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CAPÍTULO 7 REQUISITOS ESTRUCTURALES MÍNIMOS - PDF
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Ana Contreras Alvarado
1 s a la Nora E.070 ALBAÑILERIA CAPÍTULO 7 REQUISITOS ESTRUCTURALES MÍNIMOS Artículo 19. REQUISITOS GENERALES Esta Sección será aplicada tanto a los edificios copuestos por uros de albañilería arada coo confinada MURO PORTANTE a) Espesor Efectivo t. El espesor efectivo (ver 3.13) ínio será: h t 20 Para las Zonas Sísicas 2 y 3 (19.1a) h t 25 Para la Zona Sísica 1 Donde h es la altura libre entre los eleentos de arriostre horizontales o la altura efectiva de pandeo (ver 3.6). Las fórulas para deterinar el espesor efectivo t, tienen la función práctica de peritir la adecuada verticalidad del uro durante su construcción, evitando desploos (coo áxio se perite 1/500) coo el ostrado en la Fig.7.1. Otro objetivo que se pretende con las fórulas es disinuir la congestión de refuerzos que se produciría en uros uy delgados, en especial en aquellos ubicados en las zonas sísicas 2 y 3, garantizando de este odo un adecuado recubriiento del refuerzo y la atenuación de la probabilidad de que se foren cangrejeras en las colunas. En caso la albañilería presente una altura libre ( h en la Fig.7.2) uy elevada, puede agregarse una viga solera interedia para reducir h. Fig.7.1 Fig.7.2 b) Esfuerzo Axial Máxio. El esfuerzo axial áxio ( σ ) producido por la carga de gravedad áxia de servicio ( P ), incluyendo el 100% de sobrecarga, será inferior a: 77
2 s a la Nora E.070 ALBAÑILERIA 2 P h σ = 0,2 f 1 0,15 f L. t 35 t (19.1b) Donde L es la longitud total del uro (incluyendo el peralte de las colunas para el caso de los uros confinados). De no cuplirse esta expresión habrá que ejorar la calidad de la albañilería ( f ), auentar el espesor del uro, transforarlo en concreto arado, o ver la anera de reducir la agnitud de la carga axial P (*). (*) La carga axial actuante en un uro puede reducirse, por ejeplo, utilizando losas de techo acizas o aligeradas aradas en dos direcciones. La carga axial áxia acuulada (P) en cada uro, puede ser obtenida ediante un proceso de etrado por áreas tributarias. La fórula 19.1b previene fallas por pandeo en uros esbeltos sujetos a cargas verticales excesivas. El líite áxio del esfuerzo axial adisible (0.15 f ), previene la reducción de ductilidad cuando el uro está sujeto a cargas sísicas severas (ver el coentario al Artículo 14.4 y la Fig.6.6). En caso la albañilería sea reeplazada por una placa de concreto arado, puede eplearse la fórula 19.1b, reeplazando f por f c para verificar por carga axial al uro de concreto. Para el caso de uros arados, el valor de f puede increentarse enriqueciendo al grout y ejorando la calidad de los bloques. Esto deberá verificarse ediante ensayos de pilas, según se indica en el Capítulo 5. Para el caso de la albañilería confinada, el esfuerzo axial actuante sobre la albañilería puede evaluarse recurriendo al criterio de la sección transforada (transforando el área de concreto en área equivalente de albañilería a través de la relación de ódulos elásticos Ec/E), con lo cual, de increentarse el área de las colunas este esfuerzo disinuiría; sin ebargo, la relación P / (L t) de ninguna anera deberá exceder de 0.15 f. c) Aplastaiento. Cuando existan cargas de gravedad concentradas que actúen en el plano de la albañilería, el esfuerzo axial de servicio producido por dicha carga no deberá sobrepasar a 0,375 f. En estos casos, para deterinar el área de copresión se considerará un ancho efectivo igual al ancho sobre el cual actúa la carga concentrada ás dos veces el espesor efectivo del uro edido a cada lado de la carga concentrada. Los bordes libres de los uros arados (carentes de colunas de confinaiento y sin uros transversales, Fig.7.3), deben ser verificados por aplastaiento local producido por las 78
3 s a la Nora E.070 ALBAÑILERIA reacciones de las vigas dintel que concurran a ese extreo, considerando la carga tributaria proveniente de la losa y otras cargas directas existentes en los dinteles (peso propio, alféizar, etc.) correspondiente al nivel en análisis. Esta carga no debe acuularse, puesto que ella se distribuye, aproxiadaente a 45º, sobre la longitud del uro en los niveles inferiores. Para este caso puede suponerse que la reacción se concentra en un área de uro igual a t x 3t. Otra situación se uestra en la Fig.7.4, donde la reacción de la viga que llega transversalente a la albañilería, podría causarle una falla local por aplastaiento. Para este caso, si F es la reacción (no acuulada), entonces deberá cuplirse: F/(B t) 0.375f, donde B = 2t + b + 2t, en caso contrario habrá que auentar el espesor del uro, usar una albañilería de ayor calidad o adicionar una coluna de concreto arado. Fig.7.3.Área tributaria en un borde libre de un uro arado. Vista en planta. Fig ESTRUCTURACIÓN EN PLANTA a) Muros a Reforzar. En las Zonas Sísicas 2 y 3 (ver la NTE E.030 Diseño Sisorresistente) se reforzará cualquier uro portante (ver Artículo 17) que lleve el 10% ó ás de la fuerza sísica, y a los uros perietrales de cierre. En la Zona Sísica 1 se reforzarán coo ínio los uros perietrales de cierre. 79
4 s a la Nora E.070 ALBAÑILERIA Los uros portantes de carga sísica (arados o confinados), necesariaente deberán ser reforzados y adeás deberán cuplir con las especificaciones indicadas en los Artículos 19.1, 20 y 21. Los uros ubicados en el períetro de la edificación son iportantes porque proporcionan rigidez torsional al edificio. Un uro que absorba ás del 10% de la fuerza sísica es iportante, porque de agrietarse perdería gran parte de su rigidez lateral, haciendo trabajar en exceso al resto de uros. Por lo que esos uros deben ser reforzados. b) Densidad Mínia de Muros Reforzados. La densidad ínia de uros portantes (ver Artículo 17) a reforzar en cada dirección del edificio se obtendrá ediante la siguiente expresión: AreadeCortedelosMurosReforzados. t Z. U. S. N = L AreadelaPlantaTípica Ap 56 (19.2b) Donde: Z, U y S corresponden a los factores de zona sísica, iportancia y de suelo, respectivaente, especificados en la NTE E.030 Diseño Sisorresistente. N es el núero de pisos del edificio; L es la longitud total del uro (incluyendo colunas, sí existiesen); y, t es el espesor efectivo del uro De no cuplirse la expresión 19.2b, podrá cabiarse el espesor de algunos de los uros, o agregarse placas de concreto arado, en cuyo caso, para hacer uso de la fórula, deberá aplificarse el espesor real de la placa por la relación E c / E, donde E c y E son los ódulos de elasticidad del concreto y de la albañilería, respectivaente. La fórula 19.2b, debe eplearse tan solo con fines de prediensionaiento, para evitar situaciones de colapso total coo la ostrada en la Fig.6.16 o La verdadera densidad de uros portantes para soportar sisos severos se deterina con la fórula 26.4, la cual garantiza que los uros queden en un estado reparable después de un terreoto. Es decir, la fórula 19.2b funciona coo la cuantía ínia de refuerzo que debe tener una viga de concreto arado en flexión, la cual no exie de calcular la cuantía real a colocar. En la fórula 19.2b intervienen solo los uros reforzados con longitudes ayores que 1,2 (Artículo 17.c), no se considera, por ejeplo, las ochetas del closet que aparecen en el edificio de la Fig.7.5, donde se ha tenido que recurrir a la adición de una placa de concreto arado en la dirección horizontal, por la baja densidad de uros existente en esa dirección. Tapoco se considera aquellos uros que tengan una sola coluna (Fig.7.7), o que sean de albañilería parcialente rellena (Fig.7.14). 80
5 s a la Nora E.070 ALBAÑILERIA Fig.7.5 Planta de un edificio de albañilería confinada La fórula 19.2b proviene de igualar la fuerza cortante actuante en la base del edificio (V, según la Nora E.030), a la resistencia al corte proporcionada por los uros orientados en la dirección en análisis (Σ(v L t). Para esto se supuso: un peso proedio de la planta típica (de área Ap) igual a 800 kg/ 2, una resistencia a fuerza cortante proedio v = 3.7 kg/c 2 ( kg/ 2 ) en la albañilería; adeás, se aditió que el período de vibrar de estos edificios rígidos, cae en la zona plana del espectro sísico, donde C = 2,5, y que el factor de reducción de las fuerzas sísica (R) era igual a 3, según se indica en la Nora E.030 para sisos severos que actúan en edificios de albañilería reforzada. Con lo cual: Cortante actuante en la base: V = Z U S C P / R = Z U Sx2.5x(800 Ap N) / 3 Resistencia al corte proedio (en rotura): Σ (v L t) = v Σ (L t) = Σ (L t) Igualando la resistencia al cortante actuante se obtiene: Σ (L t)/ap = Z U S N / 56 De eplearse placas, en la fórula 19.2b se ultiplica el grosor real de la placa por Ec/E (relación de ódulos de elasticidad concreto-albañilería), en vista que la fórula fue deducida considerando la existencia sólo de uros de albañilería. Estas placas pueden tener discontinuidad vertical, transforándose en albañilería confinada o arada en los pisos altos, donde se requiere enor densidad de uros, pero no deben colocarse coo una prolongación horizontal de la albañilería, porque se forarían grietas verticales en esa unión, quedando la albañilería sin confinaiento. Fig.7.6 Correcto Incorrecto Cabe rearcar que una vez cuplida la fórula 19.2b, el resto de uros puede ser portante de carga vertical y carecer de confinaientos o de relleno total (uro arado parcialente relleno), puesto que ante los terreotos los desplazaientos laterales de los uros no reforzados se encontrarán controlados por los uros portantes de carga sísica (confinados o arados con relleno total), a través del diafraga rígido. 81
6 s a la Nora E.070 ALBAÑILERIA Existe la creencia de que la albañilería confinada presenta ucho ayor resistencia que la no confinada y hasta se proponen fórulas para deterinar la densidad de uros dependiendo si éste está o no confinado. Los experientos deuestran que el increento de resistencia proporcionado por los confinaientos es uy pequeño, y que ás bien éstos increentan la rigidez lateral reduciendo al período de vibrar de la edificación, tratando que ella se coporte coo un sólido rígido, con enor fuerza actuante que en un sistea ás flexible. Por esta razón, uchas viviendas confinadas soportaron terreotos sin daños, ientras que otras siilares pero no confinadas terinaron dañadas. La función de los confinaientos es evitar la pérdida de resistencia ediante el control del grado de deterioro de los uros. Artículo 20. ALBAÑILERIA CONFINADA Adicionalente a los requisitos especificados en 7.1, deberá cuplirse lo siguiente: 20.1 Se considerará coo uro portante confinado, aquél que cupla las siguientes condiciones: a) Que quede enarcado en sus cuatro lados por eleentos de concreto arado verticales (colunas) y horizontales (vigas soleras), aceptándose la cientación de concreto coo eleento de confinaiento horizontal para el caso de los uros ubicados en el prier piso. Es necesario que la albañilería se encuentre bordeada por eleentos de confinaiento, ya que las cargas sísicas actúan en los 2 sentidos del uro. Ha podido observarse (Fig.7.7), que cuando el uro presenta una sola coluna, el taaño de la grieta diagonal se torna incontrolable. Fig.7.7. Coportaiento sísico de Muros No Confinados. b) Que la distancia áxia centro a centro entre las colunas de confinaiento sea dos veces la distancia entre los eleentos horizontales de refuerzo y no ayor que 5. De cuplirse esta condición, así coo de eplearse el espesor ínio especificado en 19.1.a, la albañilería no necesitará ser diseñada ante acciones sísicas ortogonales a su plano, excepto cuando exista excentricidad de la carga vertical (ver el Capítulo 10). 82
7 s a la Nora E.070 ALBAÑILERIA Cuando la distancia entre las colunas excede de 2h (Fig.7.8), o 5, se pierde la acción de confinaiento en la parte central de la albañilería, h tornándose incontrolable el taaño de las grietas en esa región. Por otro lado, cuando se cuple lo especificado en 20.1.b, la albañilería tendrá un Fig.7.8 período de vibrar (ante acciones transversales) uy L < 2h reducido en coparación con el período predoinante de los sisos, alejándose de la condición de resonancia, por ello, no se requiere diseñarla ante esa acción. Cabe señalar que un uro cuadrado de 2,4 de lado, en aparejo de soga y confinado en sus 4 lados, tiene una frecuencia natural de vibrar ante acciones transversales del orden de 100Hz, ientras que la frecuencia predoinante de los sisos peruanos sobre suelo duro es del orden de 3Hz. c) Que se utilice unidades de acuerdo a lo especificado en el Artículo 5.3. Cuando se utiliza unidades huecas en los uros confinados (ver el coentario al Artículo 3.25 del Capítulo 2 y la Fig.1.12 del Capítulo 1), los sisos pueden originar probleas indeseables coo el de Piso Blando. Al triturarse los bloques de concreto vacíos, se pierde la resistencia a fuerza cortante y se flexibiliza fuerteente el prier piso, coo se uestra en la Fig.7.9 correspondiente al siso del Sur del 23 de junio del Este tipo de bloque debe ser epleado en las edificaciones de albañilería arada rellena con grout. Fig.7.9 Tacna, 2001 Piso Blando por trituración de bloques vacíos. d) Que todos los epales y anclajes de la aradura desarrollen plena capacidad a la tracción. (Ver NTE E.060 Concreto Arado y el Artículo 11.5). Un error uy frecuente en nuestro edio consiste en recortar las barras eliinando su zona de anclaje (Fig.7.10), lo cual no debe peritirse. Por otro lado, los epales deben hacerse fuera de la zona con ayor concentración de estribos (Fig.4.35 del Capítulo 4) a fin de evitar la congestión de refuerzo que es una de las causas por las que se foran cangrejeras. 83
8 s a la Nora E.070 ALBAÑILERIA Fig.7.10 e) Que los eleentos de confinaiento funcionen integralente con la albañilería. Ver Artículos 11.2 y Ver el coentario al Artículo 11.2 y las figuras 4.28 y 4.29 del Capítulo 4. f) Que se utilice en los eleentos de confinaiento, concreto con 2 f c 17,15MPa (175 kg / c ). Ver el coentario al Artículo 9.3 y la Fig.3.29 del Capítulo Se asuirá que el paño de albañilería siple (sin aradura interior) no soporta acciones de punzonaiento causadas por cargas concentradas. Ver Artículo El espesor ínio de las colunas y solera será igual al espesor efectivo del uro El peralte ínio de la viga solera será igual al espesor de la losa de techo. Aplicando el étodo de eleentos finitos en uros confinados sujetos a cargas verticales, ha podido observarse que los esfuerzos axiales en la albañilería varían uy poco cuando se increenta el peralte de la viga solera. Adicionalente, la solera no se diseña por fuerza cortante sísica ya que sobre ella existen uros superiores que elevan el área de corte vertical. Asiiso, la solera no se defora por flexión ni por corte por estar integrada a la albañilería, donde se acepta la hipótesis de Navier ( brazo rígido ). Por estas razones, las soleras no necesitan tener un peralte Fig.7.11 dintel solera 84
9 s a la Nora E.070 ALBAÑILERIA ayor que el de la losa de techo, en cabio las vigas dinteles requieren un peralte tal (Fig.7.11) que les perita soportar la flexión y la fuerza cortante respectiva El peralte ínio de la coluna de confinaiento será de 15 c. En el caso que se discontinúen las vigas soleras, por la presencia de ductos en la losa del techo o porque el uro llega a un líite de propiedad, el peralte ínio de la coluna de confinaiento respectiva deberá ser suficiente coo para peritir el anclaje de la parte recta del refuerzo longitudinal existente en la viga solera ás el recubriiento respectivo (ver Artículo 11.10). De acuerdo a la Nora de Concreto Arado vigente E.060, la longitud (Ldg) de la parte recta del anclaje correspondiente al refuerzo longitudinal de la solera, se calcula con las expresiones indicadas en la Fig.7.12, las cuales uchas veces deterinan el peralte de la coluna respectiva. Este refuerzo debe doblarse 90º en una extensión igual a 12 veces el diáetro de la barra (Db) y no debe ser recortado coo se uestra en la Fig Fig.7.12 Falla por anclaje en un experiento 20.6 Cuando se utilice refuerzo horizontal en los uros confinados, las varillas de refuerzo penetrarán en las colunas de confinaiento por lo enos 12,50 c y terinarán en gancho a 90, vertical de 10 c de longitud. En la Fig.7.13 (tabién en la Fig.4.30 del Capítulo 4) se ilustra la anera correcta de anclar el refuerzo horizontal (continuo o chicote de anclaje) existente en un uro confinado. El doblez debe hacerse en fora vertical para prevenir pérdida de anclaje por la posible foración de fisuras horizontales de tracción por flexión en las colunas y adeás, para no obstruir el paso del concreto, lo que causaría cangrejeras. En caso exista albañilería en abos lados de la coluna, el refuerzo horizontal debe atravesar la coluna. Fig
10 s a la Nora E.070 ALBAÑILERIA Artículo 21. ALBAÑILERIA ARMADA Adicionalente a los requisitos indicados en el Artículo 19, se cuplirá lo siguiente: 21.1 Para dar cupliiento al requisito 19.2.b, los uros reforzados deberán ser rellenados con grout total o parcialente en sus alvéolos, de acuerdo a lo especificado en el Artículo 5.3. El concreto líquido debe cuplir con los requisitos de esta Nora, con resistencia a copresión 2 f c 13,72MPa (140 kg / c ). Ver el Artículo 7.5. Según los experientos realizados y el coportaiento sísico real, ha podido coprobarse la trituración de los bloques vacíos en uros parcialente rellenos (Fig.7.14), generándose una pérdida sustancial de resistencia y rigidez lateral. Por ello es necesario que en la zona sísica 3, los uros arados portante de carga sísica sean rellenados copletaente con grout (Fig.7.15). Fig.7.14 Muro arado parcialente relleno y trituración de celdas vacías. Chile, 1985 Fig Los uros portantes no coprendidos en el Artículo 21.1 y los uros portantes en edificaciones de la Zona Sísica 1, así coo los tabiques, parapetos, podrán ser hechos de albañilería parcialente rellena en sus alvéolos (ver el Artículo 12.5) Todos los epales y anclajes de la aradura desarrollarán plena capacidad a la tracción. Ver el Artículo 12.1 y
11 s a la Nora E.070 ALBAÑILERIA Ver el coentario al Artículo 12.1 y las figuras 4.45 a 4.50 del Capítulo La cientación será hecha de concreto siple o reforzado, con un peralte tal que perita anclar la parte recta del refuerzo vertical en tracción ás el recubriiento respectivo. No es aconsejable eplear cientaciones de concreto ciclópeo en las construcciones de albañilería arada, debido a que las grandes piedras que se utilizan (Fig.7.16), podrían overse durante el vaciado de la ezcla, desplazando al refuerzo vertical, con lo cual, no encajarían en las celdas de los bloques (Fig.4.51 del Capítulo 4). Por otro lado, uchas veces se eplea cientaciones superficiales (Fig.7.17) consistentes en plateas (solados) con vigas sardineles ubicadas en el períetro de la edificación (Fig.7.18), que periten confinar al suelo bajo la platea, ientras que la parte interna de la platea es relativaente delgada e insuficiente coo para anclar y recubrir (7,5 c cuando el concreto está en contacto con el suelo) al refuerzo vertical. Esto no es recoendable, porque adeás la base de los uros rota por flexión pudiendo punzonar a la platea. Por las razones indicadas, es aconsejable utilizar vigas peraltadas en las zonas de la platea donde existan uros portantes de carga sísica (Fig.1.8 del Capítulo 1), o eplear ciientos corridos de sección T invertida (Fig.7.19) en reeplazo de la platea. Fig.7.16 Fig.7.17 Fig.7.18 Fig
s a la Nora E.070 ALBAÑILERIA Artículo 3. DEFINICIONES CAPÍTULO 2 DEFINICIONES Y NOMENCLATURA 3.1 Albañilería o Mapostería. Material estructural copuesto por "unidades de albañilería" asentadas con ortero
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