El edificio de muros portantes

EL EDIFICIO DE MUROS PORTANTES

Carlos Casabonne

IX Congreso Nacional de Estudiantes de Ingeniería Civil

Universidad Nacional de IngenieríaAgosto 2001

Esquema

• El tema• Sistemas estructurales básicos• El edificio multifamiliar• El edificio multifamiliar de muros portantes• Comportamiento Sísmico• Ejemplos de proyectos

SISTEMAS ESTRUCTURALES BÁSICOS

Estructuras sin diafragma rígidoEstructuras con diafragma rígido

Estructuras con diafragma rígido

Estructuras de esqueleto

• Porticos y

• Porticos + muros = duales

Estructuras con diafragma rígido

Estructuras de esqueleto

• Porticos y

• Porticos + muros = duales

Estructuras de muros portantes

DIAFRAGMA RIGIDOFUERZAS LATERALES

EDIFICIO DE MUROS PORTANTES

Estructura celular formada por:• muros portantes en dos

direcciones y

• diafragmas horizontalesrígidos

Diafragmas

Muros

Concreto armado Albañilería armada

EDIFICIO DE MUROS PORTANTES

Es posible por la:

• Existencia del diafragma rígido• refuerzo de los muros

EDIFICIOS DE MEDIANA ALTURA

Solución más eficiente para resolver el problema de la

vivienda.

C. Casabonne

Realidad del problema habitacional

Crecimiento explosivo de las ciudades

La politica del gobierno ha favorecido el lote individual

Crecimiento urbano: horizontal a expensas de la tierra agrícolaDensidad en Lima: 140 hab/Há

bruta

Resultado: Alto costo social• Imposibilidad de proveer infraestructura, servicios y

equipamiento,• Genera una urbe

innecesariamente inhumana, • Con elevados costos

materiales y sociales de utilización y

• Demandas imposibles de cumplir.

SOLUCIÓN VIABLE

Edificio multifamiliar de mediana altura

EDIFICIO DE MUROS PORTANTES,

puede ser estructurado con:

• albañilería reforzada

• con concreto armado

C. Casabonne

C. Casabonne

BASES FUNDAMENTALES DEL PROYECTO

• Vivienda económica• Densificación y renovación urbana• Minimizar la inversión inicial• Minimizar el mantenimiento• Usar eficientemente la mano de obra.

La construcción en albañilería permite maximizar su uso

• Utilizar recursos industriales urbanos

METODO CONSTRUCTIVO

• Procedimiento sin retorno: lo que se construye queda terminado.

• Personal especializado• Cuadrillas especializadas• Moldes racionalizados para

conseguir acabados terminados• Control permanente:ingeniería

ESTRUCTURACIÓNEDIFICACIONES DIAFRAGMADAS

• Muros sujetos prioritariamente a fuerzas coplanares. – Cargas de gravedad propias del muro.– Fuerzas horizontales correspondientes a la

distribución del cortante basal de acuerdo a las rigideces y a la corrección por torsión

REFUERZO DIFUNDIDOALBAÑILERÍA ARMADA

C.Casabonne

Donde está el costo del edificio??

Estructura: 66%Resto: 34%

Donde está el costo de la estructura?

Muros: 50%Losas: 33%Solado: 10%Otros: 7%

CONFIGURACION

Debe de configurarse para conseguir:

a) Economía Máxima

b) Seguridad Adecuada

c) Estructuras libres de Rajaduras

C. Casabonne

En un Edificio muros portantes, el muro es:

1. Estructura2. Cerramiento3. División4. Acabado

C. Casabonne

Comportamiento en los tres materiales es similar, por lo tanto

los requisitos para su configuración sísmica son

también similares

C. Casabonne

CONFIGURACION SISMICA(1)

1. Simetria, continuidad,competencia torsional.

2. Diafragmascompetentes.

C. Casabonne

SIMETRIA

OKMAL

ACEPTABLE

CONTINUIDAD

COMPETENCIA TORSIONALOK

ACEPTABLEC. Casabonne

MALACEPTABLE

MAL

OK

Configuraciones conflictivas

C. Casabonne

DIAFRAGMA COMPETENTE

• Rigidez• Continuidad.• Resistencia.• Conexión firme y permanente

con los muros.• Son preferibles losas ↔ que

apliquen carga a todos los muros.

C. Casabonne

Los diafragmas deben sersimétricos y continuos en planta

Simetría

Ideal Aceptable Mala

Entrepisosy

Techos(diafragmas)

C. Casabonne

ContinuidadIdeal Aceptable Mala

Conpetencia TorsionalIdeal Aceptable Mala

Largo= Ancho Largo << 4 Anchos Largo >> 4 AnchosC. Casabonne

DIAFRAGMAS DESCONECTADOS

C. Casabonne

CONFIGURACION SISMICA(2)

3. Muros en dos direcciones principales

4. Disposición de murosdebe lograr simetría derigidez

C. Casabonne

Disposición de muros típica en un edificio de muros portantes de albañílería

C. Casabonne

CONFIGURACION SISMICA(3)

• Proveer muros con esbeltez (h/l) similar

• Proveer igual áreas de muroen ambas direcciones principales

C. Casabonne

Configuración del Edificio

b b

a a a

b

b

a

Muros con igual esbeltez H/Len c/dirección

C. Casabonne

Largos muydesiguales

Distribuciónaceptable

DistribuciónMala

Distribución ideal Lados iguales:

a+a+a+a= b+b+b

Forma y distribuciónde los muros

C. Casabonne

Muros de albañilería

Algunos muros en concreto armado

Esquema estructural de un edificio de 3 a 6 pisosen albañileríaC. Casabonne

CONFIGURACION SISMICA(4)

5. Proveer área mínima de muros

Area mínima es función del cortante basal y de la resistencia corte de la

albañilería o del concreto.

C. Casabonne

CONFIGURACION SISMICA(5)

6. Muros resistentes y dúctiles

C. Casabonne

COMPORTAMIENTO DUCTIL

Fisuración

FluenciaColapso

Desplazamiento

Fuerzalateral

C. Casabonne

CONFIGURACION DE LOS MUROS(1)

• Muros continuos hasta el suelo.• Alfeizares separados.

• Esbeltez controlada y dimensiones uniformes.

• Sección transversal preferentemente simétrica.

• Sistema de conexión ó acoplamiento compuesto por la cimentación,

entrepisos, techo.C. Casabonne

Muros continuos hasta el sueloC. Casabonne

Vanos

BIEN BIEN MALDebe procurarse que los vanossean coincidentes en ubicación pisoa piso para minimizar los cambiosbruscos de resistencia y rigidez

C. Casabonne

Muros continuos hasta el sueloC. Casabonne

CONFIGURACION DE LOS MUROS(2)

• Alfeizares separados de los muros principales

C. Casabonne

C. Casabonne

Bien:Aceptable:Solera corridasobre todos los muros

Mala:

Bien: Mala:

Dintelesy

Alféizares

C. Casabonne

CONFIGURACION DE LOS MUROS(3)

• Control de esbeltez (H/L)PROPORCIONES DE LOS MUROS

SI NO

H/L < 11 < H/L < 5C. Casabonne

C. Casabonne

Proporciones

En elevación los muros debenguardar relaciones razonablesentre su altura y su largo

C. Casabonne

SISMOMUROSSECCION SIMETRICA

TALÓN COMPRIMIDO

C. Casabonne

Alfeizar

separado

MURO ACOPLADOMURO ACOPLADOC. Casabonne

VIGA CORRIDA VS VIGA DINTEL

Alfeizar

separado

MURO ACOPLADOMURO ACOPLADOC. Casabonne

DeflectionDeflection

(b) Perfil de derivas,Cimentación rígida

(c) Perfil de derivas,Cimiento Flexible

(a) Tipo de fisuración

Muros en voladizo conectados por losas flexibles(Priesley)

C. Casabonne

(a)Tipo de fisuración (b) Perfil de derivas

Muro acoplado con rotulación de muretes(Priestley)

C. Casabonne

(a)Forma de fisuración (b) Momentos de flexión

Muro acoplado con rotulación de vigas (Priestley)C. Casabonne

(a)Typical

Wall

(b)In-plane

AccelerationEnvelope

(c)In-planeMoment

(d)Out-of-plane

Moments

C. Casabonne

Azotea

Cimentación

Mode 2T2= 0.34s

Mode 3T3= 0.31s

Mode 4T4= 0.21s

Mode 1T1= 0.45s

Modos de vibración normales al planos and períodos para un edificio de albañilería de 3 pisos( Priesley)C. Casabonne

MUROS ACOPLADOS

Acoplamiento– Ventaja: Mayor rigidez inicial.

Mayor ductilidad.Mayor absorción de energía.

– Desventaja: Mayor costo.Acoplamiento no es indispensable en edificios hasta de 6 pisos si hay suficiente densidad de muros en las dos direcciones principales.

C. Casabonne

COMPORTAMIENTO SISMICO DE LA ALBAÑILERIACOMPORTAMIENTO SISMICO DE LA ALBAÑILERIA

1 Nivel1 Nivel : Bien: Bien2 Niveles2 Niveles : Bien: Bien3 Niveles3 Niveles : Bien: Bien4 Niveles4 Niveles : Bien: Bien5 Niveles5 Niveles : Bien: Bien6 Niveles6 Niveles : Optimo: Optimo>6 Niveles>6 Niveles : Indispensable

1 Nivel1 Nivel : Optimo: Optimo2 Niveles2 Niveles : Optimo: Optimo3 Niveles3 Niveles : Optimo: Optimo4 Niveles4 Niveles : Optimo: Optimo5 Niveles5 Niveles : Posible: Posible6 Niveles6 Niveles : Posible: Posible>6 Niveles>6 Niveles : No: Indispensable : No

a) Albañilería armada o albañilería armada confinadaa) Albañilería armada o albañilería armada confinadaC. Casabonne

COMPORTAMIENTO SISMICO DE LA ALBAÑILERIACOMPORTAMIENTO SISMICO DE LA ALBAÑILERIA

1 Nivel1 Nivel : Bien: Bien2 Niveles2 Niveles : Bien: Bien3 Niveles3 Niveles : Optimo: Optimo4 Niveles4 Niveles : Optimo: Optimo5 Niveles5 Niveles : Posible: Posible6 Niveles6 Niveles : ?: ?>6 Niveles>6 Niveles : No

1 Nivel1 Nivel : Optimo: Optimo2 Niveles2 Niveles : Optimo: Optimo3 Niveles3 Niveles : Posible: Posible4 Niveles4 Niveles : No: No

: No

b) Albañilería simple confinadab) Albañilería simple confinadaC. Casabonne

COMPORTAMIENTO de MUROS DE CONCRETO ARMADOCOMPORTAMIENTO de MUROS DE CONCRETO ARMADO

1 Nivel1 Nivel : Optimo: Optimo2 Niveles2 Niveles : Optimo: Optimo3 Niveles3 Niveles : Optimo: Optimo4 Niveles4 Niveles : Optimo: Optimo5 Niveles5 Niveles : Posible: Posible6 Niveles6 Niveles : Posible: Posible>6 Niveles>6 Niveles : No

1 Nivel1 Nivel : Bien: Bien2 Niveles2 Niveles : Bien: Bien3 Niveles3 Niveles : Bien: Bien4 Niveles4 Niveles : Bien: Bien5 Niveles5 Niveles : Bien: Bien6 Niveles6 Niveles : Optimo: Optimo>6 Niveles>6 Niveles : Indispensable acoplar : No: Indispensable acoplar

C. Casabonne

CONFIGURACION

La práctica aceptada de Diseño y Construcción exige que los muros se comporten:

Elásticamente para sismos moderados

Dúctilmente para sismos severos.

C. Casabonne

COMPORTAMIENTO DUCTIL

Fisuración

FluenciaColapso

Desplazamiento

Fuerzalateral

C. Casabonne

ANALISIS

• Hasta 5 pisos. Métodos simplificados. Distribución de cortante basal de acuerdo a rigideces. Se puede prescindir de acoplamientos.

• Más de 5 pisos. Considerar influencia de acoplamientos. Metodo de rigidecescon análisis matricial. Elementos finitos.

DISEÑO

• Condiciones de Servicio. Control de fisuración.

• Sismos moderados. Comportamiento elástico.

• Sismos severos. Comportamiento inelástico. Diseñar muros dúctiles. Diseño por capacidad. Limitar derivas a 1/200 para asegurar reparabilidad.