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1er Congreso Internacional de Estructuras de Edificación
COINESED
Lima 01 y 02 de abril de 2017
IMPORTANCIA DE LAS CONDICIONES DE SERVICIO Y
ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES
Ing. Julio Rivera Feijóo
Condiciones de Servicio que se deben tener
presente
• La norma ANSI/AISC 360-10 EN
SU CAPÍTULO “L” “Design for
Serviceability”
• establece que los siguientes
estados límites de servicio
deben ser tenidos en cuenta
según corresponde:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
L1
L2
L3
L4
Provisiones Generales
Contra Flechas
Deflexiones
Drift (Desplazamientos
Relativos)
L5
Vibración
L6
Movimientos inducidos por
viento
L7
Expansión y Contracción
L8
Deslizamiento de Uniones
OTROS:
Corrosión
Juntas entre edificios
Diseño de Tabiques
Ing. Julio Rivera Feijóo
L1 Provisiones Generales
Ing. Julio Rivera Feijóo
Estados Límites de Servicio
• La estructura debe tener presente un
comportamiento normal y aceptable
• La función del edificio, su aspecto,
mantenimiento o el confort de sus
ocupantes son preservados para un
uso normal.
• Las solicitaciones son sin factores de
amplificación
Ing. Julio Rivera Feijóo
Por que es muy importante las Condiciones de Servicio
Costo de reparación por “fallas en edificios”
Estructuras
52%
Instalaciones
11%
Cerramientos
25%
Tabiquería
12%
Ing. Julio Rivera Feijóo
L3 Deflexiones
Ing. Julio Rivera Feijóo
Las deformaciones producirán múltiples daños en
tabiques, ventanas, mamparas y pisos
Ing. Julio Rivera Feijóo
Comportamiento del Concreto Armado
Momentos de Inercia a considerar
• Ig = Sección bruta
• Icr = Sección agrietada
• Ie = Sección equivalente
Ing. Julio Rivera Feijóo
Deformaciones de Techos
Ing. Julio Rivera Feijóo
Deformaciones de pisos
Ing. Julio Rivera Feijóo
Peralte Mínimo para no calcular deflexiones
Peralte mínimo “h”
Elemento
Simplemente
apoyada
Un extremo
continuo
Ambos extremos
continuos
Voladizo
Elementos que no soportan ni están en contacto con tabiquería u otros
elementos que pueden ser dañados por deflexiones excesivas
Losas macizas
armadas en un
sentido
L/20
L/24
L/28
L/10
Vigas o losas
nervadas
armadas en una
dirección
L/16
L/18.5
L/21
L/8
Ing. Julio Rivera Feijóo
Deflexiones máximas permitidas
N
º
Elementos
Ligados a elementos no
estructurales
Deflexión considerada
Limitación
NO
Deflexión instantánea
debida a la aplicación de la
carga viva
L/180
Pisos
NO
Deflexión instantánea
debida a la aplicación de la
carga viva
L/360
Techos o Pisos
SI
Elementos estructurales que si
sufren daños con deflexiones
excesivas
Techos o Pisos
SI
Elementos estructurales que no
sufren daños con deflexiones
excesivas
1
Techos (azoteas)
2
3
4
Parte de la flecha total que
ocurre después de la
colocación de los elementos
no estructurales
(sobrecarga+deformacion
diferida debido a cargas
muertas)
Ing. Julio Rivera Feijóo
L/480
L/240
Deformaciones
La deformación inicial debe ser con la Inercia adecuada
- sale del análisis estructural
El concreto, cuando está sometido a compresión se
deforma a través del tiempo. Ese fenómeno se
denomina “Flujo Plástico” (creep del concreto)
La deformación total será la deformación inicial más la
deformación diferida
Ing. Julio Rivera Feijóo
Momento de Inercia Equivalente “Ie” de la
viga
 M
 M cr 
cr


Ie = 
I
+
1
−
 g
M
M
  a
 a
3



3

 I cr

Mcr = Momento de agrietamiento
Ma = Momento máximo, en la condición donde se está
evaluando la flecha
Ig = Momento de Inercia de la sección bruta
Icr = Momento de Inercia de sección agrietada
Ing. Julio Rivera Feijóo
Momentos Equivalentes en vigas continuas
Vigas continuas en ambos
extremos
Ie = 0.70Iem + 0.15(Ie1 + Ie2)
Vigas continuas en un extremo
Ie = 0.85Iem + 0.15Ie1
Ing. Julio Rivera Feijóo
Ie2
Ie1
Iem
Ie1
Iem
Deformaciones Diferidas
δt =
ξ
1 + 50 ρ '
ρ’ = Cuantía del acero en compresión. Al centro de la luz para
elementos continuos y simplemente apoyados y en el apoyo para
volados
ε = Factor que depende del tiempo que actúa la carga considerada
ε=2
Para 5 años o más
ε = 1.4 Para 1 año
ε = 1.2 Para 6 meses
ε=1
Para 3 meses
Ing. Julio Rivera Feijóo
Tipos de deformaciones
δt = ξ .δi
δ = δi + δt
δ = deformación total
δi = deformación inicial
δt = deformación diferida que
ocurre a lo largo del tiempo
Ing. Julio Rivera Feijóo
L2 Contra Flechas
Ing. Julio Rivera Feijóo
Contra Flechas para deformaciones iniciales
Es conveniente indicar en planos y/o especificaciones técnicas las contra flechas
Ing. Julio Rivera Feijóo
L4 Drift (Desplazamientos
Relativos)
Ing. Julio Rivera Feijóo
Límites para la Distorsión de Entrepiso DRIFT
Material Predominante
∆ i/ hei )
Concreto Armado
0.7%
Acero
1.0%
Albañilería
0.5%
Madera
1.0%
Edificios de C.A. de Ductilidad Limitada
0.5%
Ing. Julio Rivera Feijóo
DRIFT
El Drift es variable en cada piso
Ing. Julio Rivera Feijóo
Choque entre edificios por DRIFT muy
elevado y junta inadecuada
Ing. Julio Rivera Feijóo
L5 Vibración
Ing. Julio Rivera Feijóo
Todos los objetos vibran con diferentes
frecuencias
Frecuencias
Naturales
Amplificación,
amortiguamiento
Y
Resonancia
Frecuencias
Con excitación
Externa
Ing. Julio Rivera Feijóo
La norma DIN 4150: Efectos en edificios y sus
elementos estructurales
3 Criterios de Aceptación:
El tema “exacto” es muy complejo
y las diversas normas del mundo
dan criterios diferentes per
parecidos
• Vibraciones Estructurales de
corta duración (transitorias)
• Vibraciones Estructurales
permanentes
Todos preferimos trabajar
conservadoramente con métodos
aproximados
• Vibraciones Permanentes
particulares de techos
Ing. Julio Rivera Feijóo
Espectro de respuesta de
los efectos de las
vibraciones en personas
y estructuras
Las vibraciones pueden ser molestas:
•
A las personas
•
A elementos que se puedan romper
(muros y otros)
•
Malograr funcionamiento de equipos
•
Agrandar las Fisuras en las estructuras
Ing. Julio Rivera Feijóo
Percepción Humana de las vibraciones: Según
Ministerio Soviético
• Para frecuencias entre 1 y 10 Hz
considera determinante en la
percepción el valor máximo de la
aceleración
• Para frecuencias entre 10 y 100
Hz el parámetro definitivo es la
velocidad.
Ing. Julio Rivera Feijóo
Sensación de confort: Norma ISO 2631-1
Percepción por las personas
Confortable
Aceleraciones
en m/seg2
<0.315
Un poco inconfortable
0.315 a 0.63
Bastante inconfortable
0.5 a 1.0
Inconfortable
0.8 a 1.6
Muy inconfortable
1.25 a 2.5
Extremadamente inconfortable
Ing. Julio Rivera Feijóo
> a 2.0
Resonancia en Estructuras por vibración de
Equipos
• Las Estructuras tienen múltiples
Frecuencias Naturales
• Los equipos usan una serie de
reductores con diversas
frecuencias.
• En lo posible usar “Resilentes”
de amotiguamiento
Ing. Julio Rivera Feijóo
Ventilador para Enfriamiento Industrial:
Problema: al ventilador se le rompían las paletas
El Proyecto de “Ingeniería Básica”
mostraba la siguiente solución
El Ingeniero Estructural planteó lo
siguiente:
• L = 5m
• P = 1tn + p.p.
Columna
Ing. Julio Rivera Feijóo
Control de Vibraciones en Estructuras
Sucede principalmente en estructuras livianas
PARA ANALIZAR LA VIBRACIÓN:
•
•
•
Se trabaja con una inercia
Equivalente --- he
Se puede hacer la estructura integral
Una buena aproximación se tiene sólo
Con la viga articulada en sus extremos:
Según el ASCE7-10
1=
2
.
.
≥ 2
2.8
= 5.6
Donde:
I = Inercia del elemento estructural (viga + losa)
E = Módulo de Elasticidad (sección compuesta)
m = masa del elemento estructural (viga + losa)
L = Longitud del elemento estructural
Se determina el ancho
Equivalente con “I” del acero
Ing. Julio Rivera Feijóo
L6 Movimientos inducidos por
viento
Ing. Julio Rivera Feijóo
La fuerza del viento
Sotavento
(succión)
Barlovento
(presión)
Presiones y succiones en paredes
Y techos
Ing. Julio Rivera Feijóo
El Efecto del Viento es muy Complejo
El Perú tiene vientos de velocidades
Pequeñas (mínimo 75 km/hora)
Por lo que todo se hace con mucha
simplificación
Ing. Julio Rivera Feijóo
Se debe controlar las deformaciones máximas
por viento en las fachadas
ASCE7-10
Se recomiendo que la deformación
Horizontal máxima de la parte superior
De las fachadas sea:
d < H/150
Para H = 10m se permite máximo 6.7cm
Ing. Julio Rivera Feijóo
L7 Expansión y Contracción
Ing. Julio Rivera Feijóo
Retracción del Concreto
Contracción de la
Losa de concreto
L = 100m
Fuerzas por la inter
Acción entre vigas y
columnas
Ing. Julio Rivera Feijóo
Efectos de la Retracción en concreto
“Curado sumergido”
Expansión
Curado
Tiempo
Deformaciones
Del concreto
Contracción
Esfuerzos
De tracción
Resistencia
De tracción
Del concreto
Tiempo
Tiempo
Ing. Julio Rivera Feijóo
Esfuerzos
actuantes
Esfuerzos
resistentes
Fig. 4
Efectos de la Retracción en concreto
“mal curado”
Expansión
Tiempo
Deformaciones
Del concreto
Contracción
Esfuerzos
De tracción
Resistencia
De tracción
Del concreto
Tiempo
Esfuerzos
actuantes
Grieta
Tiempo
Ing. Julio Rivera Feijóo
Esfuerzos
resistentes
Efecto del Curado
(Sin refuerzo y sin Expansivo)
Expansión
Curado por 7 días
0.01%
Edad en días
0.0
28
-0.02%
100
200
300
Probetas sumergidas
Curado como obra
-0.04%
Probetas sin curar
Contracción
Ing. Julio Rivera Feijóo
1año
Efecto del Refuerzo
(Curado como obra)
Expansión
Curado por 7 días
0.01%
Edad en días
0.0
28
100
200
-0.02%
Refuerzo ρ = 1.2%
Refuerzo ρ = 0.34%
-0.04%
Sin refuerzo
Contracción
Ing. Julio Rivera Feijóo
300
1año
Contracción de secado del
concreto
100%
Máximo
80%
mínimo
60%
40%
Promedio de 56 cilindros
20%
0%
10 días
90 días
28 días
1 año
5a
20a
2 años 10 a 30 a
Basados en cilindros curados 28 días y luego 50 á 60% de humedad
Ing. Julio Rivera Feijóo
Fig. 17
Proceso Constructivo
1
5
9
Edificio de vaciado único
Tendrá muchas fisuras
2
3
4
6
7
8
10
11
12
Edificio vaciado en 12 partes
Menos fisuras
Ing. Julio Rivera Feijóo
L9 Otros: Tabiquería
Los tabiques se diseñan en función a sus
apoyos, longitudes y espesores
Muro en Volado
Muro apoyado en 3 lados
Muro apoyado en 4 lados
Muro apoyado en 2 lados
Muro apoyado en 4 lados
Ing. Julio Rivera Feijóo
Fuerza Sísmica de Edificio y Tabiques
Fuerza Horizonta / Peso
Edificio
La Mar-Eureka
Multifamiliar San Felipe
Defensores
Morro Solar Lopez
Residencial Arequipa
Edif 1A
Edif 1B
Edif 1C
Edif 2A
Edif 3A
Multifamiliar Calle francia
Edificio delantero
Edificio posterior
Edificio Campodónico
Edif Ejercito-Time Magdalena
COSTANERA
BLOQUE A
BLOQUE B
Nº pisos
21
23
10
11
Tabiques en
Edificio Pisos
Azotea
6.4%
24.5% 38.1%
6.0%
19.6%
19.5%
46.9% 46.9%
15.3%
34.2% 50.6%
11
13
11
12
7
13.2%
13.6%
12.1%
14.9%
18.7%
7
7
22
16
15.4%
38.5% 59.2%
15.0%
27.1% 45.6%
9.2%
29.6%
6.9%
21.8% 33.8%
0.0%
0.0%
8.3%
23.1%
Ing.
Julio Rivera
Feijóo
10.2%
31.9%
15
16
36.5%
34.7%
28.9%
55.6%
37.0%
CLASIFICACIÓN DE TABIQUES EN FUNCIÓN A LA
ACELERACIÓN (EQUILIBRIO3)
COMO % DE ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD
Rango de
Clasificación
Aceleración de
diseño
Categoría E3
<0.2g
0.21g < 0.3g
0.31g < 0.4g
0.41g < 0.5g
0.51g < 0.6g
0.61g < 0.8g
0.81g < 1.0g
0.2g
0.3g
0.4g
0.5g
0.6g
0.8g
1.0g
A 0.2
A 0.3
A 0.4
A 0.5
A 0.6
A 0.8
A 1.0
Coef Sísmico Tabique/Coef Sísmico de Edificio
NÚM DE PISOS
y = -0.0059x2 + 0.2599x + 0.5481
VSMAX DE UN PISO
R² = 0.638
y = 0.0109x - 0.0718x + 3.0782
NÚM PISOS VS MAX DE AZOTEA
R² = 0.7362
2
9
RELACION DE ACELERACION DE LA AZOTE Y LA BASE
RELACION DE ACELERACION DE UN PISO Y LA BASE
4.5
y = -0.006x2 + 0.2629x + 1.1693
R² = 1
4
3.5
3
y = -0.006x2 + 0.2629x - 0.1067
R² = 1
2.5
2
1.5
1
8.5
8
7.5
7
y = 0.0109x2 - 0.0718x + 3.8144
R² = 1
6.5
6
5.5
5
4.5
4
3.5
y = 0.0109x2 - 0.0718x + 2.342
R² = 1
3
2.5
2
1.5
1
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
4
5
6
NÚMERO DE PISOS
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
NÚMERO DE PISOS
Ing. Julio Rivera Feijóo
Tabiquería sin Juntas con Estructura
El 1er piso funcionó como “Piso Blando”
Edificios
con
Piso
Blando
Ing. Julio Rivera Feijóo
L9 Otros: Oxidación
La corrosión destruye al acero
Tener presente: Recubrimientos, ataque químico externo y del concreto
Ing. Julio Rivera Feijóo
L9 Otros: Junta Sísmica
JUNTAS SÍSMICAS
Las juntas deben ser
continuas
En la figura, si la junta
fuera continua: ¿Estaría
bien que tenga relleno de
Poliestireno Expandido?
Ing. Julio Rivera Feijóo
Las Juntas sísmicas deben quedar libres, “sin
poliestireno expandido”
Si el Poliestireno es de
10cm Con módulo
E=60kg/cm2, y está
sometido a una
Presión de 10tn/m2
Se tendrá:
Deformación de 0.17 cm
Ing. Julio Rivera Feijóo
Ing. Julio Rivera Feijóo
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