a un sistema de referencia.
2.2
Evaluacin Econmica
COTIZACIONES DE INSUMOS:
Para determinar el costo por metro cuadrado de rea techada de las viviendas de
albailera construidas en la provincia de Huancayo, se realiz varias cotizaciones de
diferentes empresas proveedoras de materiales para la construccin y se tom un
valor promedio que mostramos a continuacin.
P.U (s/)
20.50
54.00
56.00
60.00
90.00
50.00
29.50
70.00
46.50
27.00
17.00
4.50
7.00
13.00
4.50
4.50
4.50
45.00
630.00
630.00
1000.00
800.00
10.00
17.00
22.00
4.50
Materiales y Mtodos
Para la evaluacin tcnica dada a travs del comportamiento estructural de las
edificaciones para viviendas de albailera construidas en la provincia de Huancayo,
se us el programa computacional SAP2000 en su versin v14, mientras que para la
evaluacin econmica a travs de la determinacin del costo por metro cuadrado de
rea techada, se us el programa de computo CPOC en su versin v2011.
La metodologa aplicada para el clculo del costo por metro cuadrado de rea
techada de la construccin a nivel de casco, ser realizar un anlisis de costo unitario
considerando los rubros de materiales, mano de obra y equipos, por cada partida. El
monto presupuestado se dar a nivel de costo directo.
IV.
Resultados
MODELO 1: Vivienda de 3 pisos:
Sistema estructural hbrido:
Piso
Drift(%) - Calculado
Drift(%) - Lmite
OBSERVACIONES
0.21
0.7
Cumple!
0.19
0.7
Cumple!
0.15
0.7
Cumple!
Drift(%) - Calculado
Drift(%) - Lmite
OBSERVACIONES
0.13
0.5
Cumple!
0.12
0.5
Cumple!
0.09
0.5
Cumple!
Drift(%) - Calculado
Drift(%) - Lmite
OBSERVACIONES
0.42
0.7
Cumple!
0.31
0.7
Cumple!
0.43
0.7
Cumple!
Drift(%) - Calculado
Drift(%) - Lmite
OBSERVACIONES
0.33
0.5
Cumple!
0.29
0.5
Cumple!
0.24
0.5
Cumple!
Drift(%) - Calculado
Drift(%) - Lmite
OBSERVACIONES
0.21
0.7
Cumple!
0.23
0.7
Cumple!
0.20
0.7
Cumple!
Drift(%) - Calculado
Drift(%) - Lmite
OBSERVACIONES
0.14
0.5
Cumple!
0.15
0.5
Cumple!
0.14
0.5
Cumple!
V.
Discusin
Para el modelo 1, con respecto al comportamiento estructural ambos sistemas
cumplen con el valor lmite de desplazamiento de entrepiso que exige la norma E030. Igualmente, se puede mencionar que ambos sistemas estructurales presentan
una adecuada rigidez lateral. La discusin radica en que el sistema hibrido usa
paneles o muros de albailera con unidades de fabricacin artesanal cuya
resistencia es estimada en fm=25kg/cm2, mientras que el sistema estructural con
Para el modelo 1, con respecto a la parte econmica, podemos decir que el sistema
estructural con muros de corte es ms econmico que el sistema estructural hibrido
en 31.76%.
Para el modelo 2, de la evaluacin estructural ambos sistemas cumplen con el Drift
reglamentario estipulado en la norma peruana E-030. Ambos sistemas son menos
rgidos que el modelo 2, por lo que sus periodos de vibracin aumentan bajando sus
frecuencias de vibracin ante el efecto de un eventual movimiento ssmico en la
zona.
Para el modelo 2, podemos mencionar que el sistema estructural con muros de corte
es ms econmico que el sistema estructural hibrido en 41.49%.
Para el modelo 3, ambos sistemas cumplen con el lmite de la distorsin angular de
entre piso que contempla la norma sismorresistente NTE E-030. Ambos sistemas
presentan una adecuada rigidez lateral, pero eso no nos garantiza que presenten un
buen comportamiento ssmico, por lo que se hace necesario realizar estudios ms
rigurosos mediante anlisis no lineales.
Para el modelo 3, podemos mencionar que el sistema estructural con muros de corte
es ms econmico que el sistema estructural hibrido en 24.34%.
VI.
Conclusiones
6.1
6.2
6.3
6.4
VII.
Recomendaciones
7.1
7.2
7.3
Se recomienda realizar estudios para determinar las propiedades fsicomecnicas de los materiales de la regin como son los agregados, el hormign
(ripio) y las unidades de albailera de arcilla cocida de fabricacin artesanal,
entre otros.
VIII.
Referencias Bibliogrficas
1. Muos, A. (2009). Ingeniera Sismorresistente. Lima: PUCP.
2. Paz, M. (1993). Dinmica Estructural. Kentucky: REVERTE S.A.
3. Piqu J. (2008). Diseo Ssmico por Comportamiento Esperado. Lima: Fondo
Editorial ICG.
4. SANTANA, R. (2009), Anlisis y Diseo Ssmico Esttico y Dinmico Edificios de
Albailera Confinada. 1ra. Ed. 233p.
5. SENCICO. Reglamento Nacional de Edificaciones. Norma Tcnica de Edificacin
NTE E-020 Norma de Cargas.
6. ENCICO. Reglamento Nacional de Edificaciones. Norma Tcnica de Edificacin
NTE E-030 (2003), Diseo Sismorresistente.
7. ENCICO. Reglamento Nacional de Edificaciones. Norma Tcnica de Edificacin
NTE E-070, Albailera.
8. AGUAR, R. (2003), Anlisis Ssmico por Desempeo, Ecuador Editorial Centro de
Investigaciones Cientficas (CEINCI) Escuela Politcnica del Ejercito Valle de los
chillos, 1ra. Ed. 323p.
9. AGUIRRE, G. (2004), Evaluacin de las Caractersticas Estructurales de la
Albailera producida con unidades fabricadas en la Regin Central Junn, Tesis de
Maestra Pontificia Universidad Catlica del Per, 312p.
10. SAN BARTOLOME, A. (1998), Construcciones de Albailera Comportamiento
Ssmico y Diseo Estructural, PUCP, 1ra. Ed. 215p.
IX.
Anexos
Planta 1 Piso
Planta 2 y 3 Pisos
Planta 1 Piso
Planta 2 y 3 Pisos
Planta 1 Piso
Planta 2 y 3 Piso