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FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

MONOGRAFIA “Características de las viviendas del departamento de Piura según su zona de riesgo”

AUTORES: CASTILLO ARISMENDIZ, Ruby VILLEGAS ALVARADO, Benji Brian YOVERA VILCHEZ, Antony ZAPATA CHIROQUE, Junior

ASESORES ING. Shimokawa Mogollón Marco Antonio Lic. Ancajima Ruiz, Delfina Elizabeth

PIURA, PERÚ 2016

INDICE 1

CARATULA INDICE…………………………………………………………………………………………… ……………………..…………….……2 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………… ……………………..…………………3 CAPITULO l: TIPOS DE ALBAÑILERIA DEPENDIENDO SU ZONA DE RIESGO………………………………4 1.1

Albañilería

Confinada

o

reforzada………………………………………………………………. ……………….4 1.1.1 ¿Qué

es

la

Albañilería

Confinada?

………………………………………………………………………4 1.1.2 Recomendaciones para el proceso constructivo de albañilería confinada……………5 1.2

Albañilería

Armada………………………………………………………………………………… …………………..6 1.2.1 ¿Qué

es

la

Albañilería

Armada?.......................................................................……..6 1.2.2 Recomendaciones para el proceso constructivo de albañilería armada…….…………7 1.3 Componentes

de

la

de

Albañilería………………………………………………………………. ……….8 1.3.1 Unidades

de

albañilería……….

……………………………………………………………..………8 1.3.2 Mortero……………………………………………………………………… ………………………………8 1.3.3 Acero………………………………………………………………………… ………………………..……..9 1.3.4 Concreto

Liquido

o

Grout………………………………………………………………….. 1.4

Zonas

……..10 De Riesgo

De

Sismo

En

………………………………………………..10

2

El

Perú………………………..

CAPÌTULO

II:

COMPORTAMIENTO

SÍSMICO………………………..

………………………………………………12 2.1.

Comportamiento

del

sismo

en

la

Albañilería

Confinada…………………………..………………..12 2.2.

Comportamiento

del

sismo

en

la

Muros

Armados…………………………………………………….13 2.3.

Soluciones

o

Propuestas

para

evitar

la

falla

por

corte…………………………………………………14 CAPITULO

III:

DISEÑO

POR

REGLAMENTO

(Norma

E-070)

…………………………………..………………16 3.1.

Diseño

por

compresión

axial………………………………….

………………………………………………….16 3.2.

Diseño

por

flexo

compresión…………………………………..

………………………………………………..17 3.3.

Diseño

por

fuerza

cortante…………………………………….

………………………………………………….18 CONCLUSIONES……………………………………………………………………………… ………………………………………19 BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………………… ………………………………………20 ANEXOS………………………………………………………………………………………… ……………………………………….21 INTRODUCCIÓN

Las características de infraestructura civil abarca un sin número de necesidades familiares y personales de tener un hogar donde vivir, es por ello que nace de la idea de trascender y contar de generación en generación tipos de tecnologías novedosas para la construcción de edificaciones antisísmicas para un estilo de vida mejorable y ser autóctonos y propios en nuestra sociedad. El presente trabajo sobre las características que debe tener una edificación en el departamento de Piura dependiendo su zona de riesgo tiene como 3

propósito dar a conocer recomendaciones que se debe tener en cuenta para su efectiva construcción, teniendo en cuenta la intervención de las solicitaciones de los sismos. Así mismo, los ingenieros San Bartolomé, Abanto Castillo y Medina, en sus investigaciones nos permiten conocer los tipos de albañilería que se pueden utilizar dependiendo la zona de riesgo donde se encuentre ubicada la edificación, así como también recomendaciones para su elaboración. Debido a las diferentes fallas que existen en una edificación, se ha tomado en

cuenta soluciones propuestas por investigaciones realizadas por

ingenieros especializados, las cuales se detallarán en el desarrollo de esta monografía. Es así que el presente trabajo se dividirá en tres capítulos, siendo estos: En el capítulo 1, se exponen definiciones y recomendaciones para el proceso constructivo de los dos tipos de albañilería utilizados en el Perú. En el capítulo 2, se explica sobre el comportamiento sísmico en las dos diferentes estructuras de albañilería. Finalmente, en el capítulo

3 se diferencian los diversos diseños

estructurales propuestos por la Norma Técnica E.070. En conclusión, la monografía permite dar a conocer las diferentes fallas que ocurren en las estructuras de albañilería y cuáles serían las alternativas que se deben tener en cuenta para evitar su colapso total.

Capitulo l: TIPOS DE ALBAÑILERIA DEPENDIENDO SU ZONA DE RIESGO El presente capítulo se hablara sobre los diferentes tipos de albañilería que se usa hoy en día para la construcción de Edificaciones, se llama albañilería a una estructura construida sobre la base del empleo de ladrillos de cerámica, bloques de cemento, piedra o algún otro elemento de forma semi irregular los cuales están unidos entre sí por una capa de mortero. Tiene como objetivo dar a conocer los dos tipos de albañilería que se utiliza en nuestra región, entre ellas encontramos la Albañilería Armada y la 4

Albañilería Confinada, así como su definición, proceso constructivo y que componentes de albañilería se usan para su correcta construcción dependiendo su zona de riesgo. Su contenido se desarrollara mediante subcapítulos donde se explicará las unidades de albañilería que se utilizan para su construcción, corecomendaciones y conocer las diferentes zonas de riesgo que existen en el Perú. 1.1

Albañilería Confinada

Las edificaciones de albañilería o mampostería confinada con una altura de hasta 5 pisos, son las construcciones más populares en las zonas urbanas del Perú, para viviendas, oficinas, hoteles, etc. Este tipo de edificación se caracteriza por construirse primero el muro de albañilería, para luego vaciar el concreto de los elementos verticales de confinamiento, y finalmente, construir el techo en conjunto con las vigas solteras. Durante este subcapítulo se desarrollara definiciones, recomendaciones para su proceso constructivo. ¿Qué es la Albañilería Confinada? Según el ING.F.ABANTO (2010) define a la Albañilería Confinada como: “Una albañilería que está constituida por un muro simple enmarcado por una cadena de concreto armado, vaciada con posterioridad a la construcción del muro, generalmente, se emplea una conexión dentada entre el muro y las columnas” (p.55) La albañilería confinada está constituida por paños de albañilería simple aproximadamente cuadrados, enmarcados por elementos de concreto armado en sus cuatro bordes. Estos elementos de concreto reforzado atienden todas las fuerzas de tracción y la parte de los esfuerzos cortantes que no resiste el muro de mampostería. (San Bartolomé, 2001, p.80) 1.1.2

Recomendaciones para el proceso constructivo de

albañilería confinada: El Ing. San Bartolomé, en su libro Construcciones de Albañilería (2001), nos explica que debemos tener en cuenta para el proceso constructivo de muros confinados: Recomendaciones para el uso del concreto: 5

Los esfuerzos que soportan las columnas de concreto de un muro sometido a cargas laterales y verticales, crean la necesidad de emplear un concreto cuya resistencia mínima sea igual a 175 kg/cm cuadrado. A causa de las pequeñas dimensiones de las columnas, los ganchos de los estribos y su conexión dentada con la albañilería, hacen que el concreto deba tener un alto revestimiento y que se use piedras con tañamos menos de 0.5 pulgadas, con una buena técnica de vibración o de chuceo. La finalidad de estas recomendaciones es que el concreto pueda discurrir llenando todos los intersticios de la columna, para así evitar la formación de cangrejeras, las que pueden disminuir la resistencia al corte del muro hasta 50%. Un problema habitual en la construcción de columnas y vigas son las cangrejeras, que usualmente se producen en los extremos de las columnas; de suceder esto, una solución sería remover el concreto de la zona afectada y reemplazarlo por otro de mejor calidad, usando resina opóxica en la unión entre ambos concretos. En el caso que las cangrejeras ocurriesen en la región central de las columnas, se debe picar la zona afectada, luego se limpia de gránulos suelto, humedeciendo la zona y finalmente se rellena con concreto o mortero en relación 1:3, de acuerdo al tamaño de la cangrejera. (ANEXO 1) Recomendaciones para el uso del acero: El acero que se utiliza en las construcciones debe ser corrugado y con un escalón de fluencia definido, permitiéndose el uso de acero liso para los estribos. Entre los extremos de las columnas del primer entrepiso se recomienda usar zunchos que confinen el concreto; evitando el pandeo del refuerzo

vertical.

Estos

extremos

se

encuentran

sujetos

a

fuertes

compresiones luego de producirse la falla por corte del muro, ya que éste trata de volcar y de deslizarse en torno a la base de la columna. Para las edificaciones de más de 3 pisos, o cuando el esfuerzo axial en el muro excede el 5% de su fluencia máxima, se recomienda usar en los primeros entrepisos una cuantía mínima de esfuerzo horizontal equivalente a 0.1%, y se debe colocar en las juntas de mortero y anclado mediante ganchos verticales en las columnas de confinamiento. (ANEXO 2) Recomendaciones para el uso de las unidades de albañilería:

6

Debe evitarse el uso de las unidades fisuradas o mal cocidas, debido a que representan el punto de debilidad por donde se inicia la falla del muro.

1.2

Albañilería Armada

Hoy en día la necesidad de construir edificaciones resistentes frente a desastres naturales ha sido el objetivo principal de muchos ingenieros civiles, es por esa razón que actualmente se utiliza un albañilería reforzada interior con varillas de acero distribuidas de forma vertical y horizontal, e integrada mediante concreto líquido, de tal manera que los diferentes compuestos actúen conjuntamente para resistir los esfuerzos, a este proceso se le conoce como albañilería Armada. Durante este subcapítulo se desarrollara definiciones y proceso constructivo. 1.2.1

¿Qué es la Albañilería Armada?

Según el ING.C.KUROIWA (1994) define a la Albañilería Armada como: Aquella Albañilería en que se utiliza acero como refuerzo en los muros que se construyen, principalmente estos refuerzos consisten en tensores y estribos que van empotrados en los cimientos o en los pilares de construcción, respectivamente. Suele preferirse la utilización de ladrillos mecanizados para que, estos, facilite la inserción de los tensores y de esa manera darle mayor flexibilidad a la estructura. (p.110) La estructura de una edificación de Albañilería Armada según el ING.SAN BARTOLOME (2001) afirma: "Que está compuesta por la cimentación, los muros, las vigas y losas de techo. Donde los esfuerzos horizontales y verticales se alojan repartiéndose en el interior de los muros, cuya albañilería está compuesta por bloques asentado con mortero"(p.15) La albañilería armada con bloques de concreto es un sistema constructivo que consiste en la construcción de muros mediante la disposición ordenada de bloques huecos de concreto, cuyas dimensiones son 0.39 x 0.19 x 0.19m. Estos ladrillos son colocados de forma traslapada, utilizando un mortero de cemento - arena, con proporciones de 1:4.Este sistema constructivo está constituido también por refuerzos de acero que van en el interior de los

7

bloques huecos de concreto, estas varillas de acero corrugado son generalmente de 3/8 mm. (Medina, 2002, p.35) 1.2.2 Recomendaciones para el proceso constructivo de albañilería armada El ING. Flavio Abanto, en su libro Análisis y diseño de estructuras (2010) nos da algunas recomendaciones para la construcción de muros armados:

Recomendaciones para el uso de las unidades de albañilería: Se deben utilizar unidades alveolares sílico-calcáreas y bloques de concreto vibrado, con una edad mínima de 28 días después de su fabricación. Estos deben asentarse en seco, por lo que es necesario utilizar mortero con cal para proporcionar retentividad a la mezcla. En el Perú existen dos procedimientos para el asentamiento de estas unidades de albañilería: Cuando se coloca el esfuerzo vertical en su altura necesaria, se insertan verticalmente los bloques desde arriba, para finalmente rellenarlos con grout. (ANEXO 3) a) Cuando se colocan las espigas verticales en la cimentación, o los traslapes de los pisos superiores, se asientan las unidades del entrepiso, posteriormente, se inserta el refuerzo vertical traslapándolo con la espiga y finalmente, se rellenan los alveolos con grout.

Para la construcción del primer piso, donde su estructura es más vulnerable a las solicitaciones del sismo, se recomienda seguir el procedimiento “a”, para que de esta manera evitar problemas de traslapes entre las varillas verticales y procurar mantener la verticalidad de esas varillas. Para ambos procedimientos, es necesario que el refuerzo vertical encaje en los alveolos de las unidades, por lo que se requiere emplantillar la cimentación y colocar con gran precisión dicho refuerzo. Es necesario que la cimentación sea una losa de concreto o un cimiento corrido de concreto

8

simple, ya que si se usa cimentación de concreto ciclópeo, las piedras grandes pueden golpear y desplazar el refuerzo vertical. Recomendaciones para eliminar las juntas frías, producto de las rebabas del mortero que caen en las juntas horizontales: 

En los bloques de concreto a emplearse en la primera hilada, que corresponde a la zona donde existen esfuerzos verticales, se debe hacer una limpieza de 3x4 pulgadas. Luego de asienta la primera hilada, colocando arena seca en el interior de la ventana, esto permite extraer constantemente los desperdicios del mortero. Finalmente, se limpia y se sellan las ventanas antes de vaciar el



concreto fluido. Cuando se emplean unidades de sílico-calcáreas, se usan tubos de plástico con una esponja en su extremo interior, de manera que el tubo corra a través del refuerzo vertical y los desperdicios del mortero caigan sobre la esponja.

Recomendaciones para el vaciado del Grout: 

Llenado por etapas: se construye el muro hasta la mitad del entrepiso, un aproximado de 1.3 metros. Al día siguiente se vacía el grout hasta alcanzar una altura de 1.5 pulgadas por debajo del nivel superior del muro, dejando que el esfuerzo vertical se



extienda una longitud igual a la del traslape. Llenado Continuo: en este proceso se levanta la albañilería de todo el entrepiso; una vez colocado el refuerzo vertical, se vacía el grout hasta 1.3 metros de profundidad, posteriormente, se espera un tiempo entre 15 a 60 minutos para que el grout tenga tiempo de asentarse y también para evitar posibles roturas de las unidades por la presión hidrostática del grout. Finalmente, se procede con el vaciado de la mitad superior del muro.

1.3

Componentes de la de Albañilería

Para realizar efectivas construcciones de estructuras debemos conocer los componentes de la albañilería que son materiales pétreos tales como; ladrillos de arcilla, bloques de mortero de cemento, piedras entre otros, y mezclas de conglomerados como los morteros y el concreto líquido. También 9

se considera al acero como el componente principal para que la estructura tenga resistencia a esfuerzos verticales y horizontales. Es de esa manera que para el mayor análisis de los componentes de albañilería en este subcapítulo

se

desarrollaran

definiciones

y

clasificaciones

de

los

componentes. Unidades de albañilería: Según el DR.ING MEDINA (2002) define las unidades de albañilería como: “Bloques de arcilla, bloques sílico-calcáreos y bloques de concreto, que se utilizan como elemento fundamental para las construcciones de albañilería. Teniendo una forma sólida, hueca o tubular.” (p.25) Para mayor diferencia el ING. San Bartolomé (2001) afirma: que estas unidades de albañilería se pueden dividir en tres partes con respecto a su forma tales como: la Albañilería Solida, que cuya sección transversal en cualquier plano paralelo a la superficie de asiento tiene un área equivalente al 75% o más del área bruta en el mismo plano; la Albañilería hueca o perforada, que cuya sección transversal en cualquier plano paralelo a la superficie de asiento tiene un área equivalente a menos del 75% del área bruta en el mismo plano; y la Albañilería tubular, que cuya sección contiene huecos paralelos a la superficie de asiento.(p.98)

Mortero: El ING. Flavio Abanto (2010) define: que un mortero “es la mezcla compuesta de uno o varios conglomerantes inorgánicos, áridos secos, además pueden tener aditivos y/o adiciones, en proporciones adecuadas preparadas en una fábrica, que se suministran en silos o en sacos y se amasan en la obra, con el agua precisa, hasta obtener una mezcla homogénea para su utilización” (p.90) Según el DR.ING MEDINA (2002), define: “que los morteros son aquellos cuyos componentes básicos (conglomerantes y áridos secos) dosificados independientemente en una fábrica, se suministran al lugar de utilización, donde se mezclan en las proporciones y condiciones específicas por el fabricante y se amasan con el agua precisa hasta obtener una mezcla homogénea” (p.45) 10

Características de los morteros según el ING. MEDINA (2002): 

Mayor trabajabilidad: las mezclas preparadas son altamente plásticas gracias a la retención de agua; esto facilita su aplicación de manera uniforme, permitiendo corregir irregularidades en las piezas o



superficies sobre las que se aplica. Menos desperdicio: dadas las características de alta plasticidad y cohesividad, las mezclas se ligan más fácilmente a la superficie, disminuyendo el desperdicio. (p. 46)

Acero: El acero está compuesto por hierro puro + metaloides (C,S,P,Si) + metales variables (Mn, Cr, Ni), estos últimos son los que le dan sus grandes propiedades. La cantidad de carbono debe ser superior al 0.03% pero menor de 2%. Las fundiciones son aleaciones hierro-carbono, en las que la proporción de carbono es superior al 2%. Tipos de Acero en el Perú: SIDERPERU: Barras rectas de acero cuyas corrugas o resaltes permiten una alta adherencia con el concreto. Las barras de construcción son usadas como refuerzo en elementos de concreto armado. Entre sus aplicaciones tenemos: columnas, vigas, losas, tanques de agua, viviendas, edificios, puentes, etc. El acero utilizado en la fabricación de barras de construcción es producido vía Alto horno – Convertidor LD, a partir de mineral de hierro, lo que le otorga mayor ductilidad y aptitud para el doblado en obra. ACEROS AREQUIPA: barras de acero de sección redonda con la superficie estriada, o con resaltes, para facilitar su adherencia al concreto al utilizarse en la industria de la construcción. Se fabrican cumpliendo estrictamente las especificaciones que señalan el límite de fluencia, resistencia a la tracción y su alargamiento. Las barras para construcción se identifican por su diámetro, que pueden ser en pulgadas o milímetros. Las longitudes usuales son de 9 y 12 metros de largo. Cabe resaltar que en el Perú, tanto Acero Arequipa S.A como SiderPerú, los únicos productores de acero corrugado, solo fabrican acero de refuerzo Grado 60. Propiedades de las Barras de Grado 60: 

Fluencia mínima: 4200 kg/ cm cuadrado 11

   

Fluencia mínima: 6300 kg/ cm cuadrado Módulo de elasticidad : 2,000,000 kg/ cm cuadrado Deformación en el inicio de la fluencia, debe ser igual a 0.0021 Deformación de rotura, con relación a la deformación de fluencia: 30



a 40 veces Coeficiente de dilatación 11x10-6 1/C° ( ABANTO, 2010)

Concreto Líquido o Grout Es un material de consistencia fluida que resulta de mezclar cemento Portland, agregados y agua, en algunas ocasiones se agrega cal hidratada normalizada en una proporción que no exceda 1/10 del volumen de cemento u otros adictivos que no disminuyan la resistencia o que originen corrosión del refuerzo. El Grout se emplea para llenar los alveolos de la albañilería y de acuerdo al diseño se pueden llenar todos o solamente los alvéolos que contengan refuerzo. El concreto líquido es una mezcla homogénea a la cual se debe añadir la cantidad necesaria de agua para que su trabajabilidad medida en el cono estándar sea de 9 ½ a 10 pulgadas. (ABANTO, 2010) 1.4

Zonas de riesgo de sismo en el Perú

El ING.ZELAYA (2000) afirma: Se ha determinado el concepto de riesgo como el resultado obtenido de relacionar o combinar la intensidad de un evento probable y su acción sobre los elementos expuestos, dadas las características de ubicación, capacidad o inhabilidad para soportar o enfrentar el evento. El riesgo crece al aumentar los elementos afectados expuestos dentro de una zona de amenaza. Al existir mayor población o bienes susceptibles de daño en un área determinada, la vulnerabilidad es mayor y por lo tanto el riesgo aumenta. Y cuando más frágiles o inhabilitados para enfrentar el evento sean las personas y los bienes allí localizados, son efectivamente más vulnerables

y

representan

no

solo

por

su

cantidad

sino

por

sus

características de mayor riesgo(p.18) La actividad sísmica en el Perú tiene un amplio desarrollo cuyo origen está relacionado con las condiciones tectónicas regionales y locales, y las condiciones locales de los suelos que determinan la aceleración y la severidad de sacudimiento, que a su vez van a tener notable influencia sobre las estructuras.

12

Según la Norma Peruana E.030 de Diseño Sismo resistente (1997), el territorio nacional se considera dividido en tres zonas de riesgo: Zona 1 Departamento de Loreto (Provincias de Ramón Castilla, Mainas, y Requena), Departamento de Ucayali (Provincia de Purús), Departamento de Madre de Dios (Provincia de Tahuamanú) Zona 2 Departamento de Loreto (Provincias de Loreto, Alto Amazonas), y Ucayali, Departamento de Amazonas, Departamento de San Martín, Departamento de Huánuco, Departamento de Ucayali (Provincias de Coronel Portillo, Atalaya y Padre Abad), Departamento de Cerro de Pasco, Departamento de Junín, Departamento de Huancavelica (Provincias de Acobamba, Angaraes, Churcampa,

Tayacaja

y

Huancavelica),

Departamento

de

Ayacucho

(Provincias de Sucre, Huamanga, Huanta y Vilcashuaman), Departamento de Apurímac, Departamento de Cusco, Departamento de madre de Dios (Provincias de Tambo Pata y Manú), Departamento de Puno. Zona 3 Departamento de Tumbes, Departamento de Piura, Departamento de Cajamarca, Departamento de Lambayeque, Departamento de La Libertad, Departamento de Ancash, Departamento de Lima(Provincia Constitucional del

Callao),

Departamento

de

Ica,

Departamento

de

Huancavelica

(Provincias de Castrovirreyna y Huaytará), Departamento de Ayacucho (Provincias de Cangallo, Huanca, Lucanas, Víctor Fajardo, Parinacochas, Paucar del Sara Sara), Departamento de La Arequipa, Departamento de Moquegua, Departamento de Tacna. (ANEXO 4)

CAPITULO II: COMPORTAMIENTO SÍSMICO

13

En este capítulo hablaremos sobre los comportamientos sísmicos en diferentes sistemas de albañilería y fallas que suelen presentarse en las construcciones de este tipo sujetas a terremotos; adicionalmente, se proporcionan recomendaciones estructurales que tienen la intención de mejorar el comportamiento sísmico de estas edificaciones y de evitar los errores

cometidos

en

el

peso.

En

el

primer

punto

tenemos

el

Comportamiento del sismo en la Albañilería Confinada, en el segundo punto de este capítulo analizaremos el Comportamiento del sismo en la

Muros

Armados, donde estudiaremos sus problemas, causas y consecuencias de fallas en las edificaciones como: falta de supervisión en el proceso constructivo, Uso de una sola malla de refuerzo en los muros armados. Y finalmente proponemos Soluciones o Propuestas realizadas por ingenieros especializados para evitar la falla por corte y flexión, Básicamente los muros sujetos a carga sísmica en su plano muestran dos tipos principales de falla: flexión y corte. En este último punto detallamos estos dos tipos de fallas y daremos una solución. 2.1.

Comportamiento del sismo en la Albañilería Confinada: Hoy en día a pesar que la albañilería Confinada es la más usada en el Perú también tiene la posibilidad de fallas en su estructura cuando se presenta las solicitaciones de un sismo; aunque a la fecha no se ha reportado en el muro el colapso total en este tipo de estructura. En las investigaciones Del Diseño Estructural de un edificio de vivienda de Albañilería Confinada del (ING. Alexis Hernández, pág. 23 – 30), presenta los principales defectos que se dan en una Albañilería Confinado, siendo estos: 1. En las columnas muy espaciadas entre sí, se pierde el defecto de confinamiento en la región central del muro y el tamaño de las grietas diagonales se tornan incontrolable, deteriorando así la albañilería. 2. Las cangrejeras en las columnas ocurren por las siguientes razones: Cuando el concreto se encuentra muy seco al instante de vaciarlo; Por el tamaño excesivo de las piedras en el concreto que cuando se vacía en las columnas estas originan espacios vacíos entre sí por la poca dimensión; cuando los ganchos de estribos con gran longitud estorban el paso del 14

concreto; Por la zona de interface columna-albañilería con dientes muy largos; y por la mala vibración o chuceo defectuoso del concreto. La presencia de cangrejeras reduce drásticamente la resistencia a compresión, tracción y corte de las columnas. 3. La Propagación de la falla por corte desde la albañilería hacia los extremos de los elementos de confinamiento ocurre cuando la energía acumulada en un muro se disipa través de las grietas de flexión, o también cuando se disipa en forma explosiva

causando

confinamiento.

Si

el

estos

deterioro elementos

de

los

elementos

poseen

estribos

de muy

espaciados en sus extremos, no se podrá controlar el tamaño de dichas grietas. 4. Cuando el anclaje es insuficiente en el refuerzo vertical u horizontal. Este problema ocurre cuando el acero vertical no penetra adecuadamente en la viga soltera causando que se doble en su zona interior, lo que produce un decrecimiento de la resistencia a corte-fricción en la junta solera-columna. 5. La inadecuada trasferencia de la fuerza cortante desde la soltera hacia el muro, ocasiona el desliz del techo, causando la inestabilidad de la estructura, para evitar este problema se recomienda que la última hilada del muro penetre 1cm al interior de la soltera y además crear una unión rugosa en la zona columna-soltera. 6. La excesiva carga axial en los muros genera un incremento de la resistencia al corte, pero a su vez disminuye la ductilidad, ocasionando la flexión de las columnas en el plano de los muros, causando el deterioro de la unión muro-columna. Una solución a este problema sería distribuir las cargas verticales a lo largo de todos los muros del edificio, usando una losa armada en 2 sentidos; o, en todo caso, adicionar refuerzos horizontales en los muros donde el esfuerzo vertical actúa. (ANEXO 5) 2.2.

Comportamiento del sismo en la Muros Armados: En el Perú el uso de la Albañilería Armada es muy deficiente debido a la dificultad de su elaboración, un claro ejemplo tenemos el colapso del edificio “INDUPERU” ubicado en la molina en la ciudad de Lima, 15

siendo la causa principal de su colapso la creación de bolsones de aire producidas por el mal llenado del concreto fluido en los alveolos de la unidad, es por esa razón que las pocas construcciones que se han elaborado han terminado en su colapso total, cuando ha ocurrido las solicitaciones de un sismo. Otros defectos que suelen presentarse en este tipo de sistemas (San Bartolomé, 2001 citado por Malca Alcántara, 2011) 1. La falla en las bases extremas del muro armado se debe a que el refuerzo de estos muros es usualmente una malla de acero sin elementos de confinamiento, salvo que se unen planchas metálicas que confinen al concreto fluido y con ello, al refuerzo vertical en los talones flexo comprimidos, pero las cargas de la unidad tienden a explotar por el efecto de expansión lateral que tiene el grout al comprimirse. 2. Cuando se colocan traslapes de refuerzo vertical en el entrepiso del primer piso ocasionara fallas por flexión y corte fricción. Es por eso que se recomienda colocar el refuerzo vertical con gran precisión en la cimentación, a fin de que penetre adecuadamente en los alveolos de la unidad; de lo contrario, dicho refuerzo no aportara resistencia a flexión ni a corte-fricción. 3. El empleo de unidades con alveolos pequeños ocasiona que el grout tenga dificultad en fluir en el interior de los espacios intersticiales de los alveolos causando la reducción de la resistencia al corte, lo que ocasionará el colapso total de la estructura cuando esta reciba las solicitudes de un sismo. 4. El uso de una sola malla de refuerzo en los muros armados ocasiona que la armadura colapse cuando recibe las fuerzas de corte ocasionadas por las solicitaciones de un sismo, es por eso que se recomienda que cuando la fuerza cortante actuante en las placas supere a la resistencia aportada por el concreto, tiene que emplearse una doble malla de refuerzo, con la finalidad de que el concreto fragmento 16

siga confinando y, por lo tanto,

continúe trabajando

por fricción; este es un aspecto que aún falta estudiarse en los muros armados. 2.3.

Soluciones o Propuestas para evitar la falla por corte y flexión Básicamente los muros sujetos a carga sísmica en su plano muestran dos tipos principales de falla: flexión y corte. Debe entenderse que la falla principal es aquella donde se acumulan las mayores grietas, originando una fuerte degradación tanto de la resistencia como de la rigidez. Esto es, en una falla por flexión es posible que previamente

se hayan

formado pequeñas fisuras

diagonales por corte, pero las grietas principales se encuentran localizadas en la parte interior del muro, y la degradación de la resistencia se produce generalmente por los siguientes efectos: La trituración de los talones flexo comprimidos; El deslizamiento a través de la base del muro; o, la rotura del refuerzo vertical por tracción, pandea o cizalle. En una falla por corte es posible que primero se origine fisuras por flexión degradando la rigidez, pero no la capacidad de carga. Luego se producen las grietas diagonales a partir de ese instante, el muro se desplaza manteniendo su capacidad de carga; posteriormente, se trituran la región central de la albañilería y los extremos del muro, produciéndose finalmente una severa degradación de resistencia. (ANEXO 6) La capacidad resistente a flexión esta proporcionada por: el refuerzo vertical existente en el muro; el peralte y refuerzo de las vigas de borde y, la magnitud de la carga vertical actuante sobre el muro. Teóricamente, el muro debería tener una forma de falla dependiendo de cuál de las resistencias se menor; sin embargo, la mayoría de las fallas registradas en los edificios reales de albañilería han sido por fuerza cortante y no por flexión. (San Bartolomé, 2001) La razones que podrían explicar el predominio de la falla por corte sobre la de flexión: (Fajardo Galliani, 2012, pág. 14 – 17)

17

1. La deformación por fuerza cortante predomina sobre la de flexión, ya que los muros son de baja altura y el momento de inercia de su sección transversal es elevado, cuando los muros son confinados, la sección del concreto se debe transformar

en

una

área

equivalente

de

albañilería,

incrementándose el momento de inercia. Es decir, la deformación que prevalece en el primer entrepiso es la de distorsión angular por fuerza cortante con baja curvatura por flexión, con lo cual la deformación axial del refuerzo vertical es pequeña. 2. Si se agrega el efecto de los muros transversales, al flectarse el muro debería levantar al muro perpendicular, lo que es muy difícil de lograr; esto disminuye aún más las deformaciones por flexión. 3. El momento flector basal, asociado al análisis sísmico estático usual, se ve reducido por efectos de: la rotación de la cimentación, los modos altos de vibrar y por la interacción

losa-muro.

Por

este

motivo,

los

diseños

convencionales muestran una sobrecapacidad de flexión. 4. Un edificio de albañilería es un conjunto mixto de masas repartidas y concentradas, por lo que las aceleraciones de los niveles son parecidas a las del suelo. Este hecho indicaría que para el caso de las edificaciones de albañilería, debería más bien de adoptarse una distribución de fuerzas de inercia del tipo uniforme y no la triangular dispuesta por la Norma de edificaciones E 0.60, con lo que el momento basal disminuye más. 5. En el caso de los edificios de albañilería que está compuesta por muchos muros es posible centrar un refuerzo horizontal corrugado que incremente la capacidad de corte por encima de la flexión. En el caso de los edificios de albañilería armada, la concentración del refuerzo horizontal podría lograrse colocándose no sobre las juntas si no en las hendiduras de la unidad, cosa que es posible realizar con las unidades que actualmente se fabrican en nuestro medio. 6. En el caso de los muros confinados, en las columnas se crea una especie de tirante interno que en conjunto con la carga lateral hacen trabajar a la albañilería a compresión 18

diagonal,

introduciéndoles

tracciones

principales

ortogonales a la diagonal comprimida. Esta es una de las razones por la se recomienda repartir el esfuerzo en los muros armados.

CAPITULO III: DISEÑO POR REGLAMENTO (Norma E-070) Los requisitos de estas normas tienen como propósito obtener una seguridad adecuada tal que, bajo cualquier sismo probable, no habrá fallas estructurales mayores ni pérdidas de vidas. Estas disposiciones deben considerarse como un cumplimiento de los principios básicos de diseño establecidos en la norma E – 070 del Reglamento Nacional de Edificaciones. 3.1.

Diseño Estructural por comprensión axial

El área de la sección de concreto se calculara asumiendo que la columna esta arriostrada en su longitud por el panel de albañilería al que confina y por los muros transversales de ser el caso. Para calcular la sección transversal de la columna deberá agregarse los recubrimientos al área del núcleo; el resultado no deberá ser menor que área requerida por corte fricción. Adicionalmente en los casos que la viga solera se discontinúe, el peralte de la columna deberá ser suficiente. (Norma Técnica E 0.70, p.55 - 57) Cuando las cargas axiales exceden al 0.1% de los esfuerzos máximos del concreto se deberá seguir las siguientes indicaciones: La fuerza cortante de los elementos en flexión se deberá determinar a partir de la suma de las fuerzas cortantes asociadas con el desarrollo de las resistencias nominales en flexión, en los extremos de la luz libre del elemento y la fuerza cortante isostática calculada para las cargas permanentes. El refuerzo transversal cumplirá con las condiciones siguientes, a menos que las exigencias por el diseño del refuerzo cortante sean mayores: a) Estará constituido por estribos cerrados de diámetro mínimo de 3/8" b) Deberán colocarse estribos en ambos extremos del elemento, en una longitud igual o dos veces el peralte del elemento confinado, con un 19

espaciamiento que no exceda a ocho veces el diámetro de la barra longitudinal

de

menor

diámetro.

(Vásquez

Bustamante,Oscar,2015,pag 421) 3.2.

Diseño Estructural por flexo compresión

La resistencia a flexo compresión de los muros estructurales y partes de dichos muros sometidos a una combinación de carga axial y flexión se debe determinar de la resistencia, a partir de un análisis de compatibilidad de deformaciones, se debe incluir todo el refuerzo longitudinal colocado dentro de un ancho efectivo de las alas en los extremos y el alma del muro. Todo el refuerzo tomado en cuenta en el cálculo de la resistencia deberá estar anclado. Si el muro posee aberturas, se deberá considerar su influencia en la resistencia a flexión y cortante. En muros con alas, el ancho efectivo del ala tanto en compresión como en tracción, debe extenderse desde la cara del alma una distancia igual al menor valor entre la mitad de la distancia al alma de un muro adyacente y el 10% de la altura total del muro. Este requisito se puede modificar si realiza un análisis más detallado. El acero de refuerzo que se concentre en los extremos del muro debe cumplir con refuerzo de acero para elementos resistentes a fuerzas inducidas por sismo. El esfuerzo longitudinal necesario para garantizar una resistencia de diseño a flexo compresión del muro por lo menos igual al momento de agrietamiento de la sección. El momento de agrietamiento de la sección se calculara asumiendo comportamiento lineal elástico con las propiedades de la sección bruta de concreto del muro e incluyendo el efecto de la carga axial. (Norma Técnica E 0.70, p.85 -86)

3.3.

Diseño Estructural de fuerza cortante

El diseño de las secciones transversales de los elementos sujetos a fuerza cortante, se debe tener en cuenta que la resistencia requerida por corte en la sección analizada sea menor o igual a 0.85

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de resistencia nominal al

corte de la sección, donde esta resistencia nominal está conformada por la contribución del concreto y la contribución del acero. La contribución del concreto se puede evaluar para miembros sujetos únicamente a corte y flexión, siendo calculada como 0.53 la raíz cuadrada del porcentaje de la resistencia máxima del concreto, multiplicada por el ancho de la viga y su peralte efectivo. Cuando se utilicen estribos perpendiculares al eje del elemento, se deberá cumplir que la contribución del acero debe ser igual a la multiplicación del área de refuerzo por la fluencia máxima del acero y su diámetro entre la suma de las áreas de las ramas de los estribos ubicados en el alma. Para el cálculo de refuerzos mínimos por corte, se deberá proporcionar un área minina de refuerzo por corte cuando la fuerza cortante exceda a 0.5 la contribución del acero, excepto en vigas con peralte total que no exceda a 25 cm, dos y medio veces el espesor del ala, la mitad del ancho del alma, eligiéndose el valor mayor de estos. Para el cálculo de la área mínima se deberá tener en cuenta que esta debe ser igual a 3.5 el ancho de la vida por su peralte entre la fluencia del acero. (Norma Técnica E 0.70, p.90 - 91)

CONCLUSIONES: Las concusiones de la monografía son las siguientes:

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Todos los estudiantes de Ingeniería Civil tenemos la necesidad de conocer las características constructivas de una edificación, 21

ya que a veces no se emplean los métodos eficaces para que nuestra obra quede en perfectas condiciones, por tal motivo en este trabajo se plantean soluciones para una buena edificación y así brindar una mejor calidad de vida a las familias piurana. •

Los tipos de Albañilería de una edificación son la confinada y armada, de las cuales la más usada hoy en día en el departamento de Piura es la Albañilería Confinada por ser la que aporta más resistencia a los esfuerzos horizontales y verticales de un sismo.

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Entre las fallas más comunes que ocasionan los sismos en una edificación son; las fallas por corte, falla por flexo compresión y falla por corte fricción, ocasionando el colapso total de la estructura cuando estas no estas adecuadamente diseñadas.

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El Manual de diseño estructural de la Norma Técnica E 0.70, nos especifica los tres tipos de diseño estructural para una edificación, siendo estas, el diseño por compresión axial, el diseño por flexo compresión y el diseño por fuerza cortante, siendo estas dos últimas la más utilizadas en el departamento el Piura, por su gran resistencia a las solicitaciones de los sismos.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: Las referencias bibliográficas utilizadas son las siguientes:

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SAN BARTOLOMÉ, Ángel, Construcciones de albañilería. Diseño antisísmico y diseño estructural. Perú: Pontifica Universidad Católica del Perú, 2001. 246 pp. ISBN: 84-8390-965-0

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SAN BARTOLOMÉ, Ángel, Análisis de edificaciones. Albañilería Confinada. Perú: Pontifica Universidad Católica del Perú, 2003. 344 pp. ISBN: 9972-42-112-0

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MEDINA, Eduardo, Construcción de estructuras de hormigón armado en edificaciones. 3ra ed. Perú: Biblioteca técnica universitaria editorial, 2002. 510 pp. ISBN: 978-849-297-071-1

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ABANTO CASTILLO, Flavio, Análisis y Diseño de edificaciones de albañilería. 2da ed. Lima: Editorial San Marcos E.I.R.L, 2010. 312 pp. ISBN: 9972-34-290-5

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BUSTAMANTE, Oscar, Reglamento nacional de edificaciones7ma ed. Lima: Macro, 2015. 768 pp. ISBN: 978-612-304-246-2

ANEXO 1 CANGREJERA PRODUCIDA EN LA UNIÓN COLUMNA Y VIGA SOLERA DE LA ALBAÑILERÍA CONFINADA 23

Figura 1: La fotografía muestra la inadecuada dosificación del cemento en la unión columna y viga solera, produciéndose cangrejeras en la cara posterior de la estructura. FUENTE: PROPIA

ANEXO 2

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DISTRIBUCIÓN DE ACERO EN COLUMNAS, EN LA CONSTRUCCIÓN DE UN MURO DE ALBAÑILERÍA CONFINADA

Figura 2: La fotografía muestra la distribución de acero en una columna y como se unen los estribos de refuerzo. FUENTE: PROPIA

ANEXO 3 25

Distribución del acero en la construcción de un muro de albañilería armada

Figura 3: La fotografía muestra el procedimiento de construcción de un muro de albañilería armada y la distribución del acero a lo largo de ella. FUENTE: Recopilado por la revista de construcción de edificaciones antisísmicas del Instituto de la Construcción y Gerencia (ICG)

ANEXO 4 26

ZONIFICACIÓN EPICENTRAL DEL PERÚ

FUENTE: INTITUTO GEOFISICO DEL PERÚ

Anexo 5 FALLA A FLEXO COMPRESIÓN DE UNA COLUMNA

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Figura 4: La figura muestra la falla por flexo compresión de una columna a causa de las excesivas cargas axiales de su estructura. Fuente: Recopilado en el libro “Diseño Antisísmico y Diseño Estructural” de Ángel San Bartolomé

Anexo 6 FALLA POR CORTE DE UN MURO DE ALBAÑILERÍA CONFINADA

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Figura 5: La figura muestra la falla por corte en las columnas de una vivienda de albañilería confinada a causa por las fuerzas de corte de un sismo. Fuente: Recopilado en el libro “Diseño Antisísmico y Diseño Estructural” de Ángel San Bartolomé

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