Investigación Sistemas Híbridos PDF
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FIC -UNCP
SISTEMAS ESTRUCTURALES
HÍBRIDOS
HUANCAYO – PERÚ
2013
AGRADECIMIENTO
Resumen
I. Introducción
2.1.1 Generalidades
IV. Resultados
V. Discusión
VI. Conclusiones
VII. Recomendaciones
IX. Anexos
Resumen
Una edificación para vivienda con una estructuración sismorresistente netamente con
muros confinados es denominada por la norma E-030 como sistema estructural con
muros de corte. Con un correcto diseño y una óptima construcción este sistema
estructural es muy económico y de gran resistencia al sismo, por lo que se ha ganado
la denominación de construcciones de material noble.
Según el censo del 2007 del INEI, el 51.17% de las viviendas de la provincia de
Huancayo, presenta como material predominante la albañilería. La mayoría de estas
viviendas fueron construidas sin un asesoramiento técnico por un profesional
especialista Arquitecto o Ingeniero Civil, por el contrario fueron encomendados a
capataces o maestros de obra aficionados que construyeron de forma empírica, con
el riesgo de presentar un comportamiento deficiente y vulnerable ante una amenaza
sísmica latente en nuestra región.
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 híbrido no está normado por el reglamento
nacional de edificaciones, por lo que su estudio e investigación al respecto debe
tomarse en consideración a fin de encontrar y proponer parámetros de exigencias
mínimas desde el punto de vista de su comportamiento estructural sísmico y desde el
punto de vista de su optimización de recursos y por consiguiente económicos.
2.1.1 Generalidades
Albañilería confinada:
Dónde:
Longitud mínima de muros (m)
Área en planta (m²)
Número de pisos
- Para una edificación de uno o dos pisos, un criterio para un diseño simplificado es
considerar:
Dónde:
Longitud mínima de muros (m)
= Área construida (m²)
Modelos estructurales:
1. CARGA MUERTA
MATERIALES:
Se considerará el peso real de los materiales que conforman y de los que
deberá soportar la edificación, calculados en base a los pesos unitarios que
aparecen en el cuadro que se muestra a continuación, pudiéndose usar
pesos unitarios menores cuando se justifique debidamente.
El peso real se podrá determinar por medio de análisis o usando los datos
indicados en los diseños y catalogas de los fabricantes.
PESOS UNITARIOS
ITEM MATERIALES PESO
3
(kg/m )
1 Aislamientos de:
- Fibra de vidrio 300
- Corcho 200
- Poliuretano Poliestireno 200
- Fibrocemento 600
2 Albañilería de:
- Adobe 1600
- Unidades de albañilería solidas 1800
- Unidades de albañilería huecas 1350
11 Metales:
- Acero 7850
- Hierro dulce 7800
- Fundición 7250
- Aluminio 2750
- Plomo 11400
- Cobre 8900
- Bronce 8500
- Zinc 69020
- Estaño 742020
- Latón 8500
- Mercurio 13600
- Níquel 9000
12 Otros:
- Acrílicos 1200
- Vidrios 2500
- Concreto asfaltico 2400
- Losetas 2400
- Teja artesanal 1600
- Teja industrial 1800
- Cartón bituminoso 600
- Ladrillo pastelero 1600
- Asbesto - cemento 2500
TABIQUES
Se considerara el peso de todos los tabiques, usando los pesos reales en las
ubicaciones que indican los planos.
Cuando no se conozcan la distribución de tabiques, obligatoriamente se usara las
cargas mínimas repartidas equivalentes que se muestran en el cuadro siguiente,
las que serán añadidas a la carga muerta.
Además de las cargas muertas, cargas sísmicas, debido al sismo y otras que se
apliquen, se diseñara la edificación tomando en cuenta cargas vivas repartidas,
cargas vivas concentradas, o combinaciones simultáneas de cargas repartidas y
concentradas según las que produzcan un mayor esfuerzo.
Oficinas 250
- Exceptuando salas de archivo y computación
- Salas de archivo 500
- Salas de computación 350
- Corredores y escaleras 400
Teatros
- Vestidores 200
- Cuarto de proyección 500
- Escenario 750
- Zonas publicas 750
Tiendas
- Ambientes 500
- Corredores y escaleras 500
Viviendas
- Habitación 200
- Corredores y escaleras 200
P = PCM + % PCV
V = ZUSC . P
R
En donde:
V = Fuerza Cortante en la Base de la Estructura
Z = Factor de Zona
U = Factor de Uso e Importancia
S = Factor de Suelo
C = Coeficiente de Amplificación Sísmica
R = Coeficiente de Reducción de Solicitaciones Sísmicas
P = Peso Total de la Edificación
Zona 2
1. Departamento de Loreto. Provincias de Loreto, Alto Amazonas y Ucayali .
2. Departamento de Amazonas. Todas las provincias.
3. Departamento de San Martín. Todas las provincias.
4. Departamento de Huánuco. Todas las provincias.
5. Departamento de Ucayali. Provincias de Coronel Portillo, Atalaya y Padre Abad.
6. Departamento de Pasco. Todas las provincias.
7. Departamento de Junín. Todas las provincias.
8. Departamento de Huancavelica. Provincias de Acobamba, Angaraes,
Churcampa, Tayacaja y Huancavelica.
9. Departamento de Ayacucho. Provincias de Sucre, Huamanga, Huanta y
Vilcashuamán.
10. Departamento de Apurimac. Todas las provincias.
11. Departamento de Cusco. Todas las provincias.
12. Departamento de Madre de Dios. Provincias de Tambopata y Manú.
13. Departamento de Puno. Todas las provinc ias.
FACTOR DE USO E IMPORTANCIA (U)
Cada estructura debe ser clasificada de acuerdo a las categorías indicadas
en la siguiente tabla; según la clasificación que se haga se usará el
coeficiente de uso e importancia U.
PARAMETROS DE SUELO
TIPO DESCRIPCION Tp S
(Seg)
S1 Roca o suelo muy rígidos 0.4 1.0
S2 Suelos intermedios 0.6 1.2
S3 Suelos flexibles o con estratos
de gran espesor 0.9 1.4
S4 Condiciones excepcionales (*) (*)
(*) Los valores de Tp y S para este caso serán establecidos
por el especialista, pero en ningún caso serán menores
que los especificados para el perfil tipo S3.
En los sitios donde las propiedades del suelo sean poco conocidas se podrán
usar los valores correspondientes al perfil tipo S3. Solo será necesario
considerar un perfil tipo S4 cuando los estudios Geotécnicos así lo
determinen.
C = 2.5 Tp , C 2.5
T
En donde:
Tp = Período de vibración del suelo (Tabla anterior)
T = Período fundamental de la estructura
El período fundamental para cada dirección se estimará con la siguiente
expresión:
T = hn
CT
En donde:
hn = Altura total de la edificación en metros.
CT = 35 Para edificios cuyos elementos resistentes en la dirección
considerada sean únicamente pórticos.
CT = 45 Para edificios de concreto armado cuyos elementos
sismorresistentes sean pórticos y las cajas de ascensores y
escaleras.
CT = 60 Para estructuras de mampostería y para todos los edificios de
concreto armado cuyos elementos sismorresistentes sean
fundamentalmente muros de corte.
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, éstos 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 las fuerzas obtenidas del análisis según Artículo 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 alta 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 la estructura. No se aplican a estructuras
tipo péndulo invertido.
(**) Para estructuras irregulares, los valores de R deben ser tomados como ¾
de los anotados en la Tabla.
Fi = Pi hi . V
Pj hj
En donde:
Fi = Fuerza sísmica en el nivel i
Pi = Peso del nivel i
hi = Altura del nivel i, con respecto al nivel del terreno.
V = Cortante basal en la base del edificio
4. ANÁLISIS DINÁMICO
Para edificaciones convencionales podrá usarse el procedimiento de
superposición espectral; y para edificaciones especiales deberá usarse un
análisis tiempo-historia.
A. Aceleración Espectral
B. Criterios de Superposición
m m
r 0.25 ri 0.75 r i
2
i 1 i 1
A. Cálculo de excentricidades
Dónde:
Vi = Fuerza cortante del piso “i”.
K xi 2 K yi 2
J Y X
E E
x = x – xCR y = y - yCR
Dónde:
J = Momento polar de inercia.
x, y = Ubicación del muro respecto a un sistema de referencia.
El costo por metro cuadrado de área techada, se dará en moneda nacional (soles) y
su equivalente en moneda extranjera (dólar) con unidad de cambio a abril del 2012.
Se dará un valor para el primer piso únicamente (debido a que contiene el costo de la
cimentación) y para un nivel típico que corresponde a los demás pisos incluido el
techo. No se tomará en cuenta el costo de depreciación de la vivienda por la
antigüedad.
COTIZACIONES DE INSUMOS:
Para determinar el costo por metro cuadrado de área techada de las viviendas de
albañilería construidas en la provincia de Huancayo, se realizó varias cotizaciones de
diferentes empresas proveedoras de materiales para la construcción y se tomó un
valor promedio que mostramos a continuación.
COTIZACION DE INSUMOS DE CONSTRUCCION
Al 30 de abril del 2012.
DESCRIPCION UND P.U (s/)
Cemento Andino bols 20.50
Piedra Chancada de 3/4 m3 54.00
Piedra Chancada 1/2 m3 56.00
Arena Gruesa m3 60.00
Arean Fina m3 90.00
Hormigon Confitillado m3 50.00
Fierro Corrugado 1/2" und 29.50
Fierro Corrugado 3/4" und 70.00
Fierro Corrugado 5/8" und 46.50
Fierro 12mm. und 27.00
Fierro Corrugado 3/8" und 17.00
Varillas Corrugadas 4.7mm x9m und 4.50
Varillas de 6mm. Temp. X 9mts. 1/4 und 7.00
Fierros 8mm und 13.00
Alambre de Amarre N° 16 kg 4.50
Alambre de Amarre N° 08 kg 4.50
Clavos 2", 21/2, 3", 4" kg 4.50
Piedra Grande para Cimiento m3 45.00
Panderetas Lizo LARK ciento 630.00
Panderetas Rayas LARK ciento 630.00
Caravista LARK ciento 1000.00
KING KONG LARK ciento 800.00
Tubos 2" und 10.00
Tubos 3" und 17.00
Tubos 4" und 22.00
Hoja de Sierra und 4.50
La metodología aplicada para el cálculo del costo por metro cuadrado de área
techada de la construcción a nivel de casco, será realizar un análisis de costo unitario
considerando los rubros de materiales, mano de obra y equipos, por cada partida. El
monto presupuestado se dará a nivel de costo directo.
IV. Resultados
V. Discusión
Para el modelo 1, con respecto a la parte económica, podemos decir que el sistema
estructural con muros de corte es más económico que el sistema estructural hibrido
en 31.76%.
Para el modelo 2, podemos mencionar que el sistema estructural con muros de corte
es más económico que el sistema estructural hibrido en 41.49%.
Para el modelo 3, podemos mencionar que el sistema estructural con muros de corte
es más económico que el sistema estructural hibrido en 24.34%.
VI. Conclusiones