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
