Ingeniería estructural albañilería

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
UNIVERSIDAD LOS ANGELES DE CHIMBOTE
ALBAÑILERIA ESTRUCTURAL
ESTRUCTURACIÓNY PREDIMENSIONAMIENTO
DOC: ING. VILLENA ORTEGA LUIS
HUARAZ, SETIEMBRE 2015

LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL
• Ingeniería estructural es la aplicación de los conocimientos de
la Mecánica, ciencia que estudia las fuerzas y sus efectos, al
arte de diseñar estructuras.
• En el análisis estructural conjugamos conocimientos de ciencias
básicas aplicadas al arte de la ingeniería para encontrar fuerzas
y deformaciones en una estructura.

OBJETIVOSDE LA INGENIERÍAESTRUCTURAL
 Objetivo General
Identificar, estudiar alternativas, seleccionar, analizar y verificar
resultados de la solución estructural a un problema ingenieril,
teniendo presentes los criterios de funcionalidad, economía y
seguridad.
En el diseño estructural completo se distinguen dos etapas:
análisis y diseño.

Objetivo del Análisis
Determinar fuerzas internas (axiales, cortantes, momentos) y
deformaciones de una estructura, sobre la base de: una forma
dada de la estructura, del tamaño y propiedades del material
usado en los elementos y de las cargas aplicadas.

 Objetivo del Diseño
Selección de la forma, de los materiales y detallado
(dimensiones, conexiones y refuerzo) de los componentes que
conforman el sistema estructural.
Ambas etapas son inseparables, parecería que se empieza por el
diseño, ya que es en esta etapa donde se crea y luego se analiza,
pero las cosas no terminan ahí, se requiere verificar que las
fuerzas encontradas en el análisis, si son soportadas y resistidas
con los materiales y dimensiones seleccionadas, por lo tanto
volveríamos al diseño, es decir, el proceso es iterativo.

CAPITULO II
ESTRUCTURACION Y PREDIMENSIONAMIENTO

1.1.ESTRUCTURACIONY PREDIMENSIONAMIENTO
¿QUE ES ESTRUCTURAR? – SISTEMA
ESTRUCTURAL
Es el arte de ensamblaje de miembros o
elementos independientes para conformar un
cuerpo único y cuyo objetivo es darle solución
(cargas y forma) a un problema civil
determinado.
La manera de ensamblaje y el tipo de miembro
ensamblado definen el comportamiento final de
la estructura y constituyen diferentes sistemas
estructurales.

• En algunos casos los elementos no se distinguen como
individuales sino que la estructura constituye en si un sistema
continuo como es el caso de domos, losas continuas o macizas
y muros, y se analizan siguiendo los conceptos y principios
básicos de la mecánica.

El sistema estructural constituye el soporte básico, el armazón o
esqueleto de la estructura total y él transmite las fuerzas
actuantes a sus apoyos de tal manera que se garantice
seguridad, funcionalidad y economía.
En una estructura se combinan y se juega con tres aspectos:
FORMA
MATERIALES Y DIMENSIONES DE ELEMENTOS
CARGAS
los cuales determinan la funcionalidad, economía y estética de la
solución propuesta.

ELECCIÓN DEL SISTEMA ESTRUCTURAL
ALBAÑILERÍA,
A PORTICADO,
MIXTO
SISTEMA DUAL
MUROS Y SISTEMA DE PISOS
ETC.

EDIFICIOAPORTICADO(VIGASYCOLUMNASDEC⁰A⁰)
APORTICADOCON MUROS (TABIQUES)
DE RELLENO

Mixto I(PórticosyAlbañilería)

Mixto II (Pórticos y Muros Estructurales)
Sólo Muros Estructurales

Edificios de muros de ductilidad
limitada

Sistema dual (muros estructurales y
pórticos)

• Generalidades.
Importancia de la configuración estructural en el
comportamiento Sísmico. Las recomendaciones para la selección
correcta de la configuración estructural de un edificio incluye la
forma de la construcción en planta y en elevación, así como la
distribución y arreglo de los elementos estructurales que
constituyen el esqueleto resistente del edificio.

• La forma, el tamaño, naturaleza y los elementos que actúan
sísmicamente; son lo que definen la configuración estructural
de un edificio. El número de pisos y sus alturas constituyen un
factor sísmico. Las escaleras constituyen un elemento fijo en la
estructura del edificio que representa un punto de rigidez
localizada. Las escaleras y elevadores representan
interrupciones en los pisos que afectan el comportamiento
sísmico de éste y esta influencia puede ser en mayor o en
menor medida dependiendo de donde su localización. La
recomendación más frecuente de estructuración para zonas
sísmicas tiende a edificios regulares y robustos

Forma de la construcción, tipo y arreglo de los elementos estructurales
 Sencillez, uniformidad y simetría de la construcción
 Evitar “rarezas” Arquitectónicas
 La distribución simétrica
 Sistemas Estructurales que proporcionan rigidez
 Buscar una forma regular tanto en planta como en elevación
 Uniformidad de Resistencia y Rigidez
 Sistemas de piso suficientemente rígidos y resistentes
 La cimentación deberá ayudar a que el edificio y el suelo actúen
monolíticamente

EDIFICIOS SIMPLES
EDIFICIOS COMPLEJOS

• Recomendaciones para la selección de la correcta
configuración estructural de un edificio, Características
Relevantes
a. El peso
 Buscar ligereza
 Evitar masas excesivas en la parte alta.
 Evitar diferencias en los pesos de pisos sucesivos
 Peso distribuido simétricamente en la planta de cada piso

b. Formas del edificio en planta
 Evitar asimetrías
 Coincidencia de centro de masa con el de torsión
 Separación de cuerpos con juntas sísmicas
 Unir con vigas de liga
 Evitar alargamientos
 No usar esquinas entrantes
 Planta lo más compacta posible, para evitar concentraciones de
esfuerzos
c. Forma del edificio en elevación
 Sencillez, regularidad y simetría
 Evitar reducciones bruscas en niveles superiores
 Evitar esbeltez excesiva puede provocar volteo

d. Separación entre edificios adyacentes
Debemos buscar una separación con respecto a edificios adyacentes, para
evitar que se golpeen unos a otros durante la vibración de un sismo.
Requisitos básicos de estructuración Para edificios en zonas sísmicas:
a) Configuración de elementos estructurales que brinden resistencia y
rigidez a cargas laterales en cualquier dirección. Usando sistemas
resistentes en dos direcciones ortogonales
b) Esta configuración debe permitir un flujo continuo, regular y eficiente de
las fuerzas sísmicas.
c) Evitar amplificaciones de las vibraciones, las concentraciones de
solicitaciones y las vibraciones torsionales, por eso buscamos una
estructura sencilla, regular, simétrica y continua.
d) Disponer de redundancia y de capacidad de deformación inelástica para
disipar la energía de un sismo, utilizando amortiguamiento inelástico
elevado.

Requisitos específicos de estructuración El edificio deberá tener un sistema
estructural que le de rigidez y resistencia en dos direcciones ortogonales.
Pueden colocarse muros o contravientos. Es recomendable disponer de una
longitud adecuada de muros alineados en las dos direcciones. Debemos
buscar al mínimo la vibración torsional, evitando la asimetría. También
necesitamos que la estructuración posea una elevada rigidez torsional para
hacer frente a posibles torsiones accidentales, así los elementos mas rígidos
deben estar en la periferia.
Debemos evitar excentricidades, equilibrando la rigidez de los marcos, la
continuidad en elevación del sistema estructural, y evitar los cambios bruscos
de rigidez y resistencia. Ventajas y limitaciones de los sistemas estructurales
básicos Marcos rígidos Permite una gran libertad en el uso del espacio interno
el edificio. Tiene gran ductilidad y capacidad de disipar la energía, utilizando
un requisito llamado viga débil-columna fuerte su comportamiento se rige
por las deformaciones de deflexión, además de contar con un alta flexibilidad.

1. Elección del sistema estructural ⇒ ALBAÑILERÍA O A PORTICADO
O MIXTO (muros y sistema de pisos)
2. Definición de la forma y de la cantidad, continuidad y
distribución de los elementos que forman el sistema estructural
en planta y en altura ⇒ Configuración y estructuración.
 Simplicidad Y Simetría.
 Resistencia Y Ductilidad
 Hiperestaticidad Y Monolitismo.
 Uniformidad Y Continuidad De La Estructura
 Rigidez Lateral
 Diafragma Rígida
 Elementos No Estructurales
 Sub Estructura O Cimentación.

1. SIMPLICIDAD Y SIMETRIA
La experiencia ha demostrado repetidamente que las estructuras
simples se comportan mejor durante los sismos. Hay dos razones
principales para que esto sea así. Primero, nuestra habilidad para
predecir el comportamiento sísmico de una estructura es
marcadamente mayor para las estructuras simples que para las
complejas; y segundo, nuestra habilidad para idealizar los
elementos estructurales es mayor para las estructuras simples
que para las complicadas. La simetría de la estructura en dos
direcciones es deseable por las mismas razones; la falta de
simetría produce efectos torsionales que son difíciles de evaluar
y pueden ser muy destructivos.

Simplicidad y Simetría.
Acerca de la simplicidad:
• Las estructuras simples son más fáciles de idealizar y de
predecir su comportamiento.
• Peso mínimo (sobre todo en los pisos altos)
Acerca de la simetría:
• La simetría evita la presencia de efectos torsionales
(coincidencia entre el centro de masa y el centro de rigidez).

Fallas relacionadas con la
SIMETRÍA
• Torsión en planta
• Asimetría en planta
• Asimetría en elevación

Falladeedificaciónconasimetríaenplanta
Hotel Embassy.
Sismo Pisco 15/08/2007

NO SI
• Forma inadecuada
adecuada
• Irregular Simétrica
Configuración de una
EDIFICACION
sismorresistente
Forma adecuada

Plantas simples y regulares. Las plantas
con formas de L, T, etc., deberán ser
evitadas o, en todo caso, se dividirán
en formas simples.
Comentario
Las plantas irregulares en forma de T, L, H, Z, U
han mostrado tener mal comportamiento
sísmico, por el hecho de que cada zona está
sujeta a fuerzas de inercias que podrían actuar
simultáneamente en sentidos indeseables, por
tal razón se especifica desdoblar este
tipo de edificación en bloques simples
mediante juntas verticales

Edificios con asimetría en elevación.
(Efectode“latigazo”debidoalcambiobruscoderigidez→
concentracióndeesfuerzos)

2. RESISTENCIA Y DUCTILIDAD
Las estructuras deben tener resistencia sísmica adecuada por lo menos en
dos direcciones ortogonales o aproximadamente ortogonales, de tal manera
que se garantice la estabilidad tanto de la estructura como un todo, como de
cada una de sus elementos. La característica fundamental de la solicitación
sísmica es su eventualidad; por esta razón, las fuerzas de sismo se establecen
para valores intermedios de la solicitación, confiriendo a la estructura una
resistencia inferior a la máxima necesaria, debiendo complementarse el saldo
otorgándole una adecuada ductilidad., es la ubicación de las rótulas plásticas.
El diseño debe tender a que estas se produzcan en los elementos que
contribuyan menos a la estabilidad de la estructura, por esta razón, es
conveniente que se produzcan en las vigas antes que en las columnas. Los
criterios de ductilidad deben también extenderse al dimensionamiento por
corte, ya que en el concreto armado la falla por corte es de naturaleza frágil.
Para lograr este objetivo, debe verificarse en el caso de una viga, que la suma
de los momentos flectores extremos divididos por la luz sea menor que la
capacidad resistente al corte de la viga.

• a. Fallas relacionadas con la RESISTENCIA
• Insuficiente resistencia a la cortante de entrepiso
• Fallas en vigas y columnas
• Fallas en muros de corte (placas)
• Falla en vigas de acoplamiento
• Fallas relacionadas con la DUCTILIDAD
• Columnas colapsadas en edificios aporticados
• Falla en nudos sin ductilidad adecuada
• Insuficiencia de longitud de anclaje

Insuficiente resistencia al cortante de los entrepisos
Se produce por insuficiente resistencia a carga lateral de los
elementos verticales de soporte: placas y columnas.
Muy peligrosa porque puede conducir al colapso total de la
edificación.
Sismo Haití 12/01/2010 (M = 7.0)
RESISTENCIA

RESISTENCIA
Av. Chapultepec. Sismo México
19/09/1985
Edificio Televisa, Av. Chapultepec,
Sismo México 19/09/85

Sismo Bucarest, Rumanía,
Mar. 1977 (M = 7.2)

Falla en vigas:
• Grietas diagonales→ Cortante
• Rotura de estribos→ Cortante
• Grietas verticales→ Flexión
• Rotura del refuerzo→ Flexión
• Aplastamiento del concreto → Flexión

Falla por flexión en viga (mala evaluación
de las cargas actuantes)
Falla por cortante en viga

Falla por corte (tracción diagonal)
en vigas

Falla en Columnas:
• Grietas diagonales → Cortante
• Grietas verticales → Compresión
• Desprendimiento del concreto → Compresión
• Aplastamiento del concreto y pandeo de las barras
de refuerzo → Flexocompresión
Falla por compresión en columna

Efecto combinado de carga axial y momento flector
sobre columna sin y con refuerzo transversal

Falla frágil de cortante o tracción diagonal en columnas o vigas, por
insuficiente confinamiento de estribos en los extremos adyacentes a los
nudos.
(Ante el inadecuado confinamiento de estribos, estos se abren y el
concreto estalla, seguido del pandeo lateral del refuerzo longitudinal)

Falla por compresión en columna con estribos muy separados

• Columnas colapsadas en edificios aporticados
(Caso de vigas más resistentes que las columnas, las rótulas
plásticas se forman en las columnas antes que en las vigas,
originándose mecanismos de falla)
DUCTILIDAD

• Resistencia a flexión de las columnas, en las caras de los
nudos

• Generación de rótula
plástica en viga

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3. HIPERESTATICIDAD Y MONOLITISMO
• Como concepto general de diseño sismo-resistente, debe
indicarse la conveniencia de que las estructuras tengan una
disposición hiperestática; ello logra una mayor capacidad
resistente. En el diseño de estructuras donde el sistema de
resistencia sísmica no sea hiperestático, en necesario tener en
cuenta el efecto adverso que implicaría la falla de uno de los
elementos o conexiones en la estabilidad de la estructura.

4. UNIFORMIDAD Y CONTINUIDAD DE LA ESTRUCTURA
La estructura debe ser continua tanto en planta como en
elevación, con elementos que no cambien bruscamente su
rigidez, para evitar la concentración de esfuerzos.

Discontinuidad de columna en obra

Efecto de “piso blando”
Muros o placas que se eliminan en el primer piso, concentrando
demandas de ductilidad excesivas para las columnas del primer piso,
dado el comportamiento de sólido rígido de las placas superiores

Colapso de pisos blandos intermedios(Sismo de Kobe, 1995)

CHOQUE ENTRE EDIFICIOS
Si no existe suficiente separación
sísmica entre edificios adyacentes, su
manera distinta de vibrar ante la
solicitación sísmica puede producir el
choque entre ellos. Esto es más
peligroso cuando los edificios
adyacentes no coinciden en sus alturas
de entrepiso.

5. RIGIDEZ LATERAL
Para que una estructura pueda resistir fuerzas horizontales sin
tener deformaciones importantes, será necesario proveerla de
elementos estructurales que aporten rigidez lateral en sus
direcciones principales. Las estructuras flexibles tienen la ventaja
de ser más fáciles de analizar y de alcanzar la ductilidad deseada.
Sus desventajas son:
que el pórtico flexible tiene dificultades en el proceso
constructivo ya que puede existir gran congestionamiento de
acero en los nudos,
que los elementos no estructurales pueden invalidar el análisis
ya que al ser difíciles de separar completamente de la
estructura es posible que introduzcan una distribución
diferente de esfuerzos y que las deformaciones son
significativas siendo a menudo excesivas.

Edificaciones con insuficiente
rigidez lateral en la dirección
transversal

6. EXISTENCIA DE LOSAS QUE PERMITEN CONSIDERAR A LA
ESTRUCTURA COMO UNA UNIDAD ( Diafragma rígido )
En los análisis es usual considerar como hipótesis básica la existencia
de una losa rígida en su plano, que permite la idealización de la
estructura como una unidad, donde las fuerzas horizontales aplicadas
pueden distribuirse en las columnas y placas de acuerdo a su rigidez
lateral, manteniendo todas una misma deformación lateral para un
determinado nivel. Debe tenerse especial cuidado en las reducciones
de planta con zonas tipo puente. Las estructuras alargadas en planta
tienen mayor posibilidad de sufrir diferentes movimientos sísmicos
aplicados en sus extremos, situación que puede producir resultados
indeseables. Una solución a este problema es independizar el edificio
en dos o más secciones, mediante juntas de separación sísmica, que
deben ser debidamente detallada y construidas para evitar el choque
de dos edificaciones vecinas.

Debe preferirse edificaciones con diafragma rígido y continuo, es
decir, edificaciones en los que las losas de piso, el techo y la
cimentación, actúen como elementos que integran a los muros
portantes y compatibilicen sus desplazamientos laterales.
Diafragma rígido discontinuo Diafragma rígido continuo

El diafragma rígido es una lámina que no se deforma axialmente ni se
flexiona ante cargas contenidas en su plano. Los techos metálicos o de
madera no constituyen diafragmas rígidos y tampoco arriostran
horizontalmente a los muros, en ellos es indispensable el empleo de vigas
soleras que amarren a todos los muros, diseñadas para absorber las
acciones sísmicas perpendiculares al plano de la albañilería (armada o
confinada), sólo se permite diafragmas flexibles en el último nivel.

• Los diafragmas deben distribuir la carga de gravedad sobre
todos los muros que componen a la edificación, con los
objetivos principales de incrementarles su ductilidad y su
resistencia al corte, en consecuencia, es recomendable el uso
de losas macizas o aligeradas armadas en dos direcciones. Es
posible el uso de losas unidireccionales siempre y cuando los
esfuerzos axiales en los muros no excedan del valor indicado
en el Artículo 19

Fallas relacionadas con la HIPÓTESIS DE DIAFRAGMA
RÍGIDO
• Aberturas grandes en las losas de piso
• Formas rectangulares muy alargadas
Acerca de la Hipótesis de Diafragma Rígido
• Permitir que la losa pueda considerarse rígida en su
plano para poder distribuir las fuerzas horizontales de
acuerdo a la rigidez lateral de los elementos verticales
(placas y columnas).
• Evitar grandes aberturas, reducciones en planta,
formas alargadas en planta, formas T, L óH.

Posibles soluciones para plantas muy alargadas o con aberturas
importantes:

7. ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES
Otro aspecto que debe ser tomado en cuenta en una
estructuración es la influencia de los elementos secundarios. Si
la estructura está conformada básicamente por pórticos, con
abundancia de tabiquería, esta no se podrá despreciar en el
análisis, pues su rigidez será apreciable. Si la estructura es rígida,
estando conformada por muros de concreto (placas) y pórticos
es probable que la rigidez de los tabiques de ladrillo sea pequeña
en comparación con la de los elementos de concreto armado; en
estos casos, despreciar en el análisis los tabiques no será tan
importante.

Fallas relacionadas con la PARTICIPACIÓN DE ELEMENTOS
NO ESTRUCTURALES
Daños en tabiqueríab
Columna corta
Acerca de la participación de elementos NO estructurales
•Independizar los tabiques de albañilería (sobre todo en
estructuras flexibles)
•Analizar la posibilidad de generar columnas “cortas”
•Considerar la participación de los muros portantes de
albañilería confinada como muros de corte (sobre todo en
estructuras conformadas exclusivamente por pórticos)

Daños en tabiquería de ladrillo, vidrios, cornisas y parapetos
(Por tener estructuras muy flexibles, con poca rigidez lateral y sin
detallado especial)
(En realidad NO se trata de una falla estructural, pero causa
problemas de estética y alarma a los residentes del edificio)

Colapso total de tabiques divisorios

Falla de tabique por ausencia de independización→ pudo generarse
también columna corta

Aislamiento adecuado de alféizares

Deformación de columna corta confinada parcialmente por muros

Solución al problema de columna corta en centros educativos:
independizaciónde tabiques y uso de columnas estructurales más rígidas

8. SUB - ESTRUCTURA O CIMENTACION
La regla básica respecto a la resistencia sísmica de la sub-estructura es que se
debe obtener una acción integral de la misma durante un sismo; además de
las cargas verticales que actúan, los siguiente factores deberán considerarse
respecto al diseño de la cimentación:
a) Transmisión del corte basal de estructura al suelo.
b) Provisión para los momentos volcantes.
c) Posibilidad de los movimientos diferenciales de los elementos de la
cimentación.
d) Licuefacción de suelos.
Otro aspecto que debe considerarse en el análisis estructural es la posibilidad
de giro de la cimentación; normalmente los ingenieros están acostumbrados
a considerar un empotramiento en la base de las columnas y muros, lo cual
no es cierto en la mayoría de los casos.

El suelo debe ser compatible con el tipo de cimentación empleado. Así por
ejemplo, un suelo blando puede no ser compatible con cimentaciones
superficiales aisladas convencionales y un suelo rígido no requiere de
cimentaciones profundas. Así mismo, existen taludes que pueden fallar
como un conjunto, por lo que es necesario determinar la superficie de falla
para garantizar que la cimentación se realice con la profundidad adecuada.

¿ Qué es la ingeniería estructural ?
LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ES El ARTE DE USAR
MATERIALES
Con Propiedades físicas que únicamente pueden ser
estimadas
PARA CONSTRUIR ESTRUCTURAS REALES
Que únicamente pueden ser analizadas en forma aproximada
PARA SOPORTAR FUERZAS
Que no se pueden determinar y conocer con exactitud

1. Un Ingeniero no es que sea prepotente, es que está
rodeado de inútiles.
2. Un Ingeniero no tiene el ego muy Grande, es que el
cuarto es muy chiquito.
3. No es que quieran tener la razón siempre, es que los
otros siempre se equivocan.

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