UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

Lauréate International UniversitiesⓇ

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

SISTEMA ESTRUCTURAL DE CONCRETO ARMADO

CURSO: ESTRUCTURAS Y CARGAS

CLASE: 10021343.

PROFESOR: PINTO BARRANTES RAUL.

ALUMNO: HURTADO ZELADA ANIBAL.

MAYO 2014

LIMA – PERU

TERMINOLOGÍA

Concreto del recubrimiento: Es el concreto localizado por fuera del refuerzo

transversal del confinamiento.

Columna: Elemento estructural (vertical), cuya solicitud principal es la carga

axial de compresión, acompañada o no de momentos flectores, torsión o

esfuerzos cortantes.

Las dimensiones mínimas de las columnas de la estructura principal según la

nsr 98 son de un diámetro mínimo de 0.25 m para secciones circulares y una

dimensión mayor a 0.20 m con área de 0.06 m3 para columnas con área

rectangular.

Concreto: Mezcla homogénea de material cementante, agregados inertes

yagua, con o sin aditivos.

Concreto ciclópeo: Mezcla de concreto simple y agregado grueso

seleccionado con tamaños entre los 150 y 300 mm, utilizada para la

construcción de elementos estructurales que trabajan predominantemente a

compresión.

Concreto de peso normal: Se entiende por concreto de peso normal aquel en

el cual se han utilizado agregados inertes cuya masa específica es mayor que

1840kg/m3.

Estribo de confinamiento: Es un estribo rectangular cerrado, de barra de

diámetro al menos no. 3.

Curado: Proceso mediante el cual el concreto endurece y adquiere resistencia,

una vez colocado en su posición final.

Diafragmas estructurales: Son conjuntos de elementos estructurales, tales

como las losas de entrepiso o de cubierta, que transmiten las fuerzas inerciales

a los elementos del sistema de resistencia sísmica.

Encofrados y formaletas: Moldes con la forma y las dimensiones de los

elementos estructurales, en los cuales se coloca el refuerzo y se vierte el

concreto fresco.

Junta de construcción: Interrupción de la colocación del concreto, ya sea temporal, de construcción, o permanente.

Junta de expansión: Separación entre porciones adyacentes de la estructura de concreto, localizada en un lugar establecido momentos y fuerzas axiales inducidas por cargas verticales y horizontales. un muro de cortante es un muro estructural.

Nudo: es la porción de columna limitada por las superficies superiores e inferiores de las vigas que llegan a ella.

Pórtico: Conjunto estructural constituido por vigas y columnas unidas rígidamente.

Prefabricado: Elemento de concreto, con o sin esfuerzo, que se construye en un lugar diferente al de su posición final dentro de la estructura.

Refuerzo: Acero en una de las tres formas siguientes, colocado para absorber esfuerzos de tracción, de compresión, de corte o de torsión en conjunto con el concreto:

a. Grupo de barras de acero corrugado que cumple las normas NTC 2289 (A5TM A706) o NTC 248 (ASTM A615). O barras lisas que cumplen la norma NTC 161 (ASTM A615), de forma rectas, dobladas, con o sin ganchos, o en forma de estribos.

b. Malla electrosoldada. c. Alambres o cables de alta resistencia destinados principalmente al

concreto preesforzado.

Losa: Elemento estructural horizontal, o aproximadamente horizontal, macizo o con nervaduras, que trabaja en una o dos direcciones, de espesor pequeño en relación con sus otras dos dimensiones.

Muro: Elemento cuyo espesor es mucho menor en relación con sus otras dos dimensiones, usualmente vertical, utilizado para delimitar espacios.

Muro estructural: Son muros que se dimensionan y diseñan para que resistan la combinación de fuerzas cortantes.

Viga: Elemento estructural, horizontal o aproximadamente horizontal, cuya dimensión longitudinal es mayor que las otras dos y su solicitación principal es el momento flector, acompañado o no de cargas axiales, fuerzas cortantes y torsiones.

Vigueta o nervadura: Elemento estructural que forma parte de una losa nervada, el cual trabaja principalmente a flexión.

SISTEMAS ESTRUCTURALES

Los sistemas estructurales se clasificarán según los materiales usados y el

sistema de estructuración sismorresistente predominante en cada dirección.

Según la clasificación que se haga de una edificación se usará un coeficiente

de reducción de fuerza sísmica (R). Para el diseño por resistencia última las

fuerzas sísmicas internas deben combinarse con factores de carga unitarios.

En caso contrario podrá usarse como (R) los valores establecidos previa

multiplicación por el factor de carga de sismo correspondiente. (ver Tabla No 6).

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, estos 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. Para construcciones de tierra referirse a la NTE

E.080 Adobe. Este tipo de construcciones no se recomienda en suelos S3, ni

se permite en suelos S4.También debemos de mencionar la configuración

estructural de los diferentes sistemas estructurales.

CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL

Las estructuras deben ser clasificadas como regulares o irregulares con el fin

de determinar el procedimiento adecuado de análisis y los valores apropiados

del factor de reducción de fuerza sísmica (Tabla N° 6).

a. Estructuras Regulares. Son las que no tienen discontinuidades

significativas horizontales o verticales en su configuración resistente a cargas

laterales.

b. Estructuras Irregulares. Se definen como estructuras irregulares aquellas

que presentan una o más de las características indicadas en la Tabla N°4 o

Tabla N° 5.

Tabla N° 4

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

Irregularidades de Rigidez – Piso blando En cada dirección la suma de las áreas de las secciones transversales de los elementos verticales resistentes al corte en un entrepiso, columnas y muros, es menor que 85 % de la correspondiente suma para el entrepiso superior, o es menor que 90 % del promedio para los 3 pisos superiores. No es aplicable en sótanos. Para pisos de altura diferente multiplicar los valores anteriores por (hi/hd) donde hd es altura diferente de piso y hi es la altura típica de piso.

Irregularidad de Masa Se considera que existe irregularidad de masa, cuando la masa de un piso es mayor que el 150% de la masa de un piso adyacente. No es aplicable en azoteas

Irregularidad Geométrica Vertical La dimensión en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 130% de la correspondiente dimensión en un piso adyacente. No es aplicable en azoteas ni en sótanos Discontinuidad en los Sistemas Resistentes. Desalineamiento de elementos verticales, tanto por un cambio de orientación, como por un desplazamiento de magnitud mayor que la dimensión del elemento.

Tabla N° 5

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA

Irregularidad Torsional

Se considerará sólo en edificios con diafragmas rígidos en los que el desplazamiento promedio de algún entrepiso exceda del 50% del máximo permisible indicado en la Tabla N°8 del Artículo 15 (15.1).

En cualquiera de las direcciones de análisis, el desplazamiento relativo máximo entre dos pisos consecutivos, en un extremo del edificio, es mayor que 1,3 veces el promedio de este desplazamiento relativo máximo con el desplazamiento relativo que simultáneamente se obtiene en el extremo opuesto.

Esquinas Entrantes

La configuración en planta y el sistema resistente de la estructura, tienen esquinas entrantes, cuyas dimensiones en ambas direcciones, son mayores que el 20 % de la correspondiente dimensión total en planta. Discontinuidad del Diafragma

Diafragma con discontinuidades abruptas o variaciones en rigidez, incluyendo áreas abiertas mayores a 50% del área bruta del diafragma.

SISTEMAS ESTRUCTURALES DE CONCRETO ARMADO

TIPOLOGIA

En las normas suelen distinguirse cuatro tipologías estructurales de concreto

armado, en función de los elementos del sistema resistente a sismos. Estas

son las siguientes:

Tipo I

Estructuras capaces de resistir la totalidad de las acciones sísmicas mediante

deformaciones debidas esencialmente a la flexión de sus miembros

estructurales, tales como los sistemas estructurales constituídos principalmente

por pórticos.

Tipo II

Estructuras constituídas por pórticos y muros estructurales de concreto armado

o pórticos diagonalizados, cuya acción conjunta sea capaz de resistir la

totalidad de las fuerzas sísmicas. Los pórticos por si sólos deben estar en

capacidad de resistir por lo menos el 25% de esas fuerzas.

Tipo III

Estructuras capaces de resistir la totalidad de las acciones sísmicas mediante

pórticos diagonalizados o muros estructurales de concreto armado, que

soportan la totalidad de las cargas permanentes y variables. Los últimos son

los sistemas comúnmente denominados apantallados o de muros estructurales.

Se consideran igualmente dentro de este grupo las estructuras Tipo II cuyos

pórticos no sean capaces de resistir por sí sólos el 25% de las fuerzas sísmicas

totales, pero sí contribuyan a resistir las cargas gravitacionales.

Tipo IV

Estructuras sustentadas por una sola columna. Estructuras que no posean

diafragmas con la rigidez y resistencia necesaria para distribuir eficazmente las

fuerzas sísmicas entre los diversos miembros verticales.

Todos los tipos de estructuras, con excepción del Tipo IV, deberán poseer

suficientes diafragmas para distribuir eficazmente las acciones sísmicas entre

los diferentes miembros del sistema resistente a sismos.

SISTEMA ESTRUCTURAL DE CONCRETO ARMADO

SISTEMA APORTICADO SISTEMA DUAL

SISTEMA DE MUROS ESTRUCTURALES SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA

SISTEMA APORTICADO

¿Hasta cuantos pisos se puede construir en el Sistema Aporticado?

Podría ser hasta unos 8 pisos, El sistema porticado tiene la ventaja al

permitir ejecutar todas las modificaciones que se quieran al interior de la

vivienda, ya que en ciertos muros, al no soportar peso, tienen la posibilidad de

moverse.

•El sistema porticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y que

implica el uso del ladrillo. El ladrillo es un materia que aísla más el ruido de un

espacio a otro.

• El sistema porticado por la utilización muros de ladrillo y éstos por ser estos

huecos y tener una especie de cámara de aire, el calor que trasmiten al interior

de la vivienda es mucho poco.

•Gran libertad en la distribución de los espacios internos del edificio.

•Son estructuras muy flexibles que atraen pequeñas solicitaciones sísmicas.

•Disipan grandes cantidades de energía gracias a la ductilidad que poseen los

elementos y la gran hiperestaticidad del sistema.

SISTEMA APORTICADO

SISTEMA DUAL

¿Hasta cuantos pisos de puede construir en el sistema dual?

Hasta unos 20 pisos si se construye más se hace un sobredimensionamiento.

Es un sistema mixto de pórticos reforzados por muros de carga o diagonales de

arriostramiento. En este sistema los muros tienden a tomar una mayor

proporción de los esfuerzos en los niveles inferiores, mientras que los pórticos

pueden disipar energía en los niveles superiores.

Figura 1 _ Distintos sistemas duales.

Es muy común, sobretodo en la vieja práctica, que cuando se diseñan

estructuras duales se supone que los muros resisten todas las fuerzas

laterales y el sistema aporticado todas las gravitacionales. Esta suposición

arroja un error despreciable en estructuras de alturas moderadas,

aproximadamente 20 pisos, pero para edificios de alturas mayores se incurre a

un sobredimensionamiento de la estructura, ya que se desperdicia buena parte

de la resistencia de ambos sistemas. Aunque la Norma COVENIN 1753-2001

en el subcapítulo 6.3 especifica que para estructuras duales, el pórtico debe

resistir al menos el 25% de las cargas laterales.

El problema que posee este sistema estructural es que hay que ser muy

cuidadoso en cuanto a la configuración de los elementos rígidos, ya que tienen

una extrema diferencia de rigidez comparado a los pórticos y esto puede

causar concentraciones excesivas de esfuerzos en algunas zonas del edificio y

una mala distribución de cargas hacia las fundaciones.

DUCTILIDAD LIMITADO

Hasta cuantos pisos se puede construir con el sistema de ductilidad limitada

El máximo número de pisos que se puede construir con este sistema es de 7.

Entre sus principales características arquitectónicas tenemos que son edificaciones de poca

altura (entre 5 y 7 pisos) con pisos típicos con el fin de optimizar el proceso constructivo y

todos los muros son portantes. Por otro lado, entre sus desventajas, se han registro por

parte de sus usuarios problemas térmicos y acústicos.

Los EMDL se caracterizan por tener un sistema estructural donde la resistencia

sísmica y de cargas de gravedad en las dos direcciones está dada por muros

de concreto armado que no pueden desarrollar desplazamientos inelásticos

importantes. En este sistema los muros son de espesores reducidos, se

prescinde de extremos confinados y el refuerzo vertical se dispone en una sola

hilera. Los sistemas de piso son losas macizas o aligeradas que cumplen la

función de diafragma rígido.

MUROS DE CONCRETO ARMADO

¿Hasta cuantos pisos se puede construir?

Este sistema funciona eficientemente hasta los 6 pisos por edificación lo cual puede construirse 6 niveles más con sistema de ductilidad limitada

Son muros de concreto armado o placas, estas reciben las cargas verticales

que actúan en la edificación; trabajan principalmente a compresión además de

resistir cargas horizontales paralelas a su plano. Este tipo de sistema ofrece

una gran rigidez debido a las placas, dado que su mayor dimensión en una

dirección ofrece una gran resistencia y rigidez lateral ante movimientos

laterales. De este modo, distribuyendo adecuadamente un conjunto de placas.

INTERACCIÓN TABIQUE PÓRTICO. Esto se presenta tanto en Consultorios A como en Consultorios B. Este problema genera un cambio total en la rigidez del pórtico, incrementándola; por lo tanto, puede conducir a un aumento de las fuerzas sísmicas en el edificio al disminuir su periodo natural de vibración. Dicha interacción puede generar los siguientes problemas: 1) Torsión en el edificio que ocurre cuando los tabiques están mal distribuidos en la planta del edificio como es el caso de edificio en esquinas con doble fachada 2) Concentración de esfuerzos en las esquinas del pórtico, lo que puede causar la falla del nudo. 3) Fractura diagonal del tabique al no estar diseñado por corte si no por ser sólo de relleno y podría desplomarse por las fuerzas perpendiculares a su plano que se presenten. 4) Piso blando que se presenta cuando los pisos inferiores están libres de tabiquería mientras que los superiores no. 5) Columnas cortas, donde el tabique restringe el libre desplazamiento lateral de la columna.

GOLPETEO.

Con frecuencia los edificios son construidos hasta las líneas de límite de

propiedad con el fin de hacer el máximo uso del espacio y así muchos edificios

se diseñan y construyen como si no existieran edificios adyacentes.

Esto sucede con muchos edificios en Lima donde a veces las paredes

de unos son aprovechadas como paredes de otro edificio adyacente. El

golpeteo de edificios puede alterar la respuesta dinámica de ambos edificios, y

fuerzas inerciales adicionales de impacto son añadidas a ambas estructuras. Si

los edificios tienen la misma altura y los pisos están alineados, aquellos

mostrarán un comportamiento dinámico similar.

Si en el golpeteo de edificios los pisos impactan a otros pisos los daños

debido al golpeteo será limitado a los elementos no estructurales. Cuando los

pisos de edificios adyacentes están a diferentes niveles, los pisos impactarán

las columnas de los edificios adyacentes y pueden causar un daño estructural.

SISTEMA APORTICADO

SISTEMA APORTICADO CON MUROS DE RELLENO

SISTEMA APORTICADO CON MUROS

ESTRUCTURALES

SISTEMA APORTICADO DE

SOLO MUROS ESTRUCTURALES

DE MUROS ESTRUCTURALES Y

PORTICOS

EDIFICIO CON LOSAS SIN VIGAS

NORMA TÉCNICA.060 CONCRETO ARMADO. REQUISITOS GENERALES.1

ALCANCE

Esta Norma fija los requisitos y exigencias mínimas para el análisis, diseño,

materiales, construcción, control de calidad e inspección de estructuras de

concreto simple o armado. Los planos y las especificaciones técnicas del

proyecto estructural deberán cumplir con esta Norma. Si existiese discrepancia

tiene prioridad esta norma.

1.2 LIMITACIONES

Esta Norma podrá ser aplicada al diseño y construcción de estructuras pre-

fabricadas y/o estructuras especiales

1.3 PROYECTO, EJECUCIÓN E INSPECCIÓN DE LAOBRA

1.3.1 REQUISITOS GENERALES

deberán ser realizadas por personal profesional y técnico Calificado. deberán

llevar la firma de un Ingeniero Civil Colegiado La construcción deberá ser

ejecutadae inspeccionada por ingenieros civiles colegiados

1.3.2 PROYECTO

De acuerdo a los Criterios de estructuración indicados en la Norma E-030 La

determinación de las cargas actuantes se hará de acuerdo a lo Indicado en la

Normas Técnicas de Edificación E. 020 El Ingeniero Proyectista podrá elegir los

procedimientos de análisis. Los planos del proyecto estructural deberán

contener información detallada y completa de las dimensiones, ubicación,

refuerzos y juntas de los diversos elementos estructurales.

Los planos serán archivados

1.3.3 EJECUCIÓN DE LA OBRA

el Constructor designará al Ingeniero Civil Colegiado. El Constructor ejecutará

los trabajos requeridos en la obra.

Cuando se requiera autorización previa de la inspección el Ingeniero Residente

comunicará al Inspector con 48 horas de anticipación.

Las ocurrencias técnicas de la obra se llevarán en un Registro Anexo al

Cuaderno de Obra. se mantendrá un registro completo de las temperaturas y

de la protección que se dé al concreto mientras se realiza el curado. El Registro

y el Cuaderno de Obra formarán parte de los documentos entregados al

propietario con el Acta de Recepción de la Obra.

EN EL PERU E SIMPORTANTE APLICAR SISTEMAS ESTRUCTURALES DE

MUROS

(Dr. Genner Villarreal Castro Profesor Principal e Investigador de la FIA-USMP. Premio Nacional ANR. Miembro

del Comité Científico de Ingeniería Estructural de Sudamérica.)

El tema de las construcciones antisísmicas tiene mucha importancia en nuestro

país debido a su geografía. Hoy conoceremos el sistema estructural de muros

de concreto armado, que es una forma de construcción muy usado por los

ingenieros civiles para evitar derrumbes por sismos.

En nuestra ciudad hay muchos edificios construidos de esa forma. Es decir,

placas con acero corrugado en los primeros pisos y luego se continúa con

muros de ductilidad limitada, algo regulado por la norma debido a su

comportamiento antisísmico.

El sistema estructural está compuesto por muros o placas de concreto armado

de 10 o 12cms de espesor, los cuales están unidos a la losa y todo el conjunto

con la cimentación, la cual suele ser generalmente una platea. Este tipo de

sistema estructural reduce notablemente los desplazamientos laterales

producto del sismo.

Pero hay que tener algunas consideraciones especiales en caso de sismos

severos como los que están ocurriendo en nuestro país. Muchos investigadores

han propuesto reforzar la malla electrosoldada utilizada en el muro con acero

corrugado en los extremos del muro, con la finalidad de reducir la

concentración de esfuerzos, que es común en este tipo de construcciones.

EDIFICIOS EN LIMA

1 Torre Rimac San Isidro Lima 208 m 55 2016

2 Cuartel San Martin TORRE 1 Miraflores Lima 202 m - 2019

3 Cuartel San Martin TORRE 2 Miraflores Lima 179 m - 2019

4 Cuartel San Martin TORRE 3 Miraflores Lima 167 m - 2019

5 Cuartel San Martin TORRE 4 Miraflores Lima 160 m - 2019

6 Cuartel San Martin TORRE 5 Miraflores Lima 146 m - 2019

7 Torre Hito Cultural San Borja Lima 138 m 30 2015

8 Torre BBVA Continental 2 San Isidro Lima 137 m 19 1980

9 Cuartel San Martin TORRE 6 Miraflores Lima 136 m - 2019

10 Torre Interseguro San Isidro Lima 135 m 32 2016

11 Torre Begonias San Isidro Lima 120 m 26 2013

12 The Westin Lima Hotel & Convention Center 3 San Isidro Lima 120 m 30 2011

13 Cuartel San Martin TORRE 7 Miraflores Lima 118 m - 2019

14 Torre Centro Cívico 4 Cercado de Lima Lima 109 m 33 1977

15 Torre Barlovento San Isidro Lima 107 m 32 2015

16 Torre Chocavento San Isidro Lima 107 m 25 2001

17 Lima Central Tower Santiago de Surco Lima 98 m 25 2015

18 JW Marriott Hotel Lima Miraflores Lima 92 m 24 2000

19 Torre Parque Mar Miraflores Lima 92 m 24 2000

20 Edificio Capital San Isidro Lima 91 m 23 2009

21 Centro Empresarial Javier Prado 456 San Isidro Lima 90 m 27 2015

22 Torre Orquídeas San Isidro Lima 90 m 27 2015

23 Torre Alto Caral San Isidro Lima 89.2 m 21 2009

24 Edificio Scotiabank San Isidro Lima 89 m 21 2000

25 Edificio Lux Lince Lima 88 m 33 2016

26 Edificio Interbank La Victoria Lima 88 m 20 2001

27 City Center Quimera Torre 1 Cerro Colorado Arequipa 87 m 21 2014

28 Edificio Altavista San Isidro Lima 87 m 22 2012

29 Edificio Javier Alzamora Valdez Cercado de Lima Lima 87 m 23 1956

29 Capital El Derby Santiago de Surco Lima 86.5 m 22 2013

30 Torre Trecca Jesús María Lima 86 m 23 5

31 Torre Wiese San Isidro Lima 85 m 19 2001

32 Edificio La Colmena Cercado de Lima Lima 84 m 23

33 City Center Quimera Torre 2 Cerro Colorado Arequipa 83 m 20 2013

34 Beyond - Edificio High Santiago de Surco Lima 83 m 29 2013

35 Golf Millenium Condominios - Torre II San Isidro Lima 83 m 28 2009

36 Edificio Petroperú San Isidro Lima 82 m 22 1973

37 Ministerio de la Producción del Perú San Isidro Lima 80 m 18 1971

38 Aurelio Miró Quesada 158 San Isidro Lima 78 m 25

39 Plaza República San Isidro Lima 77 m 19 2010

40 Hotel Estelar Miraflores Miraflores Lima 76 m 20 1991

41 Pacífico Seguros San Isidro Lima 76 m 18 1978