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UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZÁN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

EVALUACIÓN SÍSMICA DE VIVIENDAS AUTOCONSTRUIDAS EN LA CIUDAD DE CAYHUAYNA – HUÁNUCO TESIS PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL TESISTA Owner Habacuc Salvador Salazar

ASESOR Ing. Moisés Torres Ramírez

HUÁNUCO – PERÚ NOVIEMBRE 2013

“EVALUACIÓN SÍSMICA DE VIVIENDAS AUTOCONSTRUIDAS EN LA CIUDAD DE CAYHUAYNA – HUÁNUCO.”

A Dios: “Por darme una vida maravillosa al lado de mis seres queridos, y ser guía en mi vida”.

A mis queridos padres Felipe Salvador Arostegui y Fortunata Salazar Sumarán: “Por todo su incansable e inacabable apoyo en todo tiempo, y sus eternas enseñanzas para afrontar la vida”.

A mis queridos hermanos: Olindo, er, Naun, Abel, Handel, Daynis, Oswaldo y Caleb: “Por bridarme su apoyo, alegrías y motivos para seguir adelante”

Al Ing. Moisés Torres, al Ing. Wilson Arquiñigo, al Ing. Jorge Zevallos, al Ing. Antonio Dominguez, al Bach. Edwin Mendoza, al Bach. Lenin Lorenzo: “Quienes con su dirección y apoyo incondicional hicieron posible la culminación de este trabajo”.

A los docentes de la Facultad de Ingeniería Civil, personal técnico de laboratorio, colegas y amigos: “Quienes estuvieron pendientes del avance del trabajo y con su motivación y apoyo hicieron posible mantenerme firme hasta culminar este trabajo”.

Owner Salvador

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CONTENIDO Resumen………………………………………………………………………………………………6 Listas de Información………………………………………………………………………………7 Introducción…………………………………………………………………………………………13

CAPÍTULO 1: ANTEPROYECTO……………………………………………………….……..14 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA……………………………………………………….15 1.1.1. Antecedentes y Fundamentos del Problema…………………………………….15 1.1.2. Formulación del Problema……….…………………………………………………..16 1.1.3. Objetivos………………………………………………………………………………...17 1.1.4. Justificación e importancia………………………………………………………….17 1.1.5. Limitaciones y Alcances……………………………………………………………..18 1.2. MARCO TEÓRICO…………………………………………………………………………….18 1.2.1. Revisión de Estudios Realizados…………………………….…………………….18 1.2.2. Marco Situacional……………………………………………………………………..19 1.2.3. Definiciones de Términos Básicos………………………………………………...20 1.3. HIPÓTESIS, VARIABLES, INDICADORES Y DEFINICIONES OPERACIONALES………………………………………………………………………….....21 1.3.1. Hipótesis…………………………………………………………………………….…..21 1.3.2. Sistema de Variables, dimensiones e indicadores……………………………...21 1.3.3. Definición Operacional de Variables, Dimensiones e Indicadores…………..22 1.4. MARCO METODOLÓGICO…………………………………………………………………..23 1.4.1. Tipo y Nivel de Investigación………………………………………………………..23 1.4.2. Diseño de la Investigación………………………….…………………………………..…24 UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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1.5. MATRIZ DE CONSISTENCIA………………………………………………………………...........25 1.6. UNIVERSO/POBLACIÓN Y MUESTRA………………………………………………….………26 1.7. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS ………………..…..….….27 1.7.1. Fuentes, Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos…………………27 1.7.2. Procesamiento y Presentación de Datos……………………………..…..……..…28 1.8. ASPECTOS ISTRATIVOS Y PRESUPUESTALES …………………………….…….28

CAPÍTULO 2: MARCO INSTITUCIONAL E HISTÓRICO……………………………..29 2.1. A Nivel Internacional………………………………………………………………….…,….32 2.2. A Nivel Nacional………………………………………………………………………………39

CAPÍTULO 3: GENERALIDADES…………………………………………………………….42 3.1. Ubicación………………………………………………………………………………............43 3.2. Geomorfología……………………………………………………………………………....44 3.3. Geología………………………………………………………………………………………..44 3.4. Tipología estructural de Las Viviendas Estudiadas…………………………………....47 3.5. Características Estructurales de las Viviendas Estudiadas………………………….48

CAPÍTULO 4: CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS Y MECÁNICAS DE LA ALBAÑILERÍA UTILIZADA EN LA CONSTRUCCIÓN DE LAS VIVIENDAS ESTUDIADAS……………………………………………………………………………………...55 4.1. Control de Materiales Utilizados…………………………………………………………..56 4.1.1. Unidades de Albañilería…………………….…………………………….................56 4.1.2. Cemento……………………………………..………………………………………….65 4.1.3. Agregados……………………………………………………………………………...66 4.1.4. Agua…………………………………………………………………………………...67 UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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4.1.5. Mortero…………………………………………………………………………………..67 4.1.6. Concreto…………………………………………………………………………………70 4.1.7. Acero de Refuerzo……………………………………………………………………..73 4.2. Prismas de Albañilería……………………………………………………………………….73 4.2.1. Pilas…...……………………………………..………………………………………….74 4.3. Evaluación de Resultados…………………………………………………………………..84

CAPÍTULO 5: ANÁLISIS SÍSMICO DE UNA VIVIENDA AUTOCONSTRUIDA REPRESENTATIVA……………………………………………………………………….……...86 5.1. Características de la Estructura……………………………………………………………88 5.2. Referencias Normativas………………………………………………………………….….90 5.3. Propiedades de los Materiales……………………………………………………………..90 5.4. Cargas…………………………………………………………………………………………..92 5.4.1. Cargas Verticales……………………………………………………………………...92 5.4.2. Cargas Laterales..……………………………………………………………………..93 5.4.3. Factor de Zona………………………………………………………………………....93 5.4.4. Factor de Suelo………………………………………………………………………...94 5.4.5. Factor de Uso…………………………………………………………………………..96 5.4.6. Factor de Ampliación Sísmica……………………………………………………...98 5.4.7. Factor de Reducción Sísmica……………………….……………………………...98 5.4.8. Espectro Elástico………………………………………………………………….…..99 5.5. Consideraciones de Masa……………………………………………………………........105 5.6. Modelo Matemático………………………………………………………………………....105 5.7. Análisis Modal……………………………………………………………………………….109 UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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5.8. Verificación de Distorsiones o Derivas………………………………………………....111 5.9. Configuración Estructural………………………………………………………………....115 5.9.1. Irregularidad en la Altura…………………………………………………………...115 5.9.2. Irregularidad en Planta………………………………………………………………117 5.10. Análisis Estático……………………………………………………………………………119 5.11. Verificación de Elementos Estructurales……………………………………………...123 5.11.1. Respuestas del Análisis Estructural del Pórtico más Crítico……………...125 5.11.2. Verificación de Columnas……………………………………………..................127 5.11.3. Verificación de Vigas……………………………………………………………...129 5.11.4. Verificación de Muros de Albañilería Confinada……………………………..129 5.11.5. Verificación de elementos de confinamiento…..……………………………..139

CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y FUTURAS LINEAS DE INVESTIGACIÓN………………………………………….…….………………………………142 6.1. Conclusiones………………………………………………………………………………...143 6.2. Recomendaciones….………………………………………………………………............147 6.3. Líneas Futuras de Investigación………………………………………………………….148

CAPÍTULO 7: BIBLIOGRAFÍA………………………………………….………………...….149 7.1. Bibliografía Física…………………………………………………………………….……..150 7.2. Bibliografía Electrónica……………………………………………………………….……151

CAPÍTULO 8: ANEXOS………………………………………….…………………………….152

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RESUMEN La investigación muestra el problema real que sucede en nuestro país, ha sido un trabajo in situ y que como aporte da a conocer los principales parámetros

que

definen la vulnerabilidad local de las estructuras autoconstruidas que pueden afectar daños actuales o futuros, que se ocasionan en viviendas ya sea por desconocimiento de materiales, procesos constructivos o uso inadecuado de los mismos y que si se trabaja conjuntamente con las municipalidades u organismos Estatales podríamos resolver tremendos problemas con soluciones adecuadas y prácticas para el poblador. El tema es muy interesante ya que se abarca un punto crítico real en de las construcciones de viviendas en nuestra ciudad, así como en otras ciudades de Latinoamérica. El trabajo tiene como objetivo principal estudiar el comportamiento estructural de las viviendas autoconstruidas en la ciudad de Cayhuayna que dicho sea de paso es uno de los conos de la ciudad donde el comportamiento de explosión demográfica es alta. El desarrollo de este estudio consiste en modelar una vivienda típica autoconstruida y realizar una evaluación estructural sometida ante fuerzas laterales provocadas por sismos moderados. Dicho modelo es elaborado en base a características geométricas típicas que han sido levantadas in-situ en las inmediaciones de la ciudad de Cayhuayna, las características físico-mecánico de los materiales de autoconstrucción son calculadas en el laboratorio de estructuras de la facultad de Ingeniería Civil, además de ser comparadas con los isibles propuestos en la norma RNE E-060 y la norma RNE E-070, principalmente el módulo de elasticidad de la albañilería usada en dichas viviendas, los parámetros sísmicos que se usa en esta investigación son las que propone el RNE E-030. Dicho análisis evidencio ciertas deficiencias, tanto en la configuración estructural, como en la resistencia de los materiales que típicamente conforman el muro de albañilería confinada.

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LISTAS DE INFORMACIÓN LISTA DE IMÁGENES Numero Titulo

Pagina

1 Localización de viviendas al frontis de la Universidad Nacional Hermilio Valdizán. 2 Relieve del terreno donde se ubican las viviendas estudiadas.

43

3 Carta Geológica 20-k – Ubicación de zona del Proyecto

46

4 Carta Geológica 20-k – Ubicación de zona del Proyecto

46

5 Planta de vivienda autoconstruida

49

6 Planta de vivienda autoconstruida

50

7 Pila de albañilería Típica

74

8 Pila Típica con LVDT

79

9 Mapa de ubicación de las exploraciones de suelos.

96

10 Estructuración del nivel 1 en planta

44

98

11 Relación Fuerza Sísmica – distorsión o deriva de la edificación 12 Casos de carga de sismo – para verificación de Distorsiones

101

13 Casos de carga de sismo reducidos.

103

14 S1 –S2 Componentes espectrales en la dirección de ejes principales y ejes de la estructura X-Y 15 Vista en planta de Arquitectura de nivel 1

104

16 Vista en planta de Arquitectura de NIVEL 2 y 3

106

17 Nivel 1 - Modelo

107

18 Nivel 2 – Modelo

107

19 Vista Posterior del Modelo 3d

108

20 Vista Frontal del Modelo 3d

108

21 Forma de Modo número 1

110

22 Forma de Modo numero 2

111

23 Movimiento X-X debido a cargas de sismo en elevación y planta 24 Movimiento Y-Y debido a cargas de sismo en elevación y planta 25 Espectros de Sismo para verificación de la edificación

114

26 Casos de sismo escalado

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27 Carga Axial - Eje 2 – A-B-C-D-E-F-G-H-I

125

28 Momentos flectores - Eje 2 – A-B-C-D-E-F-G-H-I

126

29 Fuerza Cortante - Eje 2 – A-B-C-D-E-F-G-H-I

126

30 Columna Típica: 25x25 - 4ø5/8:

127

31 Verificación Ratios de interacción P-MM en columnas Eje 2 – A-B-C-D-E-F-G-H-I 32 Aceros de refuerzo en vigas Eje 2 – A-B-C-D-E-F-G-H-I

127

33 Pier Labels de muros de albañilería confinada analizados

130

34 Momento flector Me por acción de SISMO MODERADO MURO X5 35 Fuerza Cortante Ve por acción de SISMO MODERADO MURO X5 36 Fuerza Axial por sobrecarga reducida Pg por acción de SISMO MODERADO - MURO X5 38 Etiquetas de columnas de confinamiento

134

39 Disposición de muros

141

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LISTA DE CUADROS Numero Titulo

Pagina

1 Columna Cronoestratigráfica

45

2 Factor de uso

97

LISTA DE INFOGRAFÍAS Numero Titulo

Pagina

1 ¿Cuántas familias no cuentan con un techo para vivir o

34

habitan en viviendas de mala calidad? 2 Ubicación de proyecto en mapa de zonificación sísmica

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LISTA DE TABLAS Numero Titulo 1 Cálculo de la Variabilidad en las Unidades de Albañilería (Ladrillo pandereta) 2 Cálculo de la Variabilidad en las Unidades de Albañilería (Ladrillo macizo artesanal 3 Medición del Alabeo (Ladrillo pandereta) 4 Medición del Alabeo (Ladrillo macizo artesanal) 5 Mediciones y Resultados de ensayo de Compresión (ladrillo pandereta) 6 Mediciones y Resultados de ensayo de Compresión (ladrillo pandereta) 7 Clase de Unidad de Albañilería para fines estructurales – Norma E.070 8 Mediciones y Resultados de ensayo de Compresión (Probetas de mortero) 9 Resultados de Ensayo a Compresión f´c = 175 Kg/cm2 10 Factores de Corrección de f´m por esbeltez, Norma E.070 11 Resultados de los Ensayos de Compresión Axial en Pilas de ladrillos pandereta 12 Resultados de los Ensayos de Compresión Axial en Pilas de ladrillos macizo artesanal 13 Cálculo del Módulo de Elasticidad en Pilas 14 Cálculo del Módulo de Elasticidad en Pilas 15 Resistencias Características de la Albañilería según la Norma E.070 16 Cálculo de la resistencia de diseño al corte 17 Factores de Zona 18 Factor de suelo 19 Participaciones de Masa de acuerdo al Método de Eigenvalores 20 Periodos Fundamentales obtenidos del análisis modal según el método de eigenvalores. 21 Distorsiones Elásticas No lineales 22 Áreas de secciones de elementos que soportan cargas laterales – piso 1- 3 23 Verificación de Irregularidad de Masa 24 Desplazamientos relativos de entrepiso respecto al permitido 25 Valores del cortante dinámico 26 Peso de la edificación en Kg 27 Densidad de Muros 28 Verificación de muros por carga axial dirección XX 29 Verificación de muros por carga axial dirección YY UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

Pagina 59 60 62 62 64 64 65 69 71 77 78 78 82 83 84 85 94 94 109 110 112 115 116 117 119 120 131 132 133

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30 Verificación y Control de Fisuras por acción de SISMO MODERADO 31 Verificación y Control de Fisuras por acción de SISMO SEVERO (Vu < Vm) 32 Fuerzas de Inercia ante el Sismo Moderado y Severo 33 Verificación de la resistencia al corte del edificio en la dirección XX 34 Verificación de la resistencia al corte del edificio en la dirección YY 35 Verificación de elementos de confinamiento

135 137 139 139 140 142

LISTA DE GRÁFICOS Numero 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Titulo Cantidad de edificios según el número de pisos Tipos de ladrillos usados en tabiques Dimensiones de vigas Dimensiones de Columnetas Cantidad de varillas en la columna Opinión del propietario si cree que su vivienda está preparada para soportar sismo Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº1 Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº2 Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº3 Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº4 Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº 2 Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº 3 Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº 4 Espectro elástico de aceleraciones Variación de distorsiones por niveles caso SXDRIFT

Pagina 47 51 53 53 53 54 80 80 81 81 82 83 83 100 113

16 Variación de distorsiones por niveles caso SYDRIFT

113

17 Variación del cortante dinámico por niveles, según los casos

120

de sismo en XX y YY. 18 Diagrama de Interacción de Columna

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LISTA DE FOTOGRAFÍAS Numero Titulo

Pagina

1 Vivienda en construcción por las inmediaciones de la vía colectora en Cayhuayna 2 Muros del primer nivel a base de ladrillos macizo artesanal.

30

3 Muros del segundo nivel de una vivienda en proceso de construcción a base de ladrillos pandereta. 4 Muros tabique integrado al sistema estructural

51

5 Ladrillo Pandereta Acanalado

57

6 Ladrillo Macizo Artesanal

57

7 Ensayo de Alabeo

61

8 Ensayo de compresión de ladrillo pandereta

63

9 Ensayo de compresión de ladrillo pandereta

63

51

52

10 Arena de rio y arena amarilla

66

11 Elaboración de Mortero

68

12 Probeta de mortero con capping, listo para ensayar

68

13 Ensayo de compresión

69

14 Elaboración de probetas de concreto in-situ.

72

15 Ensayo de compresión de probetas de concreto

72

16 Pila instalada para ensayo, derecha: Pila de ladrillo pandereta, izquierda: Pila de ladrillo macizo artesanal. 17 Falla típica de pilas de ladrillo pandereta.

75

18 Falla típica de pilas de ladrillo macizo artesanal.

76

19 Excavación para cimientos de una vivienda ubicada en Cayhuaynita – Av. Universitaria (M – 1). 20 Excavación para cimientos de una vivienda ubicada en Urb. Las Flores – Cayhuaynita. (M – 2) 21 Excavación para cimientos de una vivienda ubicada en un punto de la UNHEVAL. (M – 3).

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INTRODUCCIÓN Por su localización geográfica muchos lugares de nuestro país están expuestos a peligros naturales como huaycos, inundaciones o terremotos. Para tomar decisiones sobre dónde y cómo construir viviendas seguras es importante conocer los efectos de estos fenómenos naturales. Particularmente el Perú es un país ubicado dentro de una zona sísmicamente activa, donde las estructuras deben construirse siguiendo los criterios del diseño sismo resistente aceptando que durante su vida útil la estructura experimentará al menos un terremoto de gran intensidad y varios terremotos de moderada intensidad. Consecuentemente, el propósito de este documento es describir características fundamentales de la tipología estructural, características estructurales repetitivas, características geométricas y mecánicas de la albañilería utilizada en la construcción de las viviendas autoconstruidas en la ciudad de Cayhuayna. Finalizar la investigación desarrollando el análisis sísmico de una vivienda autoconstruida, dicha evaluación estructural tiene como base la Norma de Diseño Sismo resistente vigente. Debo mencionar que la filosofía de la Norma establece como principio para el diseño, que algunos de los elementos del sistema estructural puedan experimentar comportamiento en el rango Inelástico, soportando grandes deformaciones que disipen la energía inducida por el terremoto. Como producto de este fenómeno se espera, para el caso de sismos moderados, que se presenten daños en los elementos no estructurales (tabiquería, y otros) y que puedan repararse. De otro lado se acepta, en caso de sismos severos que se presenten daños estructurales pero no el colapso de la estructura. El modelo estructural se plantea según referencias normativas, nacionales y extranjeras. El análisis se realizará a la estructura tridimensional, el cual es representada por un modelo matemático en el programa de computo ETABS V9.0.4 usando la técnica de modelaje, de elementos finitos, donde los muros y sus confinamientos se modelan con elementos tipo ―Shell‖ y las vigas columnas que quedan fuera de los muros como elementos tipo barra ―frame‖. UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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CAPITULO 1

ANTEPROYECTO UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1.1.

ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN DEL PROBLEMA

1.1.1.1. ANTECEDENTES ―Las viviendas autoconstruidas (sin asistencia de un profesional) presentan problemas comunes tales como: problemas de cimentación, inadecuado uso de los materiales de construcción, procedimientos constructivos inadecuados y la inaccesibilidad a las viviendas‖ (Muñiz H. Ever, 2009) ―El sistema estructural que más se utiliza en el Perú y Sudamérica para la construcción de viviendas en zonas urbanas es la denominada albañilería de ladrillos de arcilla. Más del 43% de las viviendas son construidas con este sistema estructural. En el sismo de Atico 23/06/2001 (Arequipa, Perú) muchas viviendas de albañilería sufrieron daño. La principal fuente de este daño es la no existencia de un control de calidad adecuado durante la etapa constructiva y

una

deficiente

CONSTRUYENDO

configuración EDIFICACIONES

estructural. DE

(CISMID/FIC/UNI,

ALBAÑILERIA

CON

TECNOLOGIAS APROPIADAS, Marzo del 2004). ―El gran reto de las viviendas de autoconstrucción, que responden a las características del modelo arquitectónico de un lugar, consiste en superar los problemas estructurales generados, tanto por la construcción de muros de albañilería tubular en el primer piso, como por insuficiente rigidez que proveen muros internos de corta longitud‖. (Sirumbal L., Julio 2009) ―Los ensayos de laboratorio son muy importantes para determinar el comportamiento estructural de un material poco investigado como el ladrillo, Es recomendable la realización de ensayos de muros de albañilería a escala natural, sujetos a cargas cíclicas laterales. Esto verificaría las fórmulas dadas en la NTE E.070 (Ref.1) también son válidas para este tipo de albañilería‖. (Sirumbal L., Julio 2009) ―La mayor variación de dimensiones y el mayor alabeo de las unidades, conducen a un mayor grosor de las juntas de mortero (por encima del valor UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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nominal de 10 mm), lo que trae por consecuencia, una reducción significativa de la resistencia a compresión y a fuerza cortante en la albañilería‖ (San Bartolomé A. – SENCICO, Comentarios a la norma E.070). ―Actualmente, la arquitectura moderna, las razones económicas y la mejor calidad de los materiales de construcción, conllevan a proyectar edificios de albañilería donde se aprovecha en mejor forma las dimensiones de los ambientes, colocando la mínima densidad posible de muros y por supuesto, el refuerzo adecuado; de manera que los muros de estas edificaciones puedan soportar sismos moderados sin ningún daño estructural y sismos severos con daños estructurales que sean reparables, evitando a toda costa el colapso y, por ende, salvando lo primordial: las vidas humanas‖. (San Bartolomé A., Construcciones de Albañilería

–

Comportamiento Sísmico

y Diseño

Estructural, 1994). 1.1.1.2. FUNDAMENTACIÓN DEL PROBLEMA La demanda de vivienda en la ciudad de Cayhuayna así como en otras ciudades del Perú es alta, las familias que se asientan son generalmente de otras provincias del departamento y departamentos vecinos, con un modo de vivencia particular.

Estos habitantes no son insertados en un plan de

desarrollo, ya que el distrito no cuenta con un plan director. Este problema y la realidad económica de los pobladores hacen que un gran número de familias con limitados recursos económicos, opten por la autoconstrucción, como único medio factible para la construcción de sus viviendas. Este hecho, que parece ser común y cotidiano, se convierte en un gran problema cuando los terremotos y otros fenómenos naturales, debido a las deficiencias constructivas y estructurales, dejen a miles de familias sin hogar, además de cobrar tantas vidas humanas. 1.1.2.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

1.1.2.1

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA GENERAL

¿Cuál es el comportamiento estructural de las viviendas autoconstruidas, ante UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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solicitaciones por cargas laterales y de gravedad en la ciudad de Cayhuayna Huánuco? 1.1.3.

OBJETIVOS

1.1.3.1. OBJETIVO GENERAL Estudiar el comportamiento estructural, tales como resistencia lateral, y rigidez de las viviendas típicas autoconstruidas en la ciudad de Cayhuayna – Huánuco. 1.1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Determinar las características principales y las deficiencias de las viviendas autoconstruidas. 2. Estudiar y determinar en laboratorio las características mecánicas de las unidades de albañilería, calidad del mortero, y pila de albañilería simple, usadas en las viviendas autoconstruidas. 3. Realizar el análisis sísmico en el estado elástico con un programa de cómputo, de un modelo típico de vivienda autoconstruida y realizar un análisis comparativo en base a lo estipulado en la Norma Técnica Peruana E.070 de Albañilería y E.030 de Diseño Sismorresistente. 1.1.4.

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

La ciudad de Cayhuayna ubicado dentro de la región central de nuestro país que se encuentra en una zona de actividad sísmica intermedia (zona 2, según la NTE E.030), existiendo gran cantidad de edificaciones de albañilería de hasta 5 pisos, lo que hace que éstas sean vulnerables a los efectos de los sismos. Así mismo, existe la necesidad de conocer las propiedades físicas y mecánicas del material que es utilizado cada vez en mayor proporción en las viviendas, con la finalidad de conocer su comportamiento estructural y dejar líneas de investigación sobre el planteamiento de soluciones más acertadas. Es importante, necesario y urgente; el diagnóstico, análisis y planteamiento de la UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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solución del problema de las viviendas autoconstruidas, dichos tema es amplio. Por ello los profesionales de hoy tenemos la tarea de cooperar en esta área de investigación. 1.1.5. 

LIMITACIONES Y ALCANCES El estudio está limitado a las viviendas autoconstruidas de la ciudad de Cayhuayna - Huánuco, cuya albañilería es construida con las diferentes unidades de arcilla que existen en el mercado.



Otro de los límites del trabajo es que no se podrá determinar el comportamiento real de las estructuras a estudiar, ya que no contamos con equipos para realizar ensayos de carga lateral cíclica.

El alcance de este trabajo abarca en primer lugar procurar la investigación en nuestra escuela tanto de estudiantes y docentes, con estas acciones dar alcances a la comunidad de ingeniería y a la sociedad sobre las diferentes problemáticas sobre la autoconstrucción que existen en nuestra ciudad y región, de esta manera pretender elevar la calidad de vida de los habitantes. Además es necesario que los equipos que contamos en el laboratorio sean ya usados por tesistas e investigadores de nuestra facultad.

1.2. MARCO TEÓRICO 1.2.1.

Revisión de estudios realizados

Según la Asociación Internacional para la Ingeniería Sísmica (IAEE), la autoconstrucción se puede definir como ―aquellas edificaciones construidas en varios países, de manera informal, utilizando procedimientos tradicionales, con poca o nula intervención en el diseño de arquitectos e ingenieros calificados‖. (SIRUMBAL L., 2009) El déficit de viviendas en el Perú es principalmente de orden cualitativo, presenta malas condiciones de habitabilidad, de precariedad habitacional, de localización de la vivienda (en lugares inadecuados y riesgosos). Como se explica, ello se debe tanto a la situación de pobreza en las que vive una buena parte de la UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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población, que no le permite acceder al mercado formal, como también a políticas públicas inadecuadas que no han tomado en cuenta esta situación. A tal punto que podemos afirmar que actualmente los programas de viviendas no se interesan por el mantenimiento ni mejoramiento del parque habitacional sino por edificar viviendas nuevas con intermediación financiera de la banca comercial. (Artículo/El Problema de la Vivienda en el Perú, Retos y Perspectivas/Jesús Quispe Romero, 2009) La mayoría de las edificaciones en el Perú no son ingenieriles, y desgraciadamente tiene una vulnerabilidad muy alta, sobre todo aquellos hechos de

adobe.

Si

bien

ha

habido

grandes

desarrollos

en

la

ingeniería

sismorresistente en los últimos años, el riesgo también ha aumentado por la concentración de construcciones y su valor. Los sismos ocurridos en los últimos 15 años han demostrado que los criterios que han orientado el diseño sismorresistente no han reducido o controlado el riesgo sísmico y se han experimentado pérdidas muy importantes en sismos de moderada intensidad. (Piqué del Pozo, J. Diseño Sísmico por Comportamiento Esperado). El sismo del 15-08-2007, calificado desde el punto de vista estructural por el autor como ―leve‖ para Lima y ―Moderado‖ para Pisco o Chincha, puso al desnudo una serie de errores que se cometen en las edificaciones de albañilería, principalmente por el aspecto informal con que se construyen estos sistemas, pese a la existencia de normas nacionales de construcción y diseño estructural. (San Bartolomé A. Defectos que Incidieron en el Comportamiento de las Construcciones de Albañilería en el Sismo de Pisco del 15-08-2007). 1.2.2.

Marco Situacional

En nuestro medio la mayoría de construcciones son dirigidas por ―Maestros de Obra‖, albañiles y propietarios (autoconstrucción), quienes en muchos casos no tienen una concepción básica acertada, o la tienen técnicamente equivocada, sobre el desarrollo y alcance de los procesos constructivos, por no haber recibido capacitación técnica alguna, basándose sólo en su experiencia personal. La supervisión calificada por parte de un Ingeniero es importante para obtener resultados seguros y satisfactorios, resolviendo algunos problemas y UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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dificultades que se presenten durante la ejecución de las obras. Los materiales utilizados en las construcciones, en su mayoría, no cumplen con los requerimientos técnicos básicos para obtener estructuras adecuadas que brinden seguridad, tal es el caso de los ladrillos artesanales que presentan resquebrajaduras, estando a la vez mal cocidos y con sus dimensiones variables; los agregados utilizados son traídos de los cerros cercanos y muchos de ellos se encuentran con limos y materiales orgánicos y son mezclados durante la elaboración del concreto. 1.2.3. 

Definición de Términos Básicos Autoconstrucción

Aquellas

edificaciones

construidas,

de

manera

informal,

utilizando

procedimientos tradicionales, con poca o nula intervención en el diseño de arquitectos e ingenieros calificados. 

Vivienda típica

Son viviendas construidas en un determinado espacio geográfico con características similares o iguales; tales como la cimentación, materiales de construcción, procedimiento constructivo, distribución arquitectónica, detalles estructurales y entre otros factores. 

Análisis Sísmico

Permite determinar que fuerzas representan la acción sísmica sobre el edificio y qué elementos mecánicos (fuerzas normales y cortantes y momentos flexionantes) producen dichas fuerzas en cada miembro estructural. Para este fin, los reglamentos aceptan que las estructuras tienen comportamiento elástico lineal y que podrá aplicarse el método dinámico modal de análisis sísmico, que requiere el cálculo de periodos y modos de vibrar. 

Vulnerabilidad Sísmica

A partir de experiencias de terremotos pasados se ha observado que ciertos edificios, dentro de la misma tipología estructural, experimentan un daño más UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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severo que otros, a pesar de estar ubicados en la misma zona. Al grado de daño que sufre una estructura, ocasionado por un sismo de determinadas características, se le denomina vulnerabilidad. Por ello, a los edificios se les puede clasificar en ―más vulnerables‖ o ―menos vulnerables‖ frente a un mismo evento sísmico. La vulnerabilidad frente a un sismo de determinadas características es una propiedad intrínseca de cada estructura y, por tanto, independiente de la peligrosidad del emplazamiento. Esto quiere decir que una estructura puede ser vulnerable pero no estar en riesgo si no se encuentra en un sitio con una cierta peligrosidad sísmica. 

Albañilería Confinada

Albañilería reforzada con elementos de concreto armado en todo su perímetro, vaciado posteriormente a la construcción de la albañilería. La cimentación de concreto se considerará como confinamiento horizontal para los muros del primer nivel.

1.3. HIPÓTESIS, VARIABLES, INDICADORES Y DEFINICIONES OPERACIONALES. 1.3.1.

HIPÓTESIS

Las viviendas autoconstruidas de la ciudad de Cayhuayna – Huánuco, no aseguran un adecuado comportamiento estructural frente a solicitaciones de cargas laterales y de gravedad. 1.3.2.

SISTEMA DE VARIABLES – DIMENSIONES E INDICADORES

VARIABLES INDEPENDIENTES: 

Unidad de vivienda autoconstruida de albañilería confinada construida con unidades tubulares (hueca y poco maciza) y sólidos artesanales en la ciudad de Cayhuayna - Huánuco.



Parámetros

de

sitio

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(Según

Norma

Peruana

de

Diseño

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Sismorresistente E.030). 

Propiedades físico - mecánicas de unidades de albañilería tubular (hueca y poco maciza) y sólidos artesanales, mortero, pilas de albañilería simple.

VARIABLES DEPENDIENTES:  1.3.3.

Comportamiento estructural de la unidad de vivienda autoconstruida. DEFINICIÓN OPERACIONAL DE VARIABLES, DIMENSIONES E

INDICADORES TIPO DE VARIABLE VARIABLE INDEPENDIENTE  Unidad de vivienda

DIMENSIONES

INDICADORES

VARIABLE DEPENDIENTE  Comportamiento

 Desplazamientos

típica autoconstruida

estructural de la

de albañilería

unidad de vivienda

 Espesor Efectivo (t).

confinada construida

autoconstruida.

 Esfuerzo Axial

con unidades

laterales.

 Aplastamiento

poco maciza) en

 Densidad Mínima de

 Parámetros de sitio

Muros.  Resistencia al corte

(Según Norma

de los muros de

Peruana de Diseño

albañilería (Vm).

Sismorresistente E.030)

 Propiedades físico -

 No permisible.

máximo (σm)

tubulares (hueca y

Cayhuayna.

 Permisible.

 Verificación de la Resistencia al Corte del Edificio.

mecánicas de unidades de albañilería tubular (hueca y poco maciza) y sólidos artesanales, mortero, pilas de albañilería simple.

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1.4. MARCO METODOLÓGICO 1.4.1. TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN 1.4.1.1.

TIPO DE INVESTIGACIÓN El enfoque de la investigación a desarrollar es del tipo Cuantitativo y Cualitativo.

1.4.1.2. 

NIVEL DE INVESTIGACIÓN

Tipo Cuantitativa: El estudio se hará a nivel Descriptivo – Experimental - Analítico.  Descriptiva. Comprende el proceso de identificación, descripción, caracterización de las viviendas autoconstruidas típicas.  Experimental. Para determinar las características mecánicas de las unidades de albañilería, calidad del mortero y albañilería simple se realizará ensayos en el laboratorio de la FICA.  Analítico. Los diferentes tópicos serán analizados ampliamente mediante sus correspondientes variables los mismos que nos permitirán llegar a conclusiones valiosas para contrastar la hipótesis de trabajo.



Tipo Cualitativa: En todo el estudio se describirá todo el procedimiento de muestreo, análisis y evaluación estructural de la vivienda típica autoconstruida.

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1.4.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 1.4.2.1. ESQUEMA DE LA INVESTIGACIÓN 1. Investigación bibliográfica sobre viviendas autoconstruidas. 2. Identificación de las viviendas autoconstruidas de albañilería confinada en las diferentes partes de la ciudad de Cayhuayna, para determinar las características estructurales y arquitectónicas más representativas. 3. Visita a varias obras en procesos de autoconstrucción para observar diferentes características tales como: Distribución interna de muros, número y tamaño de varillas que usan en las vigas y columnas, dimensiones de vigas y columnas, tipo de ladrillos a usar (macizo, tubular, industrial, artesanal, etc.), existencia o ausencia de muros que realmente

funcionen

como

tabiques

(aislados

del

marco

de

confinamiento, según el procedimiento constructivo), características de los alféizares y dinteles, densidad de muros en ambas direcciones, etc. 4. Realizar ensayos en el laboratorio de la FICA para determinar las características físico-mecánicos de las unidades de albañilería, el mortero y pila de albañilería simple. 5. Realizar el análisis estructural sísmico en el estado elástico, de un modelo de vivienda típica autoconstruida en un programa de cómputo basado en elementos finitos (ETABS V 9.0.4). 6. Conclusiones y recomendaciones. 7. Elaboración del informe final. 1.4.2.2. METODOLOGÍA Para el desarrollo del presente tema de Tesis, se seguirá paso a paso los 7 ítems descritos anteriormente. Los tiempos de ejecución de cada uno están descritos en el cronograma de acciones.

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1.5. MATRIZ DE CONSISTENCIA PROBLEMA General ¿Cuál es el comportamiento estructural de las viviendas autoconstruidas, ante solicitaciones por cargas laterales y de gravedad en Huánuco?

OBJETIVOS

HIPÓTESIS

General

General

Estudiar el comportamiento estructural, tales como resistencia lateral y rigidez de las viviendas autoconstruidas en Cayhuayna, cuyo análisis estructural se desarrolla en función a las propiedades mecánicas de la albañilería simple.

Las viviendas autoconstruidas de la ciudad de Cayhuayna – Huánuco, no aseguran un adecuado comportamiento estructural frente a solicitaciones de cargas laterales y de gravedad.

Específicos 1. Determinar las características principales y las deficiencias de las viviendas autoconstruidas. 2. Estudiar y determinar en laboratorio las características mecánicas de las unidades de albañilería, calidad del mortero, y murete de albañilería simple, usadas en las viviendas autoconstruidas. 3. Realizar el análisis sísmico en el estado elástico con un programa de cómputo, de un modelo típico de vivienda autoconstruida y realizar un análisis comparativo en base a lo estipulado en la Norma Técnica Peruana E.070 de Albañilería y E.030 de Diseño Sismorresistente.

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VARIABLES/ INDICADOR Variable Independiente

METODOLOGÍA Tipo de Investigación:

 Unidad de vivienda típica autoconstruida de albañilería confinada construida con unidades tubulares (hueca y poco maciza) en Cayhuayna.  Parámetros de sitio (Según Norma Peruana de Diseño Sismorresistente E.030)  Propiedades físico - mecánicas de unidades de albañilería tubular (hueca y poco maciza) y sólidos artesanales, mortero, pilas de albañilería simple.

Cuantitativa y Cualitativa.

Variable Dependiente  Comportamiento estructural de la unidad de vivienda autoconstruida. Indicadores X1: Desplazamientos laterales. X2: Espesor Efectivo (t). X3: Esfuerzo Axial máximo (σm) X4: Aplastamiento X5: Densidad Mínima de Muros. X6: Resistencia al corte de los muros de albañilería (Vm). X7: Verificación de la Resistencia al Corte del Edificio.

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Nivel de Investigación: Experimental, Descriptiva, Aplicativa, Analítica. Método: Recolección de información: Fuente: Primaria y secundaria. Técnica: Laboratorio y modelamiento. Procesamiento de la Información: Categorización de Variables. Software: ETABS, S10, Excel. Corrida del modelo Estimación de Variables Nivel de Contraste de Hipótesis: H0: i = 0: (nula) Todos los coeficientes de las variables Xi no son significativos, es decir las variables independientes no influyen sobre la variable dependiente. H1: i ≠ 0: (alternativa) Al menos un coeficiente de las variables Xi son significativos por lo tanto las variables independientes sí influyen en la variable dependiente.

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1.6. UNIVERSO/POBLACIÓN Y MUESTRA 1.6.1. DETERMINACIÓN DEL UNIVERSO/POBLACIÓN El universo estará dado por viviendas autoconstruidas típicas de la ciudad de Cayhuayna, cuyos muros son construidos a base de unidades de albañilería hueca y poco masiva con orificios longitudinales paralelos a la cara de asiento. 1.6.2. MUESTRA 

Muestreo para la elaborar el modelo estructural representativo.



Salidas al campo a diferentes zonas de la ciudad de Cayhuayna para registrar la mayor cantidad y variedad de características de las edificaciones en cuestión. De los cuales se estudiarán quince viviendas para

uniformizar

las

dimensiones

arquitectónicas,

materiales

de

construcción, detalles de cimentación y estructuración. Además se estudiarán cinco viviendas en proceso de construcción para observar otras características. 

Muestreo para la determinación de las características físico – mecánico de las unidades de albañilería, pila de albañilería simple y calidad del mortero.

Para el ensayo de Variabilidad de Dimensiones. Estará constituida por ladrillos secos enteros. Obtenidos según la norma ITINTEC 331.019 ―Elementos de arcilla cocida. Ladrillos de arcilla usados en albañilería. Muestreo y Recepción‖. Para el ensayo de Alabeo. Estará constituida por ladrillos secos enteros obtenidos según la Norma ITINTEC 331.019 ―Elementos de arcilla cocida. Ladrillos de arcilla usados en albañilería. Muestreo y Recepción‖. Pueden usarse los mismos ladrillos usados en la determinación de dimensiones.

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Para el Ensayo de compresión de la unidad (f´b=f´cb). Constituido por medios ladrillos secos obtenidos por corte perpendicular al largo del espécimen basado en las especificaciones de la norma ITINTEC 331.018 y 331.019. Donde se recomienda ensayar 5 especímenes por lote. Para el ensayo del mortero (Ensayo de comprensión de cubos – Rc). Moldear seis cubos de 50mm para determinar la resistencia a la comprensión de una muestra de cada tanda del mortero empleado para construir las pilas de albañilería simple; y se ensayarán tres a 14 días y los tres siguientes a 28 días. Todos los procedimientos según la norma ASTM C-119. Ensayo de pilas. Tiene tres objetivos: en el rango elástico determinar el módulo de elasticidad (Em); en la rotura determinar la resistencia (f’m) y la forma de falla. Se harán por lo menos cinco pilas iguales, construidos utilizando en todos la misma unidad de albañilería, mortero y mano de obra. 1.7.

TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS

1.7.1. FUENTES, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS 

Fuentes Primarias: Datos recopilados de las salidas al campo a diferentes zonas de la ciudad de Cayhuayna que permitirán registrar la mayor cantidad y variedad de características externas de las edificaciones, y los datos determinados en el laboratorio de la FICA.



Fuentes Secundarias: libros, revistas, manuales, tesis, normas, material electrónico.

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1.7.2. PROCESAMIENTO Y PRESENTACIÓN DE DATOS Los datos obtenidos se procesarán de las siguientes maneras:  Ensayos en laboratorios sobre características mecánicas de las unidades de albañilería, calidad del mortero, y pila de albañilería simple  Procesamiento de datos con herramientas digitales como el word, excel, etc.  Modelar en software de estructuras ETABS v 7.0.4. Los resultados se plasmarán en fichas técnicas de laboratorios y memoria descriptiva de evaluación estructural. 1.8.

ASPECTOS ISTRATIVOS Y PRESUPUESTALES 1.8.1. POTENCIAL HUMANO 

Ing. Moisés Torres Ramírez. Docente de la facultad de Ingeniería Civil y Arquitectura de la UNHEVAL.



Bach. Owner H. Salvador Salazar.

1.8.2. RECURSOS MATERIALES Entre ellos contamos con material Bibliográfico e Internet. Para su procesamiento en gabinete, contamos con laptops, impresoras, papel y útiles de escritorio. Y los diferentes ensayos necesarios se van a desarrollar en el laboratorio de ensayo de materiales de la FICA. 1.8.3. RECURSOS FINANCIEROS Los gastos ocasionados por la investigación estarán a cargo del Tesista y con apoyo de la FICA para los ensayos de laboratorio.

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CAPITULO 2

MARCO INSTITUCIONAL E HISTÓRICO UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Con la palabra auto-construcción en el campo de la arquitectura se indican las estrategias dirigidas a sustituir con operadores aficionados las empresas artesanales o industriales que, en una estructura productiva desarrollada, se ocupan normalmente de realizar los edificios para futuros s. Las motivaciones en la adopción de sistemas que se pueden auto-construir dependen a veces de la mayor o menor pobreza, que no deja alternativas, y otras veces de la curiosidad que pone en discusión los lugares comunes. Hasta pocos años atrás con autoconstrucción se entendía un proceso constructivo mediante el cual, una familia y aunque ya sea sola o en coordinación con sus vecinos se abocan a construir su propia vivienda, avanzando en la medida en que van progresivamente disponiendo de recursos. Ahora se prefiere hacer una distinción. Cuando son los futuros s los que realizan su propia casa, la motivación más frecuente es la falta de dinero; y cuando son los proyectistas, los investigadores o los estudiantes los que materializan sus propias ideas, participando directamente en la construcción, la inquietud central es generalmente la experimentación de métodos e instrumentos innovadores. Fotografía N° 1: Vivienda en construcción por las inmediaciones de la vía colectora en Cayhuayna

Desde tiempos remotos, los habitantes de los pueblos o barrios de la periferia UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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metropolitana trabajan en la construcción de sus propias viviendas. Otras veces, son las colectividades marginadas las que se ocupan de construir edificios para intereses comunes. El trabajo no retribuido está claramente motivado por la escasez de recursos financieros, y corresponde a un limitado nivel de especialización y organización en la estructura productiva local. En este primer caso la tecnología es en general derivada, sin mucha atención, del contexto histórico y geográfico donde se construye. Puesto que las tradiciones están muy radicadas en los lugares, el uso de las tecnologías tradicionales está considerado como una forma de defensa de los caracteres distintivos de una cultura. Pero las mayorías de las veces los constructores diletantes reproducen una mala copia de las tecnologías pensadas y funcionales al mercado de los ricos. Es suficiente pensar en las ilimitadas periferias metropolitanas de los países en vías de desarrollo, donde barracas auto-construidas se amontonan en barrios con graves carencias estructurales. En el mismo tiempo, este tipo de auto-construcción popular y espontánea genera rápidas respuestas a las necesidades de personas indigentes. El análisis puntual de estas viviendas pone en evidencia las contradicciones económicas y ambientales que las caracterizan: láminas metálicas ardientes bajo el sol tropical, estructuras portantes construidas después de las paredes, etc.

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2.1. A NIVEL INTERNACIONAL 2.1.1. ESTUDIO DEL BID: AMÉRICA LATINA Y EL CARIBE ENCARAN CRECIENTE DÉFICIT DE VIVIENDA Para aumentar la oferta de viviendas adecuadas y asequibles, países deben mejorar normativa de tenencia de tierra, ampliar medios de financiamiento y movilizar recursos privados América Latina y el Caribe encaran un considerable y creciente déficit habitacional que sólo se podrá atender si sus gobiernos promueven una mayor inversión por parte del sector privado para aumentar la oferta de viviendas adecuadas y asequibles, según un nuevo estudio del Banco Interamericano de Desarrollo (BID). En la actualidad, una de cada tres familias de América Latina y el Caribe —un total de 59 millones de personas— habita en una vivienda inadecuada o construida con materiales precarios o carentes de servicios básicos. Casi dos millones de las tres millones de familias que se forman cada año en ciudades latinoamericanas se ven obligadas a instalarse en viviendas informales, como en las zonas marginales, a causa de una oferta insuficiente de viviendas adecuadas y asequibles, según el estudio Un espacio para el desarrollo: los mercados de la vivienda en América Latina y el Caribe. 2.1.1.1. VIVIENDA PROPIA: SÓLO UN SUEÑO PARA MILLONES DE LATINOAMERICANOS La más reciente edición de la principal publicación académica del BID, Desarrollo en las Américas, estudia en profundidad los mercados de vivienda de 18 países y analiza la normativa legal y las políticas de vivienda de la región. El estudio muestra que en América Latina y el Caribe hay una mayor incidencia de zonas marginales que en otros países con niveles de ingresos comparables, evidencia de que los mercados de vivienda locales no están cubriendo la demanda de vivienda formal, especialmente para la población de bajos ingresos.

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―Nuestra región debe abordar las causas y no sólo los síntomas del problema habitacional, asegurando que el mercado de vivienda funcione bien y ofrezca soluciones adecuadas y asequibles, con título de propiedad y a servicios básicos, para que la gente no tenga que vivir en zonas marginales o en otros tipos de vivienda informal‖, comentó César Bouillon, coordinador del estudio. ―Una solución sustentable y de largo plazo requiere la movilización de recursos del sector privado para aumentar la oferta de viviendas. Los gobiernos sencillamente no disponen de los medios para hacerlo por su cuenta‖. El estudio calcula que para que América Latina y el Caribe pueda reducir el actual déficit habitacional exclusivamente con viviendas construidas por los gobiernos en el marco de programas de desarrollo urbano, se debería más que septuplicar la inversión en programas de vivienda pública, implicando un gasto de US$ 310.000 millones, o 7,8 por ciento del producto bruto de la región. Claramente los recursos públicos son insuficientes y la inversión privada es crucial para poder cerrar la brecha, según el estudio. Para poder captar inversiones del sector privado y ampliar la oferta de viviendas asequibles y mejorar las ya construidas, los gobiernos de la región deben generar incentivos para el uso mixto de la tierra, mejorar las normativa de registro de propiedades, aumentar el financiamiento hipotecario y explorar opciones como el alquiler y técnicas más modernas y eficientes de construcción de viviendas. 2.1.1.2. DÉFICIT DE VIVIENDA POR PAÍS La región sufre tanto de una escasez de viviendas como de problemas de calidad, que comprenden desde la falta de títulos de propiedad a paredes hechas de materiales de desecho como el cartón, pisos de tierra y la ausencia de a redes de agua potable y saneamiento. Datos de 18 países de la región indican que más de dos tercios de las familias de Nicaragua, Bolivia, Perú y Guatemala habitan en viviendas deficientes. En términos absolutos, Brasil y México son los países con el mayor déficit de vivienda. UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Infografía N° 1: ¿Cuántas familias no cuentan con un techo para vivir o habitan en viviendas de mala calidad?

Fuente: BID 2012, Un experto para el desarrollo A pesar del progreso registrado en los últimos años, la falta de a servicios de infraestructura básica sigue aquejando a muchas familias de la región, 21 por ciento de las cuales carecen de electricidad e instalaciones sanitarias. Doce por ciento de las viviendas son de materiales de construcción inadecuados, mientras que 6 por ciento tienen piso de tierra o condiciones de hacinamiento, que suelen ser nocivos para la salud. Alrededor de 11 por ciento de las familias carecen de un título de propiedad libre de defectos sobre la vivienda que habitan. ―No existe una solución única para eliminar la brecha de vivienda en la región. Se deben ofrecer más y mejores opciones a las familias mediante políticas: alquilar o comprar, mudarse o quedarse, endeudarse o no, comprar o construir‖, señala Bouillon. ―Un amplio menú de opciones puede contribuir en gran medida a mejorar las vidas de millones de personas y contribuir al desarrollo económico y social de nuestra región‖. UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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2.1.2. RESISTENCIA

SÍSMICA

EN

EDIFICACIONES

DE

AUTOCONSTRUCCIÓN – TIPOS DE DAÑOS Y PLANEACIÓN 2.1.2.1. REFERENCIA: Guidelines for Earthquake Resistant Non-engineered Construction. IAEE (International Association for Earthquake Engineering - Japan) and NICEE (National Information Center of Earthquake Engineering - India). 2004. Estas guías tienen el propósito de contribuir a mejorar la resistencia sísmica de construcciones sin respaldo ingenieril, especialmente en viviendas. Comienza con los conceptos básicos sobre el desempeño de viviendas bajo sismos de alta intensidad, así como de su sensibilidad según la geometría y propiedades mecánicas del sistema que se afecta. Con esta base, se formulan reglas simplificadas de planeamiento, diseño y procedimientos constructivos prácticos, destinados a prevenir colapsos y a controlar los niveles de daños producidos por excitaciones sísmicas. Principios

y

soluciones

dirigidas

a

diferentes

tipos

de

sistemas

estructurales, propios de vivienda de bajo costo en diferentes regiones y países del mundo. Aquí se presenta sólo hasta el planeamiento. Las guías alcanzan a construcciones diseñadas y levantadas sin asistencia de ingenieros (denominadas non-engineered buildings en inglés), también llamadas de autoconstrucción debido a su ejecución espontánea e informal, siguiendo formas tradicionales, y conformando así barrios completos con características similares. Los materiales comunes son: albañilería de piedra, ladrillos, adobe, madera, o combinación de estos. Según expresa el documento, no incluye a los casos de albañilería reforzada, concreto armado, marcos de acero, y edificios altos que siguen varios sistemas estructurales.

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2.1.2.2. EL PROBLEMA Y ALCANCES SEGÚN LA IAEE Se expresa en la constatación, según sismos pasados, de los daños de alta intensidad que sufren las construcciones (especialmente viviendas) con los materiales y condiciones ya citados. Situación que se asocia a varios factores, como: desinterés frente al tema sísmico por desconocimiento o insuficiente valoración de los daños que ocasiona, falta de recursos financieros frente a otras prioridades, escasez local de materiales apropiados de construcción, y desconocimiento de diseño sísmico y técnicas de construcción correspondientes. No se pone en tela de juicio los esfuerzos que deben hacerse para garantizar la seguridad sísmica de edificios de concurrencia masiva, o necesarios frente a emergencias. En los otros casos –especialmente en viviendas–, las soluciones (ojalá de bajo costo) se orientan a: no sufrir colapsos parciales o totales, no sufrir daños irreparables, o poder repararlos rápidamente. 2.1.2.3. EFECTOS DE UN SISMO: MOVIMIENTO DEL SUELO, FALLA DEL TERRENO, TSUNAMIS Y FUEGO 

Movimiento del suelo

Las vibraciones que transmite el terreno a la construcción, se expresa a través de aceleraciones, velocidades y desplazamientos. La dañará, a menos que haya sido diseñada y ejecutada para resistirlos. Felizmente, diferentes experiencias han mostrado prácticas prudentes para mantener segura la edificación durante un sismo. 

Falla del terreno

Se muestran a través de zonas de falla, deslizamiento de laderas, asentamientos, y licuación de arenas. Los desplazamientos a lo largo de una falla pueden ser horizontales, verticales o ambos, y pueden coincidir con la localización de alguna infraestructura. Los deslizamientos pueden destruir los edificios. Los asentamientos, los dañan. En arenas saturadas UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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de baja densidad de tamaño uniforme, es posible la ocurrencia de su licuación, siendo importantes en presas, puentes u otras edificaciones. 

Tsunamis

Se trata de ondas sísmicas producidas por el movimiento del piso del océano. Al acercarse al litoral, la velocidad disminuye pero aumenta el tamaño de las olas a 5, 8 o más metros, pudiendo devastar las zonas costeras. 

Fuego

Cuando se produce a consecuencia del movimiento sísmico, puede tener resultados funestos, pues también afecta los suministros de agua y los s. 2.1.2.4. OTROS FACTORES QUE INFLUENCIAN LOS DAÑOS 

Configuración del edificio

La regularidad y simetría en la forma de un edificio, son elementos favorables para su comportamiento ante sismos. Edificaciones en forma de L o de U, o con aleros, tienden a la torsión con el movimiento, aumentando los daños. 

Tamaño de aberturas

Los muros se debilitan cuando tienen aberturas facilitando los daños ante sismos. Para las que fuese necesario tener, se tomarán las provisiones para asegurar la integridad estructural. 

Distribución de la rigidez

Hay que buscar de distribuir en forma uniforme la rigidez de la edificación. Los cambios en pisos sucesivos, incrementan la posibilidad de daño. Las columnas o muros de corte debieran continuar desde la cimentación hasta el techo sin interrupciones o cambios de material.

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

Ductilidad

Refleja la capacidad del edificio a flexionarse, balancearse o deformarse en grandes cantidades sin colapsar. Lo opuesto a la ductilidad es la fragilidad, la cual se introduce por el uso de materiales frágiles o por un diseño incorrecto. Los materiales frágiles se rompen durante la carga. Es el caso del ladrillo, el adobe y los bloques de concreto. La introducción de acero de refuerzo le proporciona ductilidad a los materiales frágiles. El propio concreto incrementa su ductilidad con el acero y la densidad de las varillas. 

Cimentación

Muchas fallas, como inclinación, agrietamiento y otras, puede deberse a un diseño inadecuado de la cimentación, y provocadas por licuación del suelo y asentamientos diferenciales. Los partidos por la cimentación indican que algunos son más susceptibles al daño que otros. Zapatas aisladas con diferentes tipos de suelos, podrán originar asentamientos diferenciales. Igualmente con diferentes tipos de zapatas. O el caso de zapatas poco profundas, que pueden resultar fácilmente deterioradas por condiciones ambientales adversas. 

Calidad en la construcción

Se refiere propiamente a limitaciones de los factores causales de la producción, como

materiales deficientes,

escasa habilidad de los

trabajadores para determinada tarea, o métodos inadecuados. Todo ello puede conducir a fallas bajo sismos. 2.1.3. PRINCIPALES ENSEÑANZAS PLANTEADAS POR LA IAEE 

Las estructuras frágiles corren el riesgo de colapsar súbitamente. Por ello se prefieren resistentes, capaces de deflectarse o deformarse ampliamente.



Los elementos resistentes, como los muros de corte o los arriostres, deben estar presente a través de la edificación, en ambas direcciones,

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arriba y abajo. 

Los muros y techos deben estar fijados en conjunto como una unidad integrada, para que durante un sismo transfieran fuerzas a través de las conexiones y prevenir su separación.



La edificación debe estar bien conectada a una buena cimentación en el terreno. Deben evitarse los suelos húmedos y blandos, y preferentemente la cimentación debe estar integrada entre si y fijada al muro.



Debe cuidarse que todos los materiales sean de buena calidad, protegiéndolos de efectos adversos del medio ambiente, y cuidar que no pierda su resistencia.



La albañilería y el adobe no reforzado, no tienen una resistencia

2.2. A NIVEL NACIONAL 2.2.1.

SENCICO:

UN

60%

DE

VIVIENDAS

EN

EL

PERÚ

ES

AUTOCONSTRUIDA El Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción presento datos en el diario Gestión (Miércoles, 07 de agosto del 2013), y afirma que el 50% de estas construcciones han sido realizadas sin planos y con maestros de obras que no están capacitados para esta labor. El gerente general del Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción (Sencico), Hernando Carpio Montoya manifiesta que la autoconstrucción informal representa el 60% de las viviendas que hay en el país y que equivale a 3.6% del PBI, o US$2,000 millones. Citó como ejemplo el puerto de Pisco, cuyas viviendas, en un 80%, se derrumbaron por el terremoto de agosto de 2007. ―Dichas construcciones de adobe, ladrillo y concreto se cayeron por temas netamente técnicos (además de materiales de baja calidad) que se pudieron evitar‖, indicó en el Diario Oficial El Peruano. 2.2.2.

AUTOCONSTRUCCIÓN EN DEBATE:

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El Arq. José Arizpe, Decano del Cap-Región Lima, Columnista del Diario la Republica (14 de Abril del 2013), afirma que ―Todo está a la deriva‖ El tema es muy delicado y requiere pronta atención. No existen estadísticas del gobierno actual de cuántas viviendas han sido construidas de manera informal. Se vierten datos de un 70% de informalidad, pero al pretender verificarlos, la fuente no existe. Se debe realizar un inventario del equipamiento urbano, en coordinación con las municipalidades, las empresas que brindan servicios de agua y desagüe, electricidad, entre otras. Además, urge un plan de trabajo; la anterior gestión municipal, en Lima, no dejó nada, la actual solo trabaja lineamientos en base a investigaciones, pero no hay proyectos en curso; al parecer, se camina a la deriva. En coordinación con el Viceministerio de Vivienda y Urbanismo se impulsará un foro denominado ―Lima al 2035‖, a propósito de los 500 años de su fundación, donde se abordarán temas como: agua, energía y equipamiento urbano. El objetivo es lograr un futuro organizado y así garantizar la calidad de vida de los ciudadanos. En el mismo diario y en la misma fecha afirma el Congresista de la República del Perú, Carlos Bruce, que ―Hay una ley, deben aplicarla‖. La solución a la problemática de la informalidad en la construcción de viviendas no va por un tema de agilizar o simplificar las normas para su aprobación, sino que se debe enfocar por la fiscalización durante el proceso de ejecución de las obras. Al parecer, no existe un seguimiento, no se controla, por ejemplo, si se están respetando los planos certificados. En la anterior legislatura se trabajó y aprobó una norma en donde se reducían los procedimientos para la autorización en la construcción de obras menores. Basta solo presentar un plano coherente y visado por los especialistas requeridos, llámese ingenieros, para que la obra sea aprobada, y tenga la licencia municipal necesaria, pues se determinó que el trámite era lento en ese tramo. En ese sentido, ya no se puede solicitar que los procedimientos disminuyan, lo que se pide es básico y necesario para levantar una construcción. Hace falta mejorar la difusión de la norma mencionada para poder aplicarla en todo su forma. 2.2.3. ENFOQUE Y ALTERNATIVAS DE SOLUCION AL PROBLEMA DE LA VIVIENDA DE AUTOCONSTRUCCION UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Un trabajo de investigación desarrollado por el Instituto de Investigación de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Ingeniería, focalizado en los conos de la Ciudad de Lima y las viviendas autoconstruidas con adobe en Sicuani Departamento de Cuzco, en Enero del 2011. Realizaron una estadística mediante cartillas en diferentes viviendas de los conos de Lima, con ello trataron de estudiar la importancia del tema y grado de aceptación de la población estudiada. La investigación muestra el problema real que sucede en nuestro país, un trabajo in situ y que como aporte da a conocer soluciones prácticas frente a daños actuales o futuros que se ocasionan en viviendas ya sea por desconocimiento de materiales, procesos constructivos o uso inadecuado de los mismos. Dicho trabajo de investigación concluye que si se trabaja conjuntamente con las municipalidades u organismos Estatales se podría resolver tremendos problemas con soluciones adecuadas y prácticas para el poblador.

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CAPITULO 3

GENERALIDADES UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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3.1.

UBICACIÓN Las viviendas estudiadas se encuentran ubicadas al frontis de la Universidad Nacional Hermilio Valdizán, tal como muestra la imagen Nº 1. Región Natural

:

Sierra

Región Política

:

Huánuco

Provincia

:

Huánuco

Distrito

:

Pillcomarca

Localidad

:

Cayhuayna

Extensión Geográfica Longitud Oeste Latitud Este

De 76º15´22‖ a 76º14´32‖ De 9º57´28‖ a 9º56´37‖

Imagen N° 1: Localización de viviendas al frontis de la Universidad Nacional Hermilio Valdizán.

Fuente: Imagen satelital tomado de Google Earth.

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3.2.

GEOMORFOLOGÍA

La unidad geomorfológica que conforma el área de estudio es de tipo valle de fondo amplio, por lo que se ubica sobre amplias terrazas fluvio-aluviales, estas terrazas están limitadas a ambos flancos por suaves pendientes. Litológicamente, este valle comprende en gran parte a la secuencia metamórfica, y parte a un intrusivo de edad Cretaceo – Paleógeno. La erosión fluvial-pluvial es agente principal en su modelado, trayendo consecuentemente una removilización y socavamiento permanente del material a lo largo del rio Huallaga. (INGENMET, Boletín Nº 75, Geología del Cuadrángulo de Huánuco, Hoja: 20-k) Imagen N°2: Relieve del terreno donde se ubican las viviendas estudiadas.

Fuente: Imagen satelital tomado de Google Earth. 3.3.

GEOLOGÍA

La geología describe a rasgos generales y a

nivel macro las características del

terreno a nivel de suelo y sub-suelo, permite conocer fallas y afloramientos rocosos presentes, lo cual permite tener una proyección del tipo de suelo presente, así también nos da a conocer históricamente como se ha comportado la orogénesis en el lugar y nos permite proyectar un comportamiento de los cambios geológicos que podrían suscitarse en la zona del proyecto.

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Se

ha

consultado

las

cartas

del

INSTITUTO

GEOLOGICO

MINERO

Y

METALURGICO, específicamente la carta número 20 – K según el índice de cartas geológicas nacionales, en ella se puede encontrar las características generales de los suelos y afloramientos geológicos en la zona del proyecto. En la carta 20 – K se ubica a Cayhuayna dentro de la crono-estratigrafía CENOZOICO - CUATERNARIO RECIENTE, específicamente en la lito estratigrafía, Qr-al (depósitos aluviales), se puede afirmar que el 100% del territorio de la zona en estudio presenta este tipo de afloramiento, esta se puede apreciar en color celeste claro en la imagen de la carta geológica.

3.3.1.

Depósitos Aluviales (Qr-al)

Consisten acumulaciones fluviales de materiales sueltos o poco consolidadas de naturaleza heterogénea y heterométrica, que ha sido transportado grandes distancias por las corrientes. Están conformados por cantos y gravas redondeadas, envueltos en una matriz areno-limosa, que se depositaron durante el Holoceno. Es la unidad sedimentaria de mayor distribución en el área de estudio, donde conforma la extensa planicie que se extiende en la margen izquierda de los ríos Cayrán, Huallaga e Higueras.

Cuadro N° 1: Columna Cronoestratigráfica

Fuente: INGENMET, Boletín Nº 75 UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Imagen N° 3: Carta Geológica 20-k – Ubicación de zona del Proyecto

Fuente: Carta Geológica del Perú Imagen N°4: Carta Geológica 20-k – Ubicación de zona del Proyecto

Fuente: Carta Geológica del Perú

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3.3.2. Geodinámica Los principales procesos geodinámicas presentes son debido a precipitaciones pluviales y a escorrentías que erosionan las superficies del suelo cambiando su relieve, así mismo también se tiene los procesos de sismo que reconfiguran el relieve del terreno con movimientos que pueden producir potenciales deslizamientos. El CISMID (2004) ha desarrollado un estudio MICROZONIFICACION SISMICA DE LIMA para APESEG (Asociación Peruana de Empresas de Seguros). Como parte del Estudio se ha recopilado información y ejecutado investigaciones sobre las características geotécnicas y dinámicas de los suelos de Lima Metropolitana. Donde a la zonas con afloramiento conformado por depósitos aluviales (Qr-al), se le ubica dentro de la ZONA I para la ciudad de Lima, con periodos predominantes que varía entre 0.3 y 0.5 segundos. El Ing. Alvaro Vela Sanchez (1992), ha desarrollado una tesis MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA DE HUÁNUCO – DISTRITO DE HUÁNUCO, donde ubica a los terrenos de la ciudad universitaria de Cayhuayna y alrededores dentro de la ZONA II, y define que está conformado por depósitos de origen fluvioaluvial, con periodos predominantes que fluctúan entre 0.25 y 0.35 seg. De acuerdo a los antecedentes, y las condiciones geológicas descritas en líneas arriba, haciendo un comparativo con el dato que propone la norma peruana sismo-resistente E.030, que para periodos del suelo de 0.4 seg. corresponde el tipo de suelo S1, por lo que deducimos que el tipo de suelo que prevalece en todo el área donde se ubica la ciudad de Cayhuayna es de Tipo S1, el cual tiene un comportamiento sísmico aceptable.

3.4. TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL DE LAS VIVIENDAS ESTUDIADAS De las visitas realizadas a las diferentes viviendas existentes y en procesos de construcción se ha concluido los siguientes: 

La cantidad de niveles más representativo es de dos a tres pisos y su perímetro se encuentra limitado por viviendas adyacentes en tres de sus cuatro lados (Ubicación entre medianeras). Ver gráfico 1.

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

Gráfico Nº 1: Cantidad de edificios según el número de pisos

7% 7%

1 30%

56%

2 3 4



Los muros portantes de la vivienda están conformados por ladrillos tubulares (pandereta). También existen muros de ladrillos sólidos (macizos artesanales) y los ladrillos de arcilla sólido industrial.



La vivienda es esbelta en planta, esto implica que la longitud de una de sus dimensiones (frente) es menor que la tercera parte de la otra longitud (fondo).

3.5. CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES REPETITIVAS DE LAS VIVIENDAS ESTUDIADAS En esta parte del estudio, se hace una descripción de las características estructurales de las viviendas representativas estudiadas, los cuales son resultados del procesamiento de las cartillas de encuestas realizadas a treinta viviendas, de los cuales cinco en proceso de construcción, y se tiene las siguientes conclusiones: 

Se puede apreciar en los planos presentados en la Imagen N° 5 y N° 6 que existen muros de corta longitud en la dirección transversal, con presencia de pocos muros estructurales cuyas dimensiones en planta superan los 3m. Y típicamente se aprecia la presencia de dos muros perimetrales de gran longitud (20m. aprox.) en la dirección longitudinal, debido a esto podemos describir que estructuralmente estos muros generan una gran rigidez en dicha dirección.

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Imagen N° 5: Planta de vivienda autoconstruida

Fuente: Elaboración propia

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Imagen N° 6: Planta de vivienda autoconstruida

Fuente: Elaboración propia 

En más del 90% de los muros perimetrales del primer piso están hechos a base de ladrillos sólidos (18 huecos y /o macizos artesanales), los muros de los demás pisos están hechos con ladrillos tubulares (Pandereta). Los ladrillos macizos son elaborados y distribuidos en nuestra ciudad. Ver el resultado de tabulación las cartillas de las encuestas en el Gráfico Nº 2.

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Gráfico Nº 2: Tipos de ladrillos usados en muros y tabiques. Primer piso

Segundo Piso y otros 3% Macizo artesanal

33%

Macizo artesanal

27%

Pandereta 60%

Industrial (18 Huecos)

Pandereta Industrial

70%

7%

Fotografía N° 2: Muros del primer piso a base de ladrillos macizo artesanal.

Fotografía N° 3: Muros del segundo piso de una vivienda en proceso de construcción a base de ladrillos pandereta.

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

En las visitas realizadas a las viviendas en proceso de construcción se ha observado que no existen muros tabique, porque todos los muros forman parte de la estructura, están construidos monolíticamente conjuntamente con las columnas de confinamiento. Fotografía N° 4: Muros tabique integrado al sistema estructural



Existen de 7 a 8 ejes estructurales en la dirección transversal y de 3 a 4 ejes en la dirección longitudinal.



Los alfeizares están integrado al sistema estructural. Dicha configuración es inadecuado de acuerdo a la norma peruana de albañilería E – 0.70.



El sistema de techos en los entrepisos están conformados por medio de losas aligeradas unidireccionales con un peralte de (h=0.20m), cuya dirección es en el sentido transaversal.



Las vigas en sentido longitudinal son peraltadas cuyas dimensiones representativas son de (25cmx40cm) y en la dirección transversal todas las vigas son ―soleras‖ o ―chatas‖ cuyas dimensiones son de (25cmx20cm). La cantidad de acero corrugado que colocan como refuerzo en las vigas peraltadas es típico, conformado por 4Ø1/2‖. Ver los resultados tabulados de las cartillas de encuestas en el Gráfico Nº 3.

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Gráfico Nº 3: Cantidad de varillas de refuerzo en vigas peraltadas 6% 10% 17% 67%



Las

dimensiones

en

columnas

y/o

predominantes son de: 25cmx25cm o

4Ø1/2" 6Ø1/2" 4Ø5/8" 6Ø5/8"

columnetas

de

confinamiento

20cmx30cm. Y la cantidad de

refuerzos colocados en columnas son de 4 a 6 varillas por columna. Ø = ¾‖, 5/8‖ o hasta ½‖. Ver los resultados tabulados de las cartillas de encuestas en el Gráfico Nº 4 y en el Gráfico Nº 5. Gráfico Nº 4: Dimensiones de Columnas 10% 25x25 20x30 53%

37%

25x40

Gráfico Nº 5: Cantidad de varillas en la columna 7% 10%

33%

4Ø1/2" 6Ø1/2" 4Ø5/8" 6Ø5/8"

50%



Los estribos en las columnas con: Av = ¼‖, s = [email protected], 4@10, resto a 20cm.



Se ha realizado encuestas a los propietarios de las viviendas, así mismo a los

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maestros de obra constructores y al respecto de que su vivienda pueda estar preparado para soportar a los efectos que puede generar un evento sísmico, la mayoría de ellos cree que sus viviendas son altamente resistente a los sismos. Gráfico Nº 6: Opinión del propietario si cree que su vivienda está preparada para soportar sismo 0% 7%

Si

No

93%

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No sabe no opina

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CAPITULO 4 CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS Y MECÁNICAS DE LA ALBAÑILERÍA UTILIZADA EN LA CONSTRUCCIÓN DE LAS VIVIENDAS ESTUDIADAS UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Se tomaron muestras de ladrillos (macizos y tubulares) para el ensayo a la comprensión simple de unidades de albañilería y ensayo de pilas; también se ha tomado muestras de agregados (arena gruesa) para la elaboración de probetas de mortero (cubos de 5cm de arista) para determinar la resistencia a la comprensión simple, y varillas de acero, utilizados en la construcción de viviendas estudiadas. Para evaluar el concreto, se elaboró probetas de concreto en obra de acuerdo a la norma NTP 339.034, que posteriormente fueron ensayados en el laboratorio de la facultad de Ingeniería Civil de la UNHEVAL. Cabe mencionar que las pilas de albañilería fueron elaboradas por los mismos albañiles que participan en la construcción de las viviendas estudiadas. 4.1.

CONTROL DE MATERIALES UTILIZADOS 4.1.1.

UNIDADES DE ALBAÑILERÍA

4.1.1.1.

Características

Para los propósitos de esta investigación se utilizaron ladrillos tubulares de tipo pandereta acanalado (Fotografía N° 5) producidos industrialmente por una fábrica, también se han utilizado ladrillos macizo artesanal (Fotografía N° 6) producidos en el medio local, ambos presentan una participación significativa en el mercado. Ladrillos Pandereta Acanalado Este ladrillo se caracteriza por presentar en su superficie rayas dándole la forma acanalada que contribuye a la adherencia ladrillo-mortero, razón por la cual lo usan con frecuencia los albañiles. Especificaciones técnicas del fabricante: Tipo: Pandereta Acanalado Dimensiones: 9.0 x 10.5 x 23 cm Peso: 1.90 kg Rendimiento: 36 Unidades x m2 Resistencia: 64.10 kg/cm2

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Fotografía N° 5: Ladrillo Pandereta Acanalado

Ladrillos Macizo Artesanal Son fabricados artesanalmente en diferentes puntos de nuestra ciudad, los más usados en nuestro medio son las de la fábrica de LADRILLOS CERAMICOS CHAPACUETE S.A.C, ubicados en la Calle Los Manzanos S/N ciudad de Ambo, Ambo – Huánuco. Especificaciones técnicas del fabricante: Tipo: Macizo Artesanal Dimensiones: 7.0 x 12.5 x 22 cm Peso: 2.30 kg Rendimiento: 48 Unidades x m2

Fotografía N° 6: Ladrillo Macizo Artesanal

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4.1.1.2.

Variación Dimensional

Se tomó como referencia para el ensayo las normas NTP 399.613, NTP 399.604 y la norma ITINTEC 331.019. Esta prueba se realizó sobre una muestra de 10 unidades de cada tipo. Por otro lado, San Bartolomé, Quiun y Silva, 2011 (libro ―Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería‖), indican: ―Por cada incremento de 3mm en el espesor de la juntas horizontales (adicionales al mínimo requerido de 10mm), la resistencia a compresión de la albañilería disminuye un 15%‖; de acuerdo a esta afirmación es necesario realizar este ensayo para determinar el espesor de la junta de la albañilería.

En el ensayo se toman las dimensiones de altura (H), ancho (B) y largo (L) de la unidad de albañilería, realizando cuatro mediciones por cada arista, de estas mediciones se calcula el promedio, para después promediar toda la muestra. La variabilidad de dimensiones, se determina utilizando las dimensiones dadas por el fabricante y las dimensiones promedios obtenidas del ensayo, con la siguiente fórmula:

Dónde: V D Dp De

= Variabilidad Dimensional (%) = Dimensión de cada arista del espécimen pueden ser L, h o b (mm) = Dimensión promedio de las cuatro medidas tomadas en una arista (mm) = Dimensión nominal, especificada por el fabricante (mm) Los resultados aparecen en la Tabla 1 y Tabla 2.

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Tabla N° 1: Cálculo de la Variabilidad en las Unidades de Albañilería (Ladrillo pandereta)

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Tabla N° 2: Cálculo de la Variabilidad en las Unidades de Albañilería (Ladrillo macizo artesanal)

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4.1.1.3.

Alabeo

Se tomó como referencia para el ensayo las normas NTP 399.613, y la norma ITINTEC 331.019. Con este ensayo, hecho sobre una muestra compuesta por 10 unidades enteras de cada tipo (Fotografía N° 7), se puede medir la concavidad o convexidad que presentan las unidades de albañilería. Un gran alabeo puede afectar el espesor de la junta entre unidades; asimismo, puede disminuir la adherencia ladrillo-mortero por la existencia de vacíos en las zonas que presenten alabeo y, como consecuencia, puede ocasionar fallas de tracción por flexión en la unidad. Este ensayo se realiza colocando la superficie de asiento de la unidad sobre una mesa plana. Se mide el alabeo en las dos caras de asiento con una regla metálica y una cuña graduada al milímetro, conectando los extremos diagonalmente opuestos de la unidad, tal como se muestra en la Fotografía N° 7. Fotografía N° 7: Ensayo de Alabeo

Si el alabeo es cóncavo, se introduce la cuña en la zona donde se presente la mayor deflexión; mientras que para el caso de alabeo convexo, se acomoda la regla metálica hasta que los valores de alabeo registrados con la cuña en los dos extremos fueran iguales. Los resultados se promediaron y se expresaron en milímetros, tal como se muestran en la tabla 3 y tabla 4. UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Tabla N° 3: Medición del Alabeo (Ladrillo pandereta)

Tabla N° 4: Medición del Alabeo (Ladrillo macizo artesanal)

4.1.1.4.

Resistencia a la compresión (f´b)

Se tomó como referencia para el ensayo las normas NTP 399.613, 339.604 y la norma ITINTEC 331.018, 331.019. Este ensayo, hecho sobre una UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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muestra compuesta por 5 unidades enteras, tanto de ladrillos tubulares y sólidos artesanales, proporciona la resistencia a compresión axial de la unidad, así como también una medida de su durabilidad, ya que a mayor resistencia, mayor durabilidad del ladrillo. Previamente, la muestra fue introducida en un horno durante 24 horas, a 110º C para eliminar su humedad natural. Una vez secas las unidades, se les colocó un capping de yeso-cemento, para obtener una superficie uniforme de o entre la unidad y el cabezal de la máquina de compresión (Fotografía 8 y fotografía 9). Antes del ensayo a compresión se debe medir las dimensiones de cada unidad. Fotografía N° 8: Ensayo de compresión de ladrillo tubular

Fotografía N° 9: Ensayo de compresión de ladrillo sólido artesanal

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La resistencia a compresión de cada unidad (fb) se calcula como la carga máxima o de rotura entre el área bruta del espécimen. Finalmente la resistencia característica (f´b) se obtiene restando una desviación estándar al valor promedio. Los resultados aparecen en las Tablas 5 y 6

Dónde: f´b: Resistencia Característica fb: Resistencia a comprensión de una unidad P: Carga máxima o de rotura A: Área bruta del espécimen σ: Desviación estándar Tabla N° 5. Mediciones y Resultados de ensayo de Compresión (ladrillo tubular)

Tabla N° 6. Mediciones y Resultados de ensayo de Compresión (ladrillo sólido artesanal)

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4.1.1.5.

Evaluación de Resultados

Según la Norma E.070 los ladrillos tubulares (pandereta) no deben ser usados en la construcción de muros portantes en nuestro país, excepto en la zona sísmica 1 (Selva), donde se permiten construcciones de hasta un máximo de dos pisos. De acuerdo a los resultados de los ensayos no se pueden clasificar a los ladrillos tubulares y a los ladrillos sólidos artesanales ni siquiera como Clase I, según la Norma E.070, ya que tienen una baja resistencia característica a compresión (f´b < 50 kg/cm2), ver Tabla 7. Tabla N° 7. Clase de Unidad de Albañilería para fines estructurales – Norma E.070 (Tabla 1)

4.1.2.

CEMENTO

Es un producto de la mezcla de calizas y arcillas u otros materiales, tiene la propiedad de endurecer al o con agua; mezclado con agregados, como la arena y piedra, se crea una mezcla llamada concreto u hormigón. Existen cinco tipos de cemento; en nuestro medio el más usado es el Cemento Portland tipo I para el mortero de asentado y para los elementos de confinamiento.

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4.1.3.

AGREGADOS

Por su gradación se clasifican en:  Agregado fino (arena): Partículas menores de 4.75 mm (Malla Standard ASTM #4) y mayor de 0.075 mm (Malla Standard ASTM #200).  Agregado grueso (piedra): Partículas mayores de 4.75 mm (Malla Standard ASTM #4). Para el proyecto de investigación se usó los siguientes agregados:  Mortero para el asentado de ladrillos: agregado fino (arena gruesa: arena de rio + arena amarilla). La arena de rio se distribuye en las diferentes canteras que hay en las inmediaciones del rio Huallaga, y la arena amarilla está conformado por partículas de garnitos y graneodoritos que se ubican en las partes bajas del cerro Marabamba; los albañiles locales usan con frecuencia para la elaboración de los morteros para el asentado de los ladrillos. Fotografía N° 10: Arena de rio y arena amarilla Arena de cerro (Arena Amarillo)

Arena de rio

4.1.4.

AGUA

El agua usada en la mezcla del concreto y mortero debe ser agua potable, libre de materia orgánica y sustancias como aceites, ácidos, etc. En nuestro medio UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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no se tiene inconvenientes ya que se cuanta con una red de agua potable. 4.1.5.

MORTERO

Es el producto obtenido de la combinación del aglomerante (cemento) y los aglomerados (agregado fino y agua). Se utiliza para la unión entre las unidades de albañilería y en el asentado corregir las irregularidades de las mismas, sellando las juntas contra el ingreso de aire y humedad. Según la Norma E.070 la dosificación adecuada para el asentado de ladrillos en muros portantes es la proporción volumétrica de 1:4 de cemento y arena gruesa, mientras que la cantidad de agua utilizada dependerá de la trabajabilidad. Una manera práctica de apreciar la trabajabilidad de la mezcla consiste en coger con el badilejo un poco de mezcla, sacudirlo verticalmente y girar el badilejo 180º para que caiga la mezcla, si quedara adherida al badilejo unos 15 segundos, la mezcla se considerará trabajable. En nuestro medio es común el proceso de fabricación de morteros artesanales que se preparan a mano en obra, revolviendo la mezcla seca cemento-arena, y finalmente echan agua a criterio del constructor. De la proporción del agregado fino, el 50% de esta es arena de rio, y el otro 50% es la arena amarilla que son extraídas de canteras

ubicadas en los cerros aledaños a nuestra ciudad,

cuyos componentes son partículas como graneodoritos, granitos, y en un pequeño porcentaje de limo o arcilla. Fotografía N° 11: Elaboración de Mortero

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4.1.5.1.

Resistencia a la compresión del mortero (ASTM C-579)

Se ensayaron 5 probetas cúbicas de 5cm de lado a los 28 días de ser curados en agua, la mezcla de mortero fue extraída en obra aleatoriamente. Según Angel San Bartolomé, Daniel Quiun y Wilson Silva (2011) este ensayo es solo para ver la calidad del mortero a través de la dispersión de resultados, ya que la adherencia unidad-mortero es más importante, ya que las probetas no reflejan las condiciones reales que se producen en las juntas. Fotografía N° 12: Probeta de mortero con capping, listo para ensayar

Fotografía N° 13: Ensayo de compresión

El cubo se colocó centrándolo en el cabezal inferior de la máquina universal (Fotografía 13). La velocidad de desplazamiento entre los cabezales fue de 1mm/minuto. UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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La resistencia a compresión de cada unidad se calcula como la carga máxima o de rotura entre el área bruta del espécimen. Para calcular la resistencia a compresión se usó la siguiente fórmula:

Dónde: Pu: Carga máxima registrada. A: Área bruta del espécimen. σu: Resistencia a comprensión. Tabla N° 8. Mediciones y Resultados de ensayo de Compresión (Probetas de mortero)

N°

Largo Especimen (cm)

Ancho (cm)

Altura (cm)

Peso seco

Carga Máxima

Area bruta

σu

σu

L1

L2

A1

A2

H1

H2

gr

Kg

cm2

Kg/cm2 Kg/cm2

3799

7103.64

24.925

285.00

03

ULM-6

4.98

5.00

5.00

4.99

5.00

5.00

04

ULM-7

4.99

5.00

4.99

4.08

5.00

5.00

3808.3 5006.16

22.652

221.00

05

ULM-8

5.00

5.00

4.99

5.01

5.00

5.00

3817.6 7025.00

25.000

281.00

06

ULM-9

5.01

5.02

5.00

5.00

5.00

5.00

3826.9 5391.13

25.075

215.00

215.00

07

ULM-10

5.01

5.00

5.00

4.99

5.00

5.00

3836.2 3865.00

25.000

154.60

154.60

221.00

σu PROMEDIO: 196.87 Kg/cm2 Desviación Estandar σn-1: 36.73 Kg/cm2 Coeficiente de Variación: 18.7%

4.1.6. CONCRETO Es el material resultante de la mezcla de agregados pétreos (grava y arena) con agua y cemento, capaz de resistir esfuerzos de compresión y limitadamente esfuerzos de tracción. En cuanto al control de la resistencia requerida, se realizaron ensayos de compresión axial a probetas cilíndricas de 15cm de diámetro y 30cm de altura. Se ensayaron cuatro probetas de tres viviendas en proceso de construcción a los 28 días de edad. Los resultados aparecen en la Tabla 9. UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Se puede apreciar que los resultados son nada favorables, ya que no alcanzaron las resistencias mínimas para un concreto estructural. 4.1.6.1.

Referencia Normativa para determinar la resistencia

característica a la comprensión del concreto: ASTM C-39, (Standard Test method forComprensive Strength of Cilyndrical Concrete Specimenes), NTP 339.034, (Concreto, Metodo de ensayo para esfuerzo a la comprensión de muestras cilindricas de concreto.) 4.1.6.2.

Equipo de ensayo y materiales: Prensa Digital ACCU-TEK

250, (Marca: Ele International), probetas de concreto con dimensiones y muestreo adecuado de acuerdo a refercnias normativas.

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Tabla N° 9. Resultados de Ensayo a Compresión f´c = 175 Kg/cm2

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Fotografía N° 14: Elaboración de probetas de concreto in-situ.

Fotografía N° 15: Ensayo de compresión de probetas de concreto

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4.1.7. ACERO DE REFUERZO Son barras de acero de sección circular con estrías en su superficie que mejoran la adherencia con el concreto. Su uso en la construcción es para poder soportar los esfuerzos de tracción que el concreto por sí solo no podría. Su fabricación cumple con límites de fluencia, resistencia a la tracción y alargamiento. Las especificaciones señalan también las dimensiones y tolerancias (ASTM A615 Grado 60). La longitud comercial usual es de 9 metros de largo. Las propiedades mecánicas del acero utilizado son las siguientes: 

Límite de Fluencia = 4220 kg/cm2



Resistencia máxima a la Tracción = 6330 kg/cm2

Los diámetros más utilizados en la construcción de las viviendas representativas fueron los siguientes: 

Acero en columnas: de 4 a 6 varillas por columna. Ø = ¾‖, 5/8‖ o hasta ½‖.



Estribos en columnas: Av. = ¼‖, s = [email protected], 4@10, resto a 20cm.

4.2. PRISMAS DE ALBAÑILERÍA Los

prismas

son

pequeños

especímenes

que

nos

permiten

predecir

el

comportamiento de los muros de albañilería, mediante ensayos que determinan los parámetros requeridos para el análisis y el diseño estructural. Los prismas son sometidos a solicitaciones semejantes a la realidad, para determinar la resistencia a compresión, y el módulo de elasticidad se construyeron cuatro pilas usando los ladrillos y mortero similares a los que se usan en las obras estudiadas. Los ensayos tienen como referencia a las normas NTP 399.605 y 399.621.

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4.2.1. PILAS 4.2.1.1.

Características

Las características de las 4 pilas (Imagen 7) construidas fueron: 

Tipo de ladrillo: Pandereta Acanalado y Ladrillo Macizo Artesanal.



Dosificación del mortero: 1: 4 (cemento: arena)



Espesor de juntas: Variable de 1 a 2 cm



Colocación de capping de yeso-cemento en los extremos. Imagen N° 7: Pila de albañilería Típica

4.2.1.2.

Procedimiento Constructivo

Los ladrillos fueron regados durante 30 minutos un día antes del asentado. Entre cada ladrillo se colocó el mortero hasta llegar a la última hilada, verificando la verticalidad con una plomada y un nivel. Finalmente se colocó un capping de yeso-cemento en la parte inferior y superior de las pilas para poder uniformizar la superficie de o entre las pilas y el cabezal del equipo mecánico de ensayo. Pasado los 28 días de haber construido las pilas se procedió a realizar los ensayos de compresión axial.

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4.2.1.3.

Instrumentación y Montaje

El montaje de las pilas fue de manera manual realizado por el tesista y personal del laboratorio, que se encargó de ubicar las respectivas pilas lo más centradas posible en los ejes de los cabezales, como se muestra en la Fotografía N° 16. Fotografía N° 16: Pilas instalada para ensayo a comprensión, derecha: Pila de ladrillo pandereta, izquierda: Pila de ladrillo macizo artesanal.

Para este ensayo se utilizó una velocidad de 0.5 mm/seg. Con respecto al equipo de ensayo, se utilizó una gata hidráulica de 60 toneladas accionada por una bomba hidráulica eléctrica. Mientras la gata hidráulica iba ejerciendo fuerza sobre la pila, la celda de carga registraba el voltaje. Dichos voltajes se convierten en toneladas, los cuales son registrados en una computadora. Para el caso de ladrillos pandereta se obtuvo una falla frágil y explosiva (Fotografía N° 17), con valores pequeños en la resistencia. Esto demuestra lo peligroso que es usar ladrillos pandereta en la construcción de muros portantes.

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Fotografía N° 17: Falla típica de pilas de ladrillo pandereta.

Para el caso de ladrillos macizo artesanal se obtuvo fallas típicas por aplastamiento (Imagen 25), con valores medianos en la resistencia. Fotografía N° 18: Falla típica de pilas de ladrillo macizo artesanal.

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4.2.1.4.

Cálculo de la Resistencia a Compresión Axial

La resistencia a compresión axial de las pilas de albañilería se obtiene de la relación carga máxima sobre el área bruta de la pila.

Dónde: fm = Resistencia a compresión axial (kg/cm2) Pmáx = Fuerza máxima que resiste la pila (kg) Área = Área bruta transversal a la fuerza (cm2) La resistencia característica se obtiene al restar una desviación estándar a la resistencia promedio.

Dónde: f´m = Resistencia características a comprensión axial (kg/cm2) σ = Desviación estándar (kg/cm2) Según la Norma E.070 el valor de f´m tiene que ser corregido por esbeltez. Los factores de corrección se muestran en la siguiente tabla 10. Tabla N° 10. Factores de Corrección de f´m por esbeltez, Norma E.070

Esbeltez Factor

2 0.73

2.5 0.8

3 0.91

4.5 0.98

5 1

Para valores de esbeltez mayores se extrapola según los datos de la tabla anterior. En las Tablas 11 y 12 se muestra los resultados obtenidos.

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Tabla N° 11. Resultados de los Ensayos de Compresión Axial en Pilas de ladrillos pandereta

Espécimen PLP - 01 PLP - 02 PLP - 03 PLP - 04

Dimensiones Esbeltez Sección L (H/t) (cm2) (mm) t (mm) H (mm) 230.00 231.50 228.00 228.50

112.50 111.30 111.00 110.00

416.80 414.90 311.00 312.10

3.70 3.73 2.80 2.84

258.75 257.66 253.08 251.35 fm: σ: f´m:

Pmáx (Kg) 7788.38 6312.66 6529.46 6208.35

fm fm Factor de (kg/cm2) (kg/cm2) Corrección corregido 30.1 24.5 25.8 24.7

23.86 Kg/cm2 3.08 Kg/cm2 20.79 (1.97)

0.943 0.944 0.866 0.874

28.38 23.13 22.35 21.59

Kg/cm3 (Mpa)

Tabla N° 12. Resultados de los Ensayos de Compresión Axial en Pilas de ladrillos macizo artesanal

Espécimen PLM - 01 PLM - 02 PLM - 03 PLM - 04

Dimensiones L H (mm) t (mm) (mm) 216.00 214.80 215.00 211.00

120.00 119.50 119.00 118.00

343.10 432.00 429.00 410.00

Esbeltez Sección (H/t) (cm2) 2.86 3.62 3.61 3.47

259.20 11145.60 256.69 9292.03 255.85 9517.62 248.98 9959.20 fm: σ: f´m:

4.2.1.5.

Pmáx (Kg)

fm fm Factor de (kg/cm2) (kg/cm2) Correción corregido 43 36.2 37.2 40

35.99 Kg/cm2 1.84 Kg/cm2 34.15 (3.23)

0.879 0.939 0.938 0.932

37.80 33.98 34.90 37.29

Kg/cm3 (Mpa)

Cálculo del Módulo de Elasticidad

Para la obtención del módulo de elasticidad de la albañilería, no se ha determinado adecuadamente de acuerdo a la Norma de Ensayo, debido a que la máquina de ensayos del laboratorio de la facultad no cuenta con todos los dispositivos necesarios, entre uno de ellos el linear variable differential transformer (LVDT), que es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales, que debería instalarse según se muestra en la Imagen N° 8.

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Imagen N° 8: Pila Típica con LVDT

El módulo de elasticidad (Em) debe ser hallado en una zona de la gráfica fuerza – desplazamiento donde el comportamiento es elástico. Para el cálculo del módulo de elasticidad de la pila se usaron las siguientes expresiones:

Dónde: ΔP = Incremento de fuerza en la zona elástica (Kg) Área Bruta = Largo x Ancho (cm2) Δσ = Esfuerzo axial asociado a ΔP (ton/m2) ΔD = Desplazamiento asociado a ΔP (mm) Δε= Deformación unitaria asociada a Δσ Le = Longitud entre el cabezal y el marco móvil de la máquina universal (mm) Em = Modulo de Elasticidad de la albañilería. El gráfico fuerza - desplazamiento de las 4 pilas se muestra en los gráficos N° 7 al 10.

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4.2.1.5.1. Cálculo del Módulo de Elasticidad en pilas de ladrillo pandereta.

Gráfico N° 7: Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº1 31.00

Esfuerzo Axial (kg/cm2)

30.00 29.00 28.00 27.00 26.00 25.00 24.00 23.00 22.00 0.0040

0.0050

0.0060

0.0070

0.0080

0.0090

Deformación Unitaria

Gráfico N° 8: Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº2 25.00

Esfuerzo Axial (kg/cm2)

23.00

21.00 19.00 17.00 15.00 0.0037

0.0057

0.0077

0.0097

Deformación Unitaria

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Gráfico N° 9: Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº3

26.00 24.00 Esfuerzo Axial (kg/cm2)

22.00 20.00 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 0.0060

0.0080

0.0100

0.0120

0.0140

0.0160

Deformación Unitaria

Gráfico N° 10: Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº4

24.00

Esfuerzo Axial (kg/cm2)

22.00 20.00

18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 0.0060

0.0070

0.0080

0.0090

0.0100

0.0110

0.0120

Deformación Unitaria

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El cálculo del módulo de elasticidad se muestra en la Tabla 13. Tabla N° 13: Cálculo del Módulo de Elasticidad en Pilas Δσ

PLP - 01

Longitud del espécimen (mm) 230.00

ΔP (Ton) 780.00

ΔD (mm) 0.19

PLP - 02

231.50

1740

0.69

0.0016

6.75

4224.60kg/cm2

PLP - 04

228.50

1150

0.47

0.0014

4.54

3174.28kg/cm2

Em:

4781.34

Kg/cm2

Desviación: 1946.10

Kg/cm2

Espécimen

Datos

Em

Deformación Unitaria ε kg/cm2 (kg/cm2) 0.0004 3.01 6945.13kg/cm2

4.2.1.5.2. Cálculo del Módulo de Elasticidad en pilas de ladrillo macizo artesanal.

Gráfico N° 11: Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº 2

Esfuerzo Axial (kg/cm2)

37.00 35.00 33.00 31.00 29.00 27.00 25.00 23.00 21.00 19.00 0.0040

0.0050

0.0060

0.0070

0.0080

0.0090

0.0100

0.0110

Deformación Unitaria

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Gráfico N° 12: Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº 3 40.00

Esfuerzo Axial (kg/cm2)

36.00 32.00 28.00 24.00 20.00 16.00 0.0040

0.0060

0.0080

0.0100

0.0120

Deformación Unitaria

Esfuerzo Axial (kg/cm2)

Gráfico N° 13: Gráfico Fuerza vs Desplazamiento en la Pila Nº 4 42.00 40.00 38.00 36.00 34.00 32.00 30.00 28.00 26.00 24.00 22.00 0.0040 0.0050 0.0060 0.0070 0.0080 0.0090 0.0100 0.0110 0.0120 Deformación Unitaria

El cálculo del módulo de elasticidad se muestra en la Tabla 14. Tabla N° 14. Cálculo del Módulo de Elasticidad en Pilas

PLM - 02

Longitud del especimen (mm) 214.80

ΔP (Ton) 1388

ΔD (mm) 0.47

PLM - 03

215.00

1932

0.47

0.0011

7.55

7155.24kg/cm2

PLM - 04

211.00

2409.6

0.78

0.0018

9.68

5267.18kg/cm2

Espécimen

Datos

Δσ Em Deformación Unitaria ε kg/cm2 (kg/cm2) 0.0010 5.41 5158.24kg/cm2

Em:

5860.22 Kg/cm2

Desviación:

1122.84 Kg/cm2

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4.3.

EVALUACIÓN DE RESULTADOS

El tipo de ladrillo pandereta, según la Norma E.070 no es aplicable para muros portantes. Sin embargo, con fines ilustrativos se harán algunas comparaciones. Se comparan los resultados obtenidos de f´m para la albañilería con ladrillos tubulares (pandereta), y ladrillos macizo artesanal fabricados en nuestra ciudad con los valores de otros ladrillos de arcilla (Tabla 15). Puede notarse que el valor de f´m = 20.79 kg/cm2 (Pandereta) el cual es muy bajo, y de f´m = 34.15 kg/cm2 (macizo artesanal), similar al ladrillo King Kong Artesanal (f´m = 35 kg/cm2). Tabla N° 15. Resistencias Características de la Albañilería según la Norma E.070

Lo indicado en el párrafo anterior se debió a que el ladrillo pandereta presentó una menor área neta que resista los esfuerzos de compresión axial en la pila; sin embargo se tiene conocimiento de que la resistencia al corte de la albañilería a base de ladrillo pandereta es alta, probablemente porque se forman llaves en las juntas verticales, generadas por la penetración del mortero en los alveolos tubulares del ladrillo pandereta. Esto ocurrió en los ensayos desarrollados en una investigación (Salinas y Lázares, 2007). El módulo de elasticidad tampoco cumplió con la expresión indicada en la Norma E.070: Em = 500 f´m = 500x20.79 = 10395 kg/cm2, mientras que el resultado experimental obtenido fue 4781.34 kg/cm2 para pilas de ladrillo pandereta. Y de Em = UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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500x34.15 = 17075kg/cm2 y el resultado experimental obtenido fue de 5860.22 kg/cm2 para ladrillo macizo artesanal. Asimismo, en la Norma E.070 se especifica que para efectos de diseño, la resistencia al corte del murete (v’m) no debe ser mayor que, √

en kg/cm2, (Tabla 16), se

consideró el v’m el máximo permisible según la norma para los cálculos en la etapa de verificación de los muros. Tabla N° 16. Cálculo de la resistencia de diseño al corte UNIDADES DE ALBAÑILERÍA

f´m ensayo (kg/cm2)

Pandereta Acanalados Macizo Artesanal

20.79 34.15

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v´m max =√f´m (kg/cm2) 4.56 5.84

v´m diseño (kg/cm2) 4.56 5.84

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CAPITULO 5 ANÁLISIS SÍSMICO DE UNA VIVIENDA AUTOCONSTRUIDA REPRESENTATIVA UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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El Perú es un país ubicado dentro de una zona sísmicamente activa, donde las estructuras deben construirse siguiendo los criterios del diseño sismo resistente aceptando que durante su vida útil la estructura experimentará al menos un terremoto de gran intensidad y varios terremotos de moderada intensidad. Consecuentemente, el propósito de este documento es describir los cálculos referidos al análisis sísmico de una vivienda autoconstruida representativa de la ciudad de Cayhuayna. Para realizar el Estudio de Evaluación Estructural se ha usado la Norma de Diseño Sismo resistente vigente. La filosofía de la Norma establece como principio para el análisis, que algunos de los elementos del sistema estructural puedan experimentar comportamiento en el rango Inelástico, soportando grandes deformaciones que disipen la energía inducida por el terremoto. Como producto de este fenómeno se espera, para el caso de sismos moderados, que se presenten daños en los elementos no estructurales (tabiquería, y otros) y que puedan repararse. De otro lado se acepta, en caso de sismos severos que se presenten daños estructurales pero no el colapso de la estructura. El modelo estructural se realiza según referencia normativas nacionales y extranjeras, el análisis se realizara de la estructura tridimensional la cual es representada por un modelo matemático en el programa de computo ETABS v.9.7.4 el cual realizará los cálculos siguiendo el método numérico de elementos finitos de acuerdo a las condiciones de borde ingresados, es decir las cargas y restricciones necesarias asignadas a la estructura para su mejor representatividad.

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5.1. CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA El módulo a evaluarse, es una estructura representativa de las viviendas, de todo un conjunto de tipologías estructurales, características geométricas, arquitectónicas, mecánicas y entre otros de la mayoría de las viviendas autoconstruidas en la ciudad de Cayhuayna; y comprende el modulo en la cual se tiene los ambientes de: un departamento con de tres habitaciones, sala – comedor, SS.HH. cocina y salones para tienda comercial con un depósito, (ESTO SE ENCUENTRA EN EL PISO PRIMERO), diez habitaciones para alquiler a estudiantes con cuatro servicios higiénicos (ESTO SE ENCUENTRA EN EL PISO SEGUNDO), diez habitaciones para alquiler a estudiantes con cuatro servicios higiénicos (ESTO SE ENCUENTRA EN EL PISO TERCERO), dos lavaderos (ESTO SE ENCUENTRA EN LA AZOTEA). Cada piso se compone por elementos estructurales y no estructurales, en el caso de los elementos estructurales (aquellas que contribuyen con su rigidez a contrarrestar los efectos de desplazamiento excesivo – fuera del rango elástico y que con las propiedades de los materiales contribuyen con la resistencia de la estructura en general – oposición a la falla por rotura de elementos debido a fuerzas que se generan en respuesta a las cargas que actúan sobre la estructura) de esta manera podemos listar como elementos estructurales los siguientes: 

Diafragmas Estructurales:

Son las losas de entrepiso, cuyo sistema de techos es de losa aligerada con espesor efectivo de 20 cm, estos diafragmas conectan todos elementos de disipación de fuerzas laterales mediante elementos colectores. 

Elementos de Borde:

Como elementos de borde de diafragma y muros estructurales de albañilería confinada se encuentran vigas y columnas y/o columnetas de borde.

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

Elementos

que

generan

rigidez

y

resistencia

lateral

ante

solicitaciones de cargas horizontales: Para este caso se ha considerado como los elementos de disipación lateral de carga sísmica a los muros de albañilería confinada tanto en las direcciones XX y YY de acuerdo a las coordenadas globales, que son los elementos área conformado por muros de mampostería conformado por la unión de unidades de albañilería por medio del mortero, dichos muros son confinados por vigas y columnetas; a pesar de que en la dirección YY, debido a una mala estructuración de las viviendas auto-construidas se asemejan más al sistema aporticado. Dicha consideración se debe a que el objetivo es estudiar a los elementos estructurales más vulnerables. 

Cimentaciones:

Las cimentaciones son típicas, en general tipo zapatas aisladas para el caso de columnas y zapatas corridas para el caso de muros estructurales (albañilería confinada), la profundidad de desplante que no es muy profunda, dicho criterio lo plantea generalmente el maestro de obra, las zapatas aisladas presentan generalmente un espesor de zapatas de 60 cm. De acuerdo a la disposición de los elementos estructurales se ha determinado los sistemas estructurales predominantes de la estructura, los cuales son en la dirección XX un sistema albañilería confinada, y en el caso de la dirección Y-Y se considera un sistema mixto conformado por pórticos de concreto armado y muros de albañilería confinada, sin embargo se evaluará en ambos sentidos, asumiendo que la estructura es un sistema de albañilería confinada que es más frágil que los elementos de concreto armado. 5.2. REFERENCIAS NORMATIVAS Para el presente análisis se ha considerado como parámetros las normas locales establecidas en el Reglamento Nacional de Edificaciones. A continuación se listan las referencias normativas consideradas:

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

R N E. Norma Técnica de Edificación E-020 "Cargas".



R N E. Norma Técnica de Edificación E-030 "Diseño Sismo Resistente".



R N E. Norma Técnica de Edificación E-050 "Suelos y Cimentaciones".



R N E. Norma Técnica de Edificación E-060 ―Concreto Armado‖.



R N E. Norma Técnica de Edificación E-070 ―Albañilería‖

5.3. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Principalmente se tiene 3 tipos de materiales, los cuales son: Muros de albañilería confinada, que es un conjunto monolítico conformado por la unión de unidades de albañilería de arcilla cocida por medio del mortero, como elemento estructural es capaz de absorber esfuerzos de comprensión dentro del rango de su capacidad, para que el muro pueda absorber esfuerzos cortantes y de flexión es necesario el confinamiento por todo el perímetro, para lo cual el más adecuado es el concreto armado; el concreto propiamente dicho es el material que contribuye principalmente a soportar los esfuerzos de compresión generados en el sistema estructural, así mismo en forma limitada absorben los esfuerzos y demandas de cortante, flexión, y torsión. El acero estructural grado 60 es al hacer que complementa al concreto en la resistencia, principalmente absorbe las cargas y/o esfuerzos a flexión, así mismo también absorben esfuerzos y/o cargas de cortante y torsión, el sistema en conjunto acero – concreto es capaz de absorber esfuerzos combinados generados dentro del sistema estructural de la edificación. El concreto de la estructura a evaluar presenta las siguientes características (Ver Tabla Nº 9): Resistencia característica a la compresión, f´c:

150 kg/cm2

(Promedio de las diferentes evaluaciones). Peso específico: Módulo de elasticidad: Módulo de Poissón:

2400 kg/m3 18371.173 kg/cm2 0.175

El acero grado 60 de la estructura a evaluar presenta las siguientes características:

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Resistencia a la fluencia del acero: Peso específico: Módulo de elasticidad: Módulo de Poisson:

4200 kg/cm2 7850 kg/m3 2x10e+6 kg/cm2 0.3

La albañilería de la estructura a evaluar presenta las siguientes características: Unidad de Albañilería:

Ladrillos tubular (pandereta acanalado)

Resistencia a la compresión f´m: Peso específico: Módulo de elasticidad: Módulo de Poisson: Resistencia al corte v´m:

Unidad de Albañilería: Resistencia a la compresión f´m: Peso específico: Módulo de elasticidad: Módulo de Poisson: Resistencia al corte v´m:

20.79 kg/cm2 1400 kg/m3 4781.34 kg/cm2 0.25 4.56 kg/cm2

Ladrillos sólido artesanal 34.15 kg/cm2 1900 kg/m3 5860.22kg/cm2 0.25 5.84 kg/cm2

5.4. CARGAS 5.4.1. CARGAS VERTICALES Las cargas verticales se evaluaron conforme a la norma de Cargas, RNE E.020. Los pesos de los elementos de concreto se estimaron a partir de sus dimensiones reales, con un peso específico de 2,400 kg/m3; los elementos conformados por albañilería, en el primer nivel con un peso específico de 1900 kg/m3 (albañilería a base de ladrillos macizo artesanal) y los demás pisos con peso específico de 1400 kg/m3 (albañilería a base de ladrillos tubulares pandereta acanalado). Dentro del proyecto particularmente existen cargas permanentes por las tabiquerías que se consideraran como cargas repartidas o uniformemente UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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distribuidas según el caso, sobre los elementos estructurales. De acuerdo a los cálculos realizados según los pesos específicos de los materiales involucrados y las dimensiones establecidas en el proyecto se consideraran: Para realizar el metrado de cargas se han considerado los siguientes pesos: Peso de la losa aligerada

=

300.00kg/m2

Peso de albañilería (Anal. De edif. - A. San Bartolomé, 1998) Unidades sólidas con pocos huecos(Tarrajeado)

=

19.00Kg/(M2xCM)

Unidades huecas tubulares (Tarrajeado)

=

14.00Kg/(M2xCM)

Peso de acabados

=

100.00kg/m2

Peso de tabiquería Peso del Concreto Armado

150.00kg/m2 =

2400.00kg/m3

similares al de los hoteles, RNE-0.20)

=

200.00kg/m2

Sobrecarga (s/c) Ultimo nivel (vivienda, RNE-0.20)

=

100.00kg/m2

Sobrecarga (s/c) 1º y 2º nivel (vivienda y/o cuartos

5.4.2. CARGAS LATERALES (SISMO) La carga lateral sísmica se puede cargar de 2 formas en el modelo, de la forma estática y de la forma dinámica, la primera forma se realizara desde una hoja de cálculo externo al modelo matemático elaborado en el ETABS v9.7.4, este se empleara como referente de la cortante basal estática mínima, en el caso de la forma dinámica se realizara una superposición modal – espectral, es decir se realizara un espectro de aceleraciones sísmicas para diferentes periodos de vibración natural del edificio, dichos periodos de vibración natural corresponden a los diferentes formas de modo que presenta la estructura. Para la elaboración del espectro de aceleraciones sísmicas se tendrá en UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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consideración los siguientes parámetros sísmicos de acuerdo a la norma de diseño sismo – resistente E.030, los cuales se mencionan a continuación: 5.4.3. FACTOR DE ZONA El factor de zona establece la ubicación desde el punto de vista de aceleraciones sísmicas según el terreno en general del mapa peruano, es así que se diferencia 3 zonas principalmente, en la cual proyecto de investigación se ubica en la zona 2, de acuerdo al mapa de zonificación sísmica de la norma E.030, tal como se muestra en la siguiente imagen: Infografía N° 2: Ubicación de proyecto en mapa de zonificación sísmica

Fuente: Norma de diseño sismo resistente E.030

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Tabla N° 17: Factores de Zona FACTORES DE ZONA ZONA

FACTOR

3

0.4

2

0.3

1

0.15

Fuente: Norma de diseño sismo resistente E.030

En resumen los valores de factor de zona son valores de aceleraciones sísmicas en el terreno con una probabilidad de ser excedida del 10% en un periodo de 50 años. Al presente proyecto se puede ubicarlo en la zona 2 (Cayhuayna - Huánuco), por lo que le corresponde un factor de zona de Z= 0.3 g = 2.943 m/s2 5.4.4. FACTOR DE SUELO El factor de suelo es el factor que caracteriza de forma local, el suelo de fundación, por lo que se ha generalizado 4 tipos de suelo a saber: Tabla N° 18: Factor de suelo FACTOR DE SUELO Tipo

Descripción

Ts

S

S1

Roca o suelos muy rígidos

0.4

1

S2

Suelos intermedios

0.6

1.2

Suelos flexibles o con estratos de gran S3

espesor

0.9

1.4

S4

Condiciones excepcionales

(*)

(*)

(*) Los valores de Ts y S para este caso serán establecidos por el especialista, pero en ningún caso serán menores a los especificados para el perfil tipo S3

Fuente: Norma de diseño sismo resistente E.030

El perfil del terreno más adecuado a considerar, de acuerdo a lo deducido en el capítulo 3, en el Item. 3.3 sería el perfil S1. Además adjuntamos fotografías de UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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las inspecciones visuales realizadas en campo. Fotografía N° 19: Excavación para cimientos de una vivienda ubicada en Cayhuaynita – Av. Universitaria (M – 1).

Fotografía N° 20: Excavación para cimientos de una vivienda ubicada en Urb. Las Flores – Cayhuaynita. (M – 2).

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Fotografía N° 21: Excavación para cimientos de una vivienda ubicada en un punto de la UNHEVAL. (M – 3).

Imagen N° 9: Mapa de ubicación de las exploraciones de suelos.

Se ha definido en el capítulo 3 que el tipo de suelo es el S1, por lo tanto los parámetros sísmicos a emplearse son: Tp = 0.4 s y S = 1. 5.4.5. FACTOR DE USO El factor de uso o importancia se establece de acuerdo al uso de las instalaciones del inmueble y considerando el nivel operatividad a brindar después de ocurrido un evento sísmico. La norma de diseño sismo resistente establece el siguiente cuadro para ubicar los factores de importancia según el uso de la edificación: UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Cuadro N° 2: Factor de uso FACTOR DE USO CATEGORIA

DESCRIPCION

FACTOR

Edificaciones esenciales cuya función no debería interrumpirse inmediatamente después que ocurra un

sismo.

Como

hospitales,

centrales

de

comunicaciones, cuarteles de bomberos y policía,

A EDIFICIOS ESCENCIALES

subestaciones eléctricas, reservorios que puedan servir de refugio después de un desastre. También

1.5

se incluye edificaciones cuyo colapso puede significar un riesgo adicional, como grandes hornos, depósitos de materiales inflamables o tóxicos. Edificaciones donde se reúnen gran cantidad de personas,

B

como

teatros,

estadios,

centros

comerciales, establecimientos penitenciarios o que

EDIFICIOS

guardan

patrimonios

valiosos

como

museos,

1.3

IMPORTANTES bibliotecas y archivos especiales. También se considerarán

depósitos

de

granos

y

otros

almacenes importantes para el abastecimiento. Edificaciones comunes, cuya falla ocasionaría pérdidas de cuantía intermedia como viviendas,

C EDIFICIOS COMUNES

oficinas,

hoteles,

restaurantes,

depósitos

o

instalaciones industriales cuya falla no acarre peligros

adicionales

de

incendios,

fugas

1

de

contaminantes, etc. Edificaciones cuyas fallas causan perdidas de D

menor cuantía y normalmente la probabilidad de

EDIFICACIONES causar víctimas es baja como cercos menos de 1.5 MENORES

(*)

Ml depósitos temporales, pequeñas viviendas temporales, y construcciones similares.

(*) en estas edificaciones, a criterio del proyectista, se podrá omitir el análisis por fuerzas sísmicas, pero deberá proveerse de la resistencia y rigidez adecuadas para acciones laterales. Fuente: Norma de diseño sismo resistente E.030

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En este caso se empleará un factor de importancia U= 1, por tratarse de una edificación de vivienda. 5.4.6. FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA Coeficiente de amplificación de la aceleración sísmica, la cual es función del periodo de vibración natural de la edificación y del periodo de vibración del suelo. La amplificación sísmica está dada por la siguiente expresión:

5.4.7. FACTOR DE REDUCCION SISMICA El factor de reducción sísmica es aplicado a la carga sísmica total, puesto que de acuerdo a la norma de diseño sismo resistente se debe de disipar parte de la energía sísmica mediante deformaciones dúctiles, lo que significa que el edificio en general debe tener un comportamiento dúctil. Dichos factores de reducción sísmica se establecen de acuerdo al sistema estructural en las direcciones principales de la edificación. La estructuración en planta del primer nivel se tiene: Imagen N° 10: Estructuración del nivel 1 en planta

Fuente: Calculo estructural ETABS UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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El sistema estructural predominante en la dirección X-X es un SISTEMA DE MUROS ESTRUCTURALES DE ALBAÑILERIA CONFINADA, para lo cual la norma de diseño sismo resistente establece un factor de reducción RXX = 3 (Caso de sismo Severo) y RXX = 6 (Caso de sismo Moderado). De manera similar el sistema estructural predominante en la dirección Y-Y es un SISTEMA DE MUROS ESTRUCTURALES DE ALBAÑILERIA CONFINADA, para lo cual la norma de diseño sismo resistente establece un factor de reducción RYY = 3 (Caso de sismo Severo) y RYY = 6 (Caso de sismo Moderado). De acuerdo a la norma de albañilería E.070, para el análisis y diseño estructural, se define al SISMO MODERADO que proporciona fuerzas de inercia equivalentes a la mitad de los valores producidos por el ―SISMO SEVERO‖. 5.4.8. ESPECTRO ELASTICO De acuerdo a las consideraciones y parámetros fijados anteriormente se ha elaborado el espectro de diseño elástico, la cual se presenta a continuación: Gráfico N° 14: Espectro elástico de aceleraciones.

Fuente: Elaboración propia.

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En el eje de las ordenadas se muestra las seudo-aceleraciones en m/s2 el espectro mostrado obedece a la acción sísmica total que actúa sobre la edificación, es decir no se ha considerado el factor de reducción, debido a que según algebra simple (para el cálculo de las distorsiones) el factor de reducción no interviene, esto no significa que se esté realizando un diseño frágil, sino más bien se está contemplando lo especificado en la norma E.030, para el cálculo de distorsiones. Solo para el cálculo de distorsiones se ingresara el espectro sísmico anterior y solamente será escalado por 0.75 de acuerdo a la norma de diseño sismo resistente para verificación de distorsiones. Para los demás parámetros a evaluar en la estructura se escalara el espectro por la inversa de los respectivos factores de reducción. A continuación se demuestra la no influencia del factor de reducción sísmica en el análisis de distorsiones:

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Imagen N° 11: Relación Fuerza Sísmica – distorsión o deriva de la edificación

En la figura se aprecia la relación de la carga sísmica total Vs la distorsión máxima causada, así mismo se presenta la distorsión de la carga sísmica reducida por el factor R, nótese que al reducirse la carga sísmica se espera que la edificación incurra en un comportamiento elástico no lineal, es decir disipe las fuerza sísmica mediante deformaciones no permanentes. Entonces se puede entablar la siguiente relación:

Luego la distorsión permitida es 0.75 veces la máxima, entonces: UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Por lo tanto:

Entonces para obtener la distorsión permitida y poder evaluarla según los límites permisibles en la albañilería como 0.005, a la distorsión obtenida

de

la

evaluación

ELASTICA

LINEAL

(EVALUACION

REALIZADA POR EL ETABS) = DRIFT- ELASTICO LINEAL es necesario multiplicarlo por el factor de reducción R y el valor de seguridad 0.75 (establecida de acuerdo a la norma E.030) entonces obedeciendo a la ecuación general de rigidez:

De donde:

Luego:

Se ha obtenido una expresión independiente del factor de reducción, por lo tanto el análisis de distorsión no depende del factor de reducción sísmica, por lo que en el presente trabajo se ha establecido los siguientes espectros de evaluación:

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Imagen N° 12: Casos de carga de sismo – para verificación de Distorsiones

Fuente: Calculo estructural ETABS

Imagen N° 13: Casos de carga de sismo reducidos.

Fuente: Cálculo estructural - Etabs UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Los casos de sismo, requieren conocer la combinación modal a emplearse para el análisis dinámico, de acuerdo con la norma de diseño Sismo Resistente se debería de considerar la combinación modal:

De forma alternativa a dicha combinación se establece en la misma norma, la COMBINACION

CUADRATICA

COMPLETA

(COMPLETE

QUADRATIC

COMBINATION) lo cual se conoce como CQC, que es la combinación que también hace referencia el ETABS v9.7.0. En este caso, las componentes espectrales son similares, entonces se emplea la respuesta CQC3, el cual está dado por: Imagen N° 14: S1 –S2 Componentes espectrales en la dirección de ejes principales y ejes de la estructura X-Y

A partir del cual, las respuestas CQC3, en función del ángulo de incidencia la relación de respuestas entre componentes espectrales γc está dada por la siguiente expresión:

Esto es suponiendo que la respuesta de la componente vertical es nula. La respuesta CQC3, rCQC3, se define como la mayor respuesta r considerando todos los valores posibles del ángulo de incidencia ɵ. Una fórmula explícita de rCQC3 está dada por:

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El ángulo de incidencia se obtiene a partir de:

5.5. CONSIDERACIONES DE MASA De acuerdo al reglamento de Diseño Sismo resistente, para la categoría considerada de la edificación se debe de considerar el cálculo de masas en cada nivel según la siguiente formulación: Masa nivel típico: M = Carga Muerta (DEAD) + 0.25 Carga Viva (LIVE) Masa nivel azotea: M = Carga Muerta (DEAD) + 0.25 Carga Viva (LIVE ROOF) 5.6. MODELO MATEMATICO La estructura general de la vivienda en estudio debe de ser representado por un modelo matemático a fin de realizar el análisis estructural y verificar las distorsiones sísmicas, en este caso, las rigideces son aportadas por los Muros de Albañilería Confinada, estos serán representados por un modelo simplificado de Masa - Resorte, donde la rigidez del sistema está dada por la configuración estructural de los sistemas estructurales mencionados, luego se realizara una condensación estática, a fin de ubicar la fuerzas de acción lateral en el centro de rigidez de la planta de la edificación en evaluación, satisfaciendo el criterio de diafragmas rígidos. Las fuerzas sísmicas son determinadas de una superposición Modal – Espectral, es decir a partir de cada periodo de cada forma de modo, se establece una seudo – aceleración, el cual multiplicada por la masa calculada producirá las fuerzas sísmicas. UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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El método de cálculo empleado es el Método de Elementos Finitos, el cálculo de las formas de modo mediante eigenvalores, el método de elementos finitos es un método aceptado por su precisión y complejidad. En el modelo se ha considerado las rigideces adicionales que aporta la unión viga columna, entonces se ha considerado una zona rígida de la viga con un factor de 0.5. Así mismo no se ha modelado las tabiquerías ni estructuras estéticas en el modelo, solamente se ha considerado como cargas. A continuación se presenta el modelo matemático elaborado, en conformidad con el plano de arquitectura. Imagen N° 15: Vista en planta de Arquitectura de nivel 1

Fuente: Elaboración propia

Imagen N° 16: Vista en planta de Arquitectura de NIVEL 2 y 3.

Fuente: Elaboración propia UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Imagen N° 17: Nivel 1 - Modelo

Fuente: Etabs – Elaboración propia

Imagen N° 18: Nivel 2 – Modelo

Fuente: Etabs – Elaboración propia

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Imagen N° 19: Vista Posterior del Modelo 3d

Fuente: Etabs – Elaboración propia

Imagen N° 20: Vista Frontal del Modelo 3d

Fuente: Etabs – Elaboración propia UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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5.7. ANALISIS MODAL El análisis modal es imprescindible en el análisis DINÁMICO de la edificación, puesto que en este análisis se determina todas las formas posibles de movimiento de la edificación, los cuales aportan determinadas cantidades de masa, entonces se debe de considerar la cantidad de formas de modo necesarias tal que se garantice la evaluación de la edificación con un mínimo del 90% de participación de masa de acuerdo a lo establecido por la norma de Diseño Sismo – Resistente E.030. Del análisis modal, empleando el método el método de eigenvalores se tiene los siguientes resultados de participación de masa: Tabla N° 19: Participaciones de Masa de acuerdo al Método de Eigenvalores

Fuente: Etabs – Elaboración propia

En la imagen anterior se observa que la participación de masas en movimientos de desplazamiento UX y UY y de rotación RZ acumula el mínimo requerido en la forma de modo número 7, es decir SumUX = 98.26 % > 90%, SumUY = 99.46 % > 90% y SumRZ = 98.67 % > 90%.

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Tabla N° 20: Periodos Fundamentales obtenidos del análisis modal según el método de eigenvalores.

Fuente: Etabs – Elaboración propia

De la imagen anterior se tiene que los periodos fundamentales de la edificación en ambas direcciones son: T xx= 0.35 s (Corresponde a la forma de modo N° 1 para una participación de masa de movimiento lateral en la dirección XX de 83.34%) T yy= 0.21 s (Corresponde a la forma de modo N° 2 para una participación de masa de movimiento lateral en la dirección YY de 68.21%) Imagen N° 21: Forma de Modo número 1

Fuente: Etabs – Elaboración propia UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Imagen N° 22: Forma de Modo numero 2

Fuente: Etabs – Elaboración propia

5.8. VERIFICACION DE DISTORSIONES O DERIVAS Al realizar la evaluación estructural como respuesta inicial a las cargas laterales (sismo) se tienen los desplazamientos laterales en el modelo (edificación evaluada) por cada diafragma analizado, entonces para la evaluación de la ductilidad de la edificación se tiene que tener en consideración: cuanto a incurrido en deformación no lineal elástica la edificación y se debe de cuidar que no incurra en el rango inelástico, es por ello que el para metro de comparación es la deformación producida en el rango no lineal elástico, esta deformación se puede medir midiendo el desplazamiento relativo de un piso respecto a otro (deriva o distorsión), cuya forma de cálculo se muestra a continuación:

Dónde: Δi: Desplazamiento lateral del diafragma del piso i Δi-1: Desplazamiento lateral del diafragma del piso i-1 hi: Altura de entrepiso, entre el piso i y el piso i-1 UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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La evaluación estructural realizada por el programa de computo ETABS V.9.7.4 para el presente trabajo es una evaluación estructural LINEAL ELASTICA, por lo que las derivas obtenidas son derivas ELASTICAS LINEALES, es por ello que se ha demostrado en el presente documento, que es necesario realizar la corrección por los valores de R empleado en el espectro sísmico ingresado (de ser el caso que se considerase espectros reducidos para la evaluación de distorsiones), para la evaluación se ha ingresado un espectro sísmico sin factor de reducción para el caso de evaluación de distorsiones a su vez se ha castigado por 0.75 para la verificación del límite permisible, el cual es de 0.007 ( estructuras de concreto armado) y 0.005 (estructuras de albañilería confinada) de acuerdo con la norma E.030. Entonces los valores de distorsión obtenidas son: Tabla N° 21: Distorsiones Elásticas No lineales

Fuente: Etabs – Elaboración propia

En el cuadro anterior se muestra resaltada las distorsione máximas, las cuales son: DRIFT-X=0.001049 DRIFT-Y=0.006118 En cuanto a las distorsiones en el diafragma Flexible se calcularan en cada punto UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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correspondiente: Gráfico N° 15: Variación de distorsiones por niveles caso SXDRIFT

Fuente: Etabs – Elaboración propia

Gráfico N° 16: Variación de distorsiones por niveles caso SYDRIFT

Fuente: Etabs – Elaboración propia

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Imagen N° 23: Movimiento X-X debido a cargas de sismo en elevación y planta

Fuente: Etabs – Elaboración propia

Imagen N° 24: Movimiento Y-Y debido a cargas de sismo en elevación y planta

Fuente: Etabs – Elaboración propia UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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5.9. CONFIGURACION ESTRUCTURAL Es necesaria la determinación adecuada de la configuración estructural de una vivienda, puesto de ella depende la corrección del factor de reducción sísmica ―R‖, de acuerdo al marco de referencia de la norma E.030 se debe de verificar la irregularidad en planta y la irregularidad en elevación, entonces se procedió a verificar cada condición de irregularidad. 5.9.1. IRREGULARIDAD EN ALTURA: 5.9.1.1. Irregularidad de Rigidez – Piso Blando: Se mide la diferencia de rigideces existente entre un piso y otro de los elementos estructurales que soportan las cargas laterales de un piso respecto a otro, de acuerdo con la norma E.030, la diferencia de rigideces de un piso respecto a otro no debe de ser menor al 85% de un piso respecto al inmediato superior o al 90% del promedio de los 3 superiores, para descartar este caso: En este caso no existen diferencias en las áreas de los elementos que absorben la carga lateral sísmica. Tabla N° 22: Áreas de secciones de elementos que soportan cargas laterales – piso 1- 3 DIR. X-X LONGITUD COLUMNA 25X25 MURO DE ALBAÑILERÍA

ANCHO CANTIDAD

SUB-TOTAL

0.25

0.25

31

1.9375

51.78

0.12

1

6.2136 8.1511 100%

DIR. Y -Y LONGITUD COLUMNA 25X26 MURO DE ALBAÑILERÍA

ANCHO CANTIDAD

SUB-TOTAL

0.25

0.25

31

1.9375

16.45

0.12

1

1.974 3.9115 100%

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DIR. X-X LONGITUD COLUMNA 25X26 MURO DE ALBAÑILERÍA

ANCHO CANTIDAD

SUB-TOTAL

0.25

0.25

31

1.9375

49.23

0.12

1

5.9076 7.8451 96%

DIR. Y-Y LONGITUD COLUMNA 25X27 MURO DE ALBAÑILERÍA

ANCHO CANTIDAD

SUB-TOTAL

0.25

0.25

31

1.9375

16.45

0.12

1

1.974 3.9115 100%

Fuente: Hoja de Cálculo (Excel) – Elaboración propia

No existe irregularidad de Rigidez – Piso Blando 5.9.1.2. Irregularidad de Masa: Se verificara que la masa de un piso de la edificación dada es mayor al 150% de las masas de otros niveles adyacentes a fin de verificar irregularidad de masa. De la evaluación de masas por niveles se tiene:

Tabla N° 23: Verificación de Irregularidad de Masa Story Diaphragm MassX MassY %X Inf. Nivel 1 D1 111.14 111.14 100% Nivel 2 D2 110.47 110.47 99% Nivel 3 D3 140.57 140.57 127%

%X Sup. 101% 79% 100%

%Y Inf. 100% 99% 127%

%Y Sup. 101% 79% 100%

Fuente: Hoja de Cálculo (Excel) – Elaboración propia

El mayor porcentaje es de 127% < a 150% lo que no calificaría como una irregularidad de masas, de acuerdo con la norma E.030, entonces NO EXISTE IRREGULARIDAD.

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5.9.1.3. Irregularidad Geométrica Vertical: Evaluando las dimensiones geométricas del sistema estructural que soporta las cargas laterales de cada nivel, se puede ver que no hay diferencias, por lo que NO EXISTE IRREGULARIDAD GEOMETRICA VERTICAL. 5.9.1.4. Discontinuidad en los sistemas resistentes: No existe discontinuidad de los elementos verticales, tampoco existen desplazamientos que superen sus dimensiones de un elemento, por lo NO EXISTE IRREGULARIDAD por discontinuidad de elementos resistentes. 5.9.2. IRREGULARIDAD EN PLANTA: 5.9.2.1. Irregularidad Torsional: De acuerdo al reglamento E.030 se verificara que los máximos desplazamientos relativos de entrepiso no excedan el 50% de las distorsiones de acuerdo a la norma E.030. Tabla N° 24: Desplazamientos relativos de entrepiso respecto al permitido Story

Item

Load

DriftX

STORY3 STORY3 STORY3 STORY3 STORY2 STORY2 STORY2 STORY2 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1

Max Drift X Max Drift Y Max Drift X Max Drift Y Max Drift X Max Drift Y Max Drift X Max Drift Y Max Drift X Max Drift Y Max Drift X Max Drift Y

SXDRIFT SXDRIFT SYDRIFT SYDRIFT SXDRIFT SXDRIFT SYDRIFT SYDRIFT SXDRIFT SXDRIFT SYDRIFT SYDRIFT

0.00097

DriftY

Tolerance Tolerance X Y 0.005

0.00028 0.00094

0.005 0.005

0.00522 0.00105 0.00031

No Excede

0.005

0.00612

0.005

0.00024

22.4% No Excede

0.005 0.005

0.00499

No Excede No Excede

0.005

0.00098

4.5% No Excede

0.005

0.00094

% Excedencia Y No Excede

0.005 0.005

0.00104

% Excedencia X No Excede

No Excede No Excede

0.005

No Excede

Fuente: Hoja de Cálculo (Excel) – Elaboración propia

De acuerdo a la tabla anterior se puede notar que los desplazamientos relativos de entrepiso NO superan el 50% del permitido, ahora se evaluara los desplazamientos relativos de entrepiso de dos extremos de un mismo diafragma rígido: UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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5.9.2.2.

Esquinas entrantes:

No existe esquina entrante. 5.9.2.3.

Discontinuidad del Diafragma:

No existe discontinuidad en el diafragma. Del análisis de regularidad se ha encontrado que la edificación es REGULAR, por ende no es necesario multiplicarse (el factor de reducción) por 3/4, entonces se tienen los siguientes valores de factor de reducción sísmica: Rxx= 6 (sismo moderado), Rxx= 3 (sismo severo) Ryy= 6 (sismo moderado), Ryy= 3 (sismo severo) Por lo tanto para la verificación de elementos estructurales se empleara el espectro reducido siguiente: Imagen N° 25: Espectros de Sismo para verificación de la edificación

Fuente: Cálculo estructural - Etabs

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Dichos factores de reducción se emplearan para el análisis dinámico con objeto de diseño de elementos estructurales (Columnas, Vigas, Muros) estos factores se escalaran por determinados factores de acuerdo al cortante basal que se obtendría de la evaluación estática. Esto se verá en el siguiente artículo. 5.10.

ANALISIS ESTATICO

El análisis estático se realiza de acuerdo a lo establecido en la norma de diseño sismo resistente, el análisis estático se realiza solamente con la finalidad de verificar el cortante basal, es decir que el cortante dinámico alcance por lo menos el 90% del cortante basal por tratarse de una estructura irregular, así como la verificación de periodos de vibración natural calculados en el caso estático y en el caso dinámico. Los cortantes dinámicos en la base son: Tabla N° 25: Valores del cortante dinámico

Fuente: Cálculo estructural - Etabs

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Los cortantes dinámicos en la base de la edificación son: Vxx= 30.54 Tn Vyy= 24.37 Tn Gráfico N° 17: Variación del cortante dinámico por niveles, según los casos de sismo en XX y YY.

Fuente: Cálculo estructural - Etabs

A continuación se presenta la hoja de cálculo del caso estático enfocado únicamente al cálculo del cortante basal y a la comparación con el cortante dinámico a fin de determinarse los factores de escala de amplificación de los sismos para el análisis dinámico. Tabla N° 26: Peso de la edificación en Kg. Peso de Peso de Peso de la Peso de Total de Peso de Peso de Peso de Total de Peso Total muros muros no losa vigas y Carga PISO Alfeizares acabados parapeto Carga Viva P=D+ portantes portantes aligerada columnas Muerta (3) (5) (6) L 0.25L (1) (2) (4) (7) D 1 37439.424 11983.680 1518.480 39200.000 14000.000 22200.000 104141.584 7000.000 111141.584 2 27586.944 18954.432 1602.720 40768.000 14560.000 22200.000 103472.096 7000.000 110472.096 3 27586.944 18954.432 1602.720 40768.000 14560.000 9644.400 22200.000 135316.496 5250.000 140566.496 92613.312

49892.544

4723.920 120736.000

43120.000

9644.400

342930.176

19250.000

362180.176

Fuente: Hoja de Cálculo (Excel) – Elaboración propia

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Peso de la edificación (P):

362.180

Tn

Parámetros Sísmicos: Z= 0.30 U= 1.00 S= 1.00 ;

Tp=

0.400

s

Rx= 6 Ry= 6 Calculo del factor de amplificación sísmica Tx=

0.352

Periodo fundamental en X

Ty=

0.216

Periodo fundamental en Y

Cx=

2.844845

Cx = 2.5

Cy=

4.620923

Cy = 2.5

Cortante Estático Vx=

45.272522

Tn

Vy=

45.272522

Tn

Cortante Mínimo 0.9 para estructuras irregulares 0.8 para estructuras regulares %Vx

= 36.2180176

Tn

%Vy

= 36.2180176

Tn

Cortante Dinámico Vsx

30.53 T

Vsy

24.36 T

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Factores de Escala Fx

= 1.18630913

1.19

Fy

= 1.48678233

1.49

Se puede notar que en el caso estático el periodo de la edificación es de Txx = 0.123 s y Tyy = 0.123 s (Considerando de acuerdo a la norma E.030, para el caso de MUROS DE ALBAÑILERIA CONFINADA en ambos sentidos X-X e Y-Y), por el contrario el periodo de la edificación obtenida del análisis modal es de Txx = 0.352 s y Tyy = 0.216 s. Así mismo será necesario escalar los casos sísmicos en las direcciones X-X e Y-Y por los respectivos factores de escala obtenidos: 1.19 y 1.49, el cual se muestra a continuación. Imagen N° 26: Casos de sismo escalado

Fuente: Cálculo estructural - Etabs

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5.11.

VERIFICACION DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

La edificación fue analizada y calculada estructuralmente de acuerdo a los siguientes criterios generales: La resistencia nominal para los elementos Estructurales fueron para el concreto f¨c igual a 150 kg/cm², acero com esfuerzo de fluencia de 4200 kg/cm² con un módulo de elasticidad igual a 2.0E+06 Kg/cm². Las vigas, las columnas proyectadas, han sido revisadas para soportar las cargas de gravedad que le sean transmitidas por las losas de techo existentes así como las cargas sísmicas que eventualmente se les impongan. La consideración de cargas verticales se evaluó conforme a la norma de Cargas, E-020 que forma parte del Reglamento Nacional de Edificaciones. Las losas son aligeradas en una dirección tal como indica en páginas arriba, los pesos de vigas, columnas se estimaron a partir de sus dimensiones reales, considerando un peso específico de 2400 kg/m3. Se incluyó igualmente el peso de acabados de piso y de techo. El programa de cómputo empleado permite la consideración de diversos sistemas de cargas verticales independientes. En este caso las cargas permanentes se asignan al sistema de cargas muertas, mientras que los sistemas de sobrecargas corresponden a "dameros" complementarios de cargas vivas. Los referidos dameros de cargas vivas, permiten estimar adecuadamente los máximos momentos positivos en las vigas. Para obtener los máximos momentos negativos se consideró la suma de ambos sistemas de carga, lo que significa aplicar la carga viva simultáneamente en todos los tramos. Para el análisis estructural y verificación, la edificación fue modelada como un ensamble de pórticos planos y muros confinados. Se supuso un comportamiento lineal elástico. Se trataron diversos sistemas de cargas: permanentes, sobrecargas

en

paños

alternados;

y

sismo,

considerando

que

los

desplazamientos laterales de entrepiso no excedan el máximo permisible por el

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reglamento, el cual es de 0.005 para albañilería confinada (elementos estructurales más críticos). La evaluación de los elementos de concreto armado se efectuó adoptando criterios de diseño a la rotura según las indicaciones de la Norma Peruana de Concreto Armado E-060. Atendiendo las indicaciones de esta Norma las combinaciones de carga empleadas fueron: COMB1: 1.4 D + 1.7L COMB2: 1.25( D + L) + SXR8ESC111 COMB3: 1.25( D + L) - SXR8ESC111 COMB4: 1.25( D + L) + SYR6ESC123 COMB5: 1.25( D + L) - SYR6ESC123 COMB6: 0.9D + SXR8ESC111 COMB7: 0.9D - SXR8ESC111 COMB8: 0.9D + SYR6ESC123 COMB9: 0.9D - SYR6ESC123 COMB10:

MAXIMO (COMB1 , COMB 2 , COMB 3 , COMB4 , COMB 5,

COMB 6, COMB7 , COMB 8, COMB 9) Para el diseño por flexión con las siguientes expresiones:

Donde Mu y Vu representan el momento flector y la fuerza cortante última, obtenidos de las combinaciones de carga indicadas, los valores ΦMn y ΦVn corresponden a la capacidad en flexión y corte de la sección. Para el caso de flexo-compresión se construyó el diagrama de interacción ΦPn UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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vs. ΦMn correspondiente a la sección y el refuerzo indicados en el proyecto. La verificación se efectuó considerando la ubicación de los pares (Pu, Mu) respecto al diagrama de interacción. 5.11.1.

RESPUESTAS DEL ANALISIS ESTRUCTURAL DEL PÓRTICO

MÁS CRÍTICO Las

respuestas

producidas

en

el

análisis

estructural

son

giros

y

desplazamientos y deformaciones, los que dan lugar a cargas en demanda como esfuerzos internos, estas son Momentos Flectores, Fuerzas Cortantes y Fuerzas Axiales así también la Torsión. De acuerdo al modelo, el pórtico a analizar es la que se ubica en el eje 2-2, el cual se considera más crítico. Imagen N° 27: Carga Axial - Eje 2 – A-B-C-D-E-F-G-H-I

Fuente: Cálculo estructural - Etabs

La columna con mayor carga es la que se ubica entre (eje 2-2 y eje G-G) Pu= 31.92 Tn (Carga a compresión)

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Imagen N° 28: Momentos flectores - Eje 2 – A-B-C-D-E-F-G-H-I

Viga más esforzada

Fuente: Cálculo estructural – Etabs

Imagen N° 29: Fuerza Cortante - Eje 2 – A-B-C-D-E-F-G-H-I

Fuente: Cálculo estructural - Etabs

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5.11.2.

VERIFICACION DE COLUMNAS

Con el apoyo del programa de cómputo Etabs v 9.7.0 se realiza el diseño y la verificación de elementos de concreto armado, a continuación se presenta los aceros de refuerzo requeridos por cada sección de columna de acuerdo al diseño y cálculo del programa de computo Etabs de acuerdo a los parámetros normativos ACI 318-2008 y según lo indicado en la norma E0.060. Imagen N° 30: Columna Típica: 25x25 - 4ø5/8:

Fuente: Cálculo estructural - Etabs

Imagen N° 31: Verificación Ratios de interacción P-MM en columnas Eje 2 – AB-C-D-E-F-G-H-I

Fuente: Cálculo estructural - Etabs UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Se puede apreciar en color fucsia aquellas columnas que se encuentran por debajo de los 100% de exigencia de su capacidad resistente ante eventos máximos de combinaciones de carga establecidos según la norma E.060. Así se puede percibir que el ratio máximo para la columna típica es de 91.6% de la capacidad resistente a compresión. Gráfico N° 18: Diagrama de Interacción de Columna

Momento M33 T-m -60 -50

Carga Axial

-40

-4

ENVE-

-30

DI+

-20 -2

-10 0 0

DI2

4

ENVE+

10

20 30

Momento M22 T-m -60 -50

Carga Axial

-40

-4

ENVE

-30

Series1

-20 -2

-10 0 0

2

4

Series3 ENVE2

10 20 30 Fuente: Cálculo estructural – Etabs

Después de revisar los cálculo, se puede concluir que; la capacidad de la sección de columna está en la capacidad de soportar la carga actuante.

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5.11.3.

VERIFICACION DE VIGAS

Con el apoyo del programa de cómputo Etabs v 9.7.4 se realiza la verificación de elementos de concreto armado, a continuación se presenta los aceros de refuerzo requeridos por cada sección de viga de acuerdo al diseño y cálculo del programa de computo Etabs de acuerdo a los parámetros normativos ACI 318-2008 y según lo indicado en la norma E0.060. Imagen N° 32: Aceros de refuerzo en vigas Eje 2 – A-B-C-D-E-F-G-H-I

Fuente: Cálculo estructural - Etabs

Después de revisar los cálculo, se puede concluir que; la capacidad de la sección de vigas que proyectan en las autoconstrucciones adecuado. 5.11.4.

VERIFICACION DE MUROS DE ALBAÑILERIA CONFINADA

5.11.4.1. Análisis de Densidad de Muros El análisis de Densidad Mínima de muros de albañilería se realiza de acuerdo a la normativa del Reglamento Nacional de Edificaciones E.070, de acuerdo al criterio de densidad en este caso solamente la verificación es aplicable a la dirección Y-Y.

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Imagen N° 33: Pier Labels de muros de albañilería confinada analizados

Fuente: Elaboración propia - Etabs

La densidad mínima de muros de albañilería confinada se evalúa de acuerdo a la siguiente expresión:

dónde : Am =∑ (Lxt) = Área en planta de muros en cada dirección en M2 Ap = N= Z= U=

140 Área en planta de edificación por piso en M2 3 Número de pisos en la edificación 0.3 el edificio está ubicado en la zona sísmica 2 (Norma E.030) 1 el edificio es de uso común, destinado a vivienda (Norma E.030) el edificio está ubicado sobre suelo de buena calidad (Norma

S=

1 E.030)

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Tabla N° 27: Densidad de Muros Dirección "X" L (m) t(m) Ac(m2) 7.70 0.12 0.92 1.45 0.12 0.17 2.57 0.12 0.31 8.95 0.12 1.07 20.00 0.12 2.40 12.30 0.12 1.48 ∑ (Am)/(Ap) = 0.0454

MURO

MURO

X1 X2 X3 X4 X5 X6

Y1 Y2 Y3 Y4

L (m) 7.00 3.75 2.35 2.35

Dirección "Y" t(m) Ac(m2) 0.12 0.84 0.12 0.45 0.12 0.28 0.12 0.28

∑ (Am)/(Ap) =

0.0132

Fuente: Hoja de Cálculo Excel – Elaboración propia

La longitud de muro considerada es incluida las columnas de confinamiento, esto es de acuerdo a la norma E.070. ZUSN 56

=

0.01607143

De tal manera que en la dirección YY no satisface el requerimiento de densidad mínima de muros. 5.11.4.2. Verificación por Compresión Axial Se realiza la verificación de carga por compresión axial actuante en los muros de albañilería, según el lineamiento especificado en la norma de Albañilería Confinada E.070, la formulación para dicha verificación es el siguiente:

Ladrillo pandereta;

Fa =

2.80kg/cm2

<

0.5f´m = 3.12kg/cm2

Ladrillo macizo artesanal;

Fa =

4.60kg/cm2

<

0.5f´m = 5.12kg/cm2

por lo que gobierna: En muros de Ladrillo pandereta:

Fa = 2.80kg/cm2 Ok…!

En muros de Ladrillo macizo artesanal:

Fa = 4.60kg/cm2 Ok…!

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Revisando la zona central del muro más esforzado (X4) y contemplando al 100% de sobrecarga, se tiene sobre una longitud unitaria de muro: Ancho tributario de losa =

3.44m

a. Carga proveniente de la losa de: azotea

= 1823.20kg/m

b. Carga proveniente de la losa en pisos típicos

= 1995.20kg/m

c. Peso propio del muro en un piso típico (Lad. Tubular)

= 403.20kg/m

d. Peso propio del muro en 1º piso (Lad. Macizo)

= 547.20kg/m

Carga axial total (1º nivel) = Pm = a + 2xb + 2xc + d

=

7167.20kg/m

Carga axial total (2º nivel) = Pm = a + b + 2xc

=

4624.80kg/m

Esta carga produce un esfuerzo axial máximo: 

En muros de ladrillo macizo artesanal (1º piso):

σm = Pm/t =



5.97kg/cm2

>

Fa =

4.60kg/cm2 No Pasa…!

En muros de ladrillo pandereta (2º piso):

σm = Pm/t =

3.85kg/cm2

>

Fa =

2.80kg/cm2 No Pasa…!

Tabla N° 28: Verificación de muros por carga axial dirección XX

Muro

Espesor Ml

X1 X2 X3 X4 X5 X6

0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.13

Peso Peso Total Peso Total Esfuerzo Esfuerzo Area Tributaria de Peso Peso Peso de Aligerado de Carga de Carga Actuante por Actuante por Losa aligerada y Propio de Acabados de parapetos e = 0.17 Muerta Viva "Pl" Carga Muerta Carga Viva fl espesor de muro M2 muros Kg Aligerado Kg Kg Kg "Pd" Kg Kg fd Kg/cm2 Kg/cm2 8.79 1353.60 7383.6 2637 117.6 11491.80 4834.50 9.58 4.03 14.17 1353.60 11902.8 4251 117.6 17625.00 7793.50 14.69 6.49 3.35 1353.60 2814 1005 0 5172.60 1842.50 4.31 1.54 27.08 1353.60 22747.2 8124 0 32224.80 14894.00 26.85 12.41 20.10 1353.60 16884 6030 0 24267.60 11055.00 20.22 9.21 26.61 1353.60 22352.4 7983 117.6 31806.60 14635.50 24.47 11.26

Esfuerzo Actuante Total fa Kg/cm2 13.61 21.18 5.85 39.27 29.44 35.72

Comparación fa vs. Fa No pasa No pasa No pasa No pasa No pasa No pasa

Fuente: Hoja de Cálculo Excel – Elaboración propia

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Tabla N° 29: Verificación de muros por carga axial dirección YY Muro

Espesor Ml

Y1 Y2 Y3 Y4

0.12 0.12 0.12 0.12

Peso Peso Total Peso Total Esfuerzo Esfuerzo Area Tributaria de Peso Peso Peso de Aligerado de Carga de Carga Actuante por Actuante por Losa aligerada y Propio de Acabados de parapetos e = 0.17 Muerta Viva "Pl " Carga Muerta Carga Viva f l espesor de muro M2 muros Kg Aligerado Kg Kg Kg "Pd " Kg f d Kg/cm2 Kg Kg/cm2 9.27 1353.60 7786.80 2781.00 117.60 12039.00 5098.50 10.03 4.25 10.06 1353.60 8450.40 3018.00 0.00 12822.00 5533.00 10.69 4.61 3.20 1353.60 2688.00 960.00 0.00 5001.60 1760.00 4.17 1.47 3.40 1353.60 2856.00 1020.00 0.00 5229.60 1870.00 4.36 1.56

Esfuerzo Actuante Total f a Kg/cm2 14.28 15.30 5.63 5.92

Comparación fa vs. Fa No pasa No pasa No pasa No pasa

Fuente: Hoja de Cálculo Excel – Elaboración propia

El valor resistente isible (σr ) a cargas de compresión axial es inferior a las cargas de compresión axial producidas (σ m) por lo que no se satisface el requerimiento de carga axial. 5.11.4.3. Verificación y Control de Fisuras La verificación por control de fisuras se realiza para el caso de SISMO MODERADO, de acuerdo con la norma E.070 el cortante actuante (Ve) no tiene que superar el 55% del valor del cortante resistente del muro (Vm) el cual está dado por la siguiente expresión:

Dónde: Vm: Resistencia al agrietamiento de un muro de albañilería confinada v´m: resistencia a la compresión diagonal de muretes de albañilería α: factor de esbeltez de un muro de albañilería confinada t: espesor de un muro de albañilería confinada L: longitud de un muro de albañilería confinada Pg: Fuerza axial que actúa en un muro, debido a cargas verticales correspondientes al estado de servicio Ve: Fuerza cortante que actúa en un muro debido a cargas sísmicas laterales (sismo moderado) Me: Momento flector que actúa en un muro debido a cargas sísmicas laterales (sismo moderado) UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Durante un Sismo Moderado (Ve, Me) se debe verificar que ningún muro se fisure. Además, en todos los entrepisos la resistencia global de la edificación debe ser mayor que las fuerzas cortantes de entrepiso producidas por un Sismo Severo. Ve ≤ 0,55Vm ∑ Imagen N° 34: Momento flector Me por acción de SISMO MODERADO MURO X5

Fuente: Cálculo estructural - Etabs

Imagen N° 35: Fuerza Cortante Ve por acción de SISMO MODERADO MURO X5

Fuente: Cálculo estructural - Etabs UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Imagen N° 36: Fuerza Axial por sobrecarga reducida Pg por acción de SISMO MODERADO - MURO X5

Fuente: Cálculo estructural - Etabs

Tabla N° 30: Verificación y Control de Fisuras por acción de SISMO MODERADO 

MURO X1

PISO

PG

Ve (Tn)

Me (Tn)

α

Vm (Tn)

0,55Vm

Ve < 0,55Vm

PISO 3 PISO 2 PISO 1

2.64 4.27 7.27

1.84 3.33 4.03

2.22 4.15 5.44

1.00 1.00

21.67 22.05 28.67

11.92 12.13 15.77

OK!!! OK!!! OK!!!



1.00

MURO X2

PISO

PG

Ve (Tn)

Me (Tn)

α

Vm (Tn)

0,55Vm

Ve < 0,55Vm

PISO 3 PISO 2 PISO 1

0.53 0.82 1.39

0.18 0.42 0.55

0.22 0.50 0.68

1.00 1.00

4.09 4.16 5.40

2.25 2.29 2.97

OK!!! OK!!! OK!!!



1.00

MURO X3

PISO

PG

Ve (Tn)

Me (Tn)

α

Vm (Tn)

0,55Vm

Ve < 0,55Vm

PISO 3

0.75

0.47

0.57

1.00

7.20

3.96

OK!!!

PISO 2

2.64

0.93

1.13

1.00

7.64

4.20

OK!!!

PISO 1

4.27

0.15

1.46

0.33

3.96

2.18

OK!!!

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

MURO X4

PISO

PG

Ve (Tn)

Me (Tn)

α

Vm (Tn)

0,55Vm

Ve < 0,55Vm

PISO 3

0.86

0.55

0.68

1.00

24.68

13.58

OK!!!

PISO 2

1.27

1.08

1.33

1.00

24.78

13.63

OK!!!

PISO 1

6.76

4.46

6.58

1.00

32.94

18.11

OK!!!



MURO X5

PISO

PG

Ve (Tn)

Me (Tn)

α

Vm (Tn)

0,55Vm

Ve < 0,55Vm

PISO 3

6.38

5.16

6.93

1.00

56.18

30.90

OK!!!

PISO 2

10.38

9.19

14.54

1.00

57.10

31.41

OK!!!

PISO 1

17.75

10.35

22.22

1.00

74.21

40.81

OK!!!



MURO X6

PISO

PG

Ve (Tn)

Me (Tn)

α

Vm (Tn)

0,55Vm

Ve < 0,55Vm

PISO 3 PISO 2 PISO 1

4.53 7.37 12.59

2.94 5.34 6.46

3.66 7.14 10.22

1.00 1.00

34.69 35.34 46.02

19.08 19.44 25.31

OK!!! OK!!! OK!!!

PG

Ve (Tn)

Me (Tn)

α

Vm (Tn)

0,55Vm

Ve < 0,55Vm

2.2 3.55 6.03

3.09 5.71 7.15

3.74 7.20 10.40

1.00 1.00

19.66 19.97 25.93

10.81 10.98 14.26

OK!!! OK!!! OK!!!



MURO Y1

PISO

PISO 3 PISO 2 PISO 1



1.00

1.00

MURO Y2

PISO

PG

Ve (Tn)

Me (Tn)

α

Vm (Tn)

0,55Vm

Ve < 0,55Vm

PISO 3 PISO 2 PISO 1

1.37 2.19 3.76

2.13 3.74 4.38

2.56 4.64 5.96

1.00 1.00

10.57 10.76 14.01

5.82 5.92 7.71

OK!!! OK!!! OK!!!



1.00

MURO Y3

PISO

PG

Ve (Tn)

Me (Tn)

α

Vm (Tn)

0,55Vm

Ve < 0,55Vm

PISO 3 PISO 2 PISO 1

1.05 1.55 2.58

1.97 3.65 4.35

2.36 4.56 5.88

1.00

9.41 9.52 12.34

5.17 5.24 6.79

OK!!! OK!!! OK!!!

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1.00 1.00

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

MURO Y4

PISO

PG

Ve (Tn)

Me (Tn)

PISO 3 PISO 2 PISO 1

1.05 1.55 2.58

1.97 3.65 4.35

2.36 4.56 5.88

α 1.00 1.00

Vm (Tn)

0,55Vm

Ve < 0,55Vm

9.41 9.52 12.34

5.17 5.24 6.79

OK!!! OK!!! OK!!!

1.00

Fuente: Hoja de Cálculo Excel – Elaboración propia

Ninguno de los muros de los diferentes pisos se agrietan por corte ante el sismo moderado (Ve < 0.55 Vm). Tabla N° 31: Verificación y Control de Fisuras por acción de SISMO SEVERO (Vu < Vm) 

MURO X1 PISO

PISO 3 PISO 2 PISO 1







Vm/Ve 3.00 3.00 3.00

Vu (Tn) 5.52 9.99 12.09

Mu (Tn) 6.66 12.45 16.32

Vm (Tn) 21.67 22.05 28.67

OK!!! OK!!! OK!!!

MURO X2 PISO

Vm/Ve

Vu (Tn)

Mu (Tn)

Vm (Tn)

PISO 3 PISO 2 PISO 1

3.00 3.00 3.00

0.54

0.66 1.50 2.04

4.09 4.16 5.40

PISO

Vm/Ve

Mu (Tn)

Vm (Tn)

PISO 3 PISO 2 PISO 1

3.00 3.00 3.00

Vu (Tn) 1.41 2.79 0.45

1.71 3.39 4.38

7.20 7.64 3.96

1.26 1.65

OK!!! OK!!! OK!!!

MURO X3

OK!!! OK!!! OK!!!

MURO X4 PISO

Vm/Ve

Vu (Tn)

Mu (Tn)

Vm (Tn)

PISO 3 PISO 2 PISO 1

3.00 3.00 3.00

1.65

2.04 3.99 19.74

24.68 24.78 32.94

3.24 13.38

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OK!!! OK!!! OK!!! E.A.P. Ingeniería Civil

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











MURO X5 PISO

Vm/Ve

Vu (Tn)

Mu (Tn)

Vm (Tn)

PISO 3 PISO 2 PISO 1

3.00 3.00 3.00

15.48 31.05

20.79 43.62 66.66

56.18 57.10 74.21

27.57

OK!!! OK!!! OK!!!

MURO X6 PISO

Vm/Ve

Vu (Tn)

Mu (Tn)

Vm (Tn)

PISO 3 PISO 2 PISO 1

3.00 3.00 3.00

8.82 19.38

10.98 21.42 30.66

34.69 35.34 46.02

16.02

OK!!! OK!!! OK!!!

MURO Y1 PISO

Vm/Ve

Vu (Tn)

Mu (Tn)

Vm (Tn)

PISO 3 PISO 2 PISO 1

3.00 3.00 3.00

9.27

11.22 21.60 31.20

19.66 19.97 25.93

Mu (Tn)

Vm (Tn)

7.68 13.92 17.88

10.57 10.76 14.01

17.13 21.45

OK!!! OK!!! OK!!!

MURO Y2 PISO

Vm/Ve

PISO 3 PISO 2 PISO 1

3.00 3.00 3.00

Vu (Tn) 6.39 11.22 13.14

OK!!! NO CUMPLE OK!!!

MURO Y3 PISO

Vm/Ve

Vu (Tn)

Mu (Tn)

Vm (Tn)

PISO 3 PISO 2 PISO 1

2.84 2.84 2.84

5.59 10.35 12.34

6.69 12.94 16.68

9.41 9.52 12.34

PISO

Vm/Ve

Vu (Tn)

Mu (Tn)

Vm (Tn)

PISO 3 PISO 2 PISO 1

2.84 2.84 2.84

5.59

6.69 12.94 16.68

9.41 9.52 12.34

OK!!! NO CUMPLE OK!!!

MURO Y4

10.35 12.34

OK!!! NO CUMPLE OK!!!

Fuente: Hoja de Cálculo Excel – Elaboración propia UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Los muros Y2, Y3 y Y4 del segundo piso se agrietan por corte ante el sismo severo (Vu < Vm), Por lo que dichos muros deben diseñarse por muros agrietados, donde se debe asumir la presencia de refuerzo horizontal. 5.11.4.4. Verificación de la resistencia al corte del Edificio Considerando la norma E.070 esta verificación se realizara teniendo en cuenta que la acción de corte sísmica está dada por el cortante de SISMO SEVERO, esta verificación se presenta en el siguiente cuadro: Tabla N° 32: Fuerzas de Inercia ante el Sismo Moderado y Severo Piso

Pi

hi

Pi hi

3 2 1

140566.50 110472.10 111141.58 362180.18

7.200 4.800 2.400

1012078.771 530266.0608 266739.8016 1809084.634

Pi hi Suma(Pi hi) 0.559 0.293 0.147

Sismo Moderado Fi Vi 25327.371 25327.371 13269.961 38597.332 6675.190 45272.522 45272.522

Sismo Severo VEi = 2 Vi 50654.743 77194.664 90545.044

Tabla N° 33: Verificación de la resistencia al corte del edificio en la dirección XX PISO 1

PISO 2

PISO 3

MUROS

Vm

MUROS

Vm

MUROS

Vm

X1

28.670

X1

22.047

X1

21.673

X2

5.404

X2

4.155

X2

4.089

X3

3.956

X3

7.638

X3

7.203

X4

32.936

X4

24.777

X4

24.683

X5

74.208

X5

57.103

X5

56.183

X6

46.023

X6

35.345

X6

34.692

Σ Vm =

191.197

Σ Vm =

151.066

Σ Vm =

148.522

VE =

90.545

VE =

77.195

VE =

50.655

3VE =

271.635

3VE =

231.584

3VE =

151.964

Σ Vm > VE

Pasa

Σ Vm > VE

Pasa

Σ Vm > VE

Pasa

Σ Vm > 3VE

No pasa

Σ Vm > 3VE

No pasa

Σ Vm > 3VE

No pasa

Fuente: Hoja de Cálculo Excel – Elaboración propia

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Tabla N° 34: Verificación de la resistencia al corte del edificio en la dirección YY PISO 1

PISO 2

PISO 3

MUROS

Vm

MUROS

Vm

MUROS

Vm

Y1

25.931

Y1

19.967

Y1

19.656

Y2

14.013

Y2

10.763

Y2

10.574

Y3

12.339

Y3

9.521

Y3

9.406

Y4

12.339

Y4

9.521

Y4

9.406

Σ Vm =

64.623

Σ Vm =

49.772

Σ Vm =

49.043

VE =

90.545

VE =

77.195

VE =

50.655

3VE =

271.635

3VE =

231.584

3VE =

151.964

Σ Vm > VE

No pasa

Σ Vm > VE

No pasa

Σ Vm > VE

No pasa

Σ Vm > 3VE

No pasa

Σ Vm > 3VE

No pasa

Σ Vm > 3VE

No pasa

Fuente: Hoja de Cálculo Excel – Elaboración propia

La resistencia global a fuerza cortante (ΣVm) en todos los pisos es mayor a la fuerza cortante producida por el sismo severo (VE), sin embargo en todos los pisos y en ambas direcciones no se cumple que Σ Vm > 3VE = RVE, el cual nos quiere decir que todos los muros requieren refuerzo superior al mínimo. 5.11.5.

VERIFICACION DE LOS ELEMENTOS DE CONFINAMIENTO

(ELEMENTO MÁS ESFORZADO – PRIMER PISO) Formulación seguida para la determinación de las fuerzas internas de diseño

Diseño por compresión

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Diseño por Corte Fricción Para el diseño por fricción se emplea la siguiente formulación para el cálculo de área de sección requerida.

Refuerzo Vertical

Para el diseño y cálculo del refuerzo vertical se emplea la siguiente formulación, de acuerdo con la norma E.070.

Estribos de confinamiento El cálculo del espaciamiento de los estribos de confinamiento se ha evaluado y calculado de acuerdo a la siguiente formulación.

Diseño de vigas soleras Las vigas soleras se calcularon bajo las siguientes consideraciones UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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De acuerdo con la norma E.070 de albañilería, a continuación se presenta los cuadros resumen de los cálculos realizados para determinar el acero de refuerzo y sección de los elementos de confinamiento. Imagen N° 37: Etiquetas de las columnas de confinamiento

Imagen N° 38: Disposición de muros

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Tabla N° 35: Verificación de elementos de confinamiento Muro X5 Columna C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 Ubicación Extrema Interna Interna Externa 17.75 Pg 74.21 Vm 22.22 Mu 20.00 L 3.47 Lm 4.00 Nc 66.83 M 3.34 F 4.44 Pc Pg-Colab 10.61 8.15 8.1 9.14 6.14 6.09 6.77 8.88 2.653 2.038 2.025 2.285 1.535 1.523 1.693 2.220 Pt -3.749 2.430 2.442 2.182 2.932 2.945 2.775 -3.316 T 7.779 C 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 7.779 3.863 2.575 2.575 2.575 2.575 2.575 2.575 3.863 Vc 0.302 1.582 1.586 1.513 1.723 1.727 1.679 0.424 As 4ϕ8mm'' 4ϕ8mm'' 4ϕ8mm'' 4ϕ8mm'' 4ϕ8mm'' 4ϕ8mm'' 4ϕ8mm'' 4ϕ8mm'' As a Usar 1 1 1 1 1 1 1 1 δ 66.47 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 63.17 An 625.00 625.00 625.00 625.00 625.00 625.00 625.00 625.00 Acf C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 Usar 625.00 625.00 626.00 627.00 628.00 629.00 375.00 625.00 Acf 441.00 441.00 441.00 441.00 441.00 441.00 441.00 441.00 An 3.13 3.13 3.13 3.14 3.14 3.15 1.88 3.13 Asmin 4.87 4.87 4.84 4.82 4.79 4.77 -25.92 4.87 s1 5.08 5.08 5.08 5.08 5.08 5.08 9.70 5.08 s2 6.25 6.25 6.25 6.25 6.25 6.25 5 6.25 s3 10 10 10 10 10 10 10 10 s4 Zona 45 45 45 45 45 45 45 45 Conf. 9ϕ1/4"@5,[email protected] S Conf.

Se concluye que los elementos de confinamiento necesitan refuerzo mínimo. UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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CAPITULO 6 CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y FUTURAS LINEAS DE INVESTIGACIÓN UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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6.1.

CONCLUSIONES Del trabajo de investigación desarrollado se tiene las siguientes conclusiones, correspondientes a los diferentes procedimientos de evaluación realizada en este documento; concernientes a los siguientes: GEOLOGÍA Y GEOTÉCNIA DE LA ZONA EN ESTUDIO: De acuerdo a las condiciones geológicas de la zona en estudio, y teniendo la referencia el mapa geológico presentado por INGENMET, basado en los otros estudios desarrollado para condiciones de terreno similares se deduce que el tipo de suelo que prevalece en todo el área donde se ubica el distrito de Cayhuayna es de Tipo S1, el cual tiene un comportamiento sísmico aceptable. TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL DE LA VIVIENDA REPRESENTATIVA: 

La cantidad de pisos representativo es el de tres pisos y su perímetro se encuentra limitado por viviendas adyacentes en tres de sus cuatro lados (Ubicación entre medianeras).



Los muros portantes de la vivienda están conformados principalmente por ladrillos tubulares. También existen muros de ladrillos sólidos (macizos artesanales) y los ladrillos King Kong artesanal (18 huecos).



La vivienda es esbelta en planta, esto implica que la longitud de una de sus dimensiones (frente) es mucho menor que la tercera parte que la otra longitud (fondo).

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES REPETITIVAS DE LAS VIVIENDAS ESTUDIADAS: 

Se observó que existen muros de corta longitud en la dirección transversal,

y el

edificio

representativo

presenta

pocos

muros

estructurales cuyas dimensiones en planta superan los 3m. Y típicamente se aprecia la presencia de dos muros perimetrales de gran longitud (20m. aprox.) en la dirección longitudinal, debido a esto podemos describir que estructuralmente estos muros generan una gran UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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rigidez en dicha dirección. 

En más del 90% de los muros perimetrales del primer piso están hechos a base de ladrillos sólidos (18 huecos y /o macizos artesanales), los muros de los demás pisos están hechos con ladrillos tubulares (Pandereta).



Presentan de 7 a 8 ejes estructurales en la dirección transversal. De 3 a 4 ejes en la dirección longitudinal.



Los alfeizares son integrados al sistema estructural.



La losa aligerada es de peralte (h=0.20m) en dirección transversal.



Las vigas en sentido longitudinal peraltadas (25cmx40cm) y en la dirección transversal todas las vigas son ―soleras‖ o ―chatas‖ (25cmx20cm).



El acero típico en vigas es de 4Ø1/2‖.



Las dimensiones de columnas y/o columnetas son de: 25cmx25cm o 20cmx30cm.



El acero en columnas: de 4 a 6 varillas por columna. Ø = ¾‖, 5/8‖ ó hasta ½‖.



Estribos en columnas: Av = ¼‖, s = [email protected], 4@10, resto a 20cm.



La mayoría de los propietarios creen que sus viviendas son altamente resistente a los sismos.

MARCO DE REFERENCIA: Para el análisis estructural y verificación se ha tomado como

referencia normativa el REGLAMENTO

EDIFICACIONES,

normas

E.020

(empleada

para

NACIONAL

definir

las

DE

cargas

correspondientes a una vivienda), norma E.030 (para el uso de los parámetros sísmicos y procedimientos de cálculo sísmico), norma E.060 (para las consideraciones de acero de refuerzo y concreto, así como las combinaciones de carga), norma E.070 (referencia para la verificación de los muros de albañilería), se han considerado todas las normas vigentes en nuestro país. MATERIALES: Los materiales tienen características propias de las viviendas autoconstruidas, cuyas características físicas y mecánicas fueron determinados en laboratorio con muestreos in situ y son: CONCRETO: f´c=150 kg/cm2 , Ec = UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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15000*SQR(f´c); ACERO: Corrugado Grado 60, ALBAÑILERÍA DE LADRILLO PANDERETA: f´m= 20.79 kg/cm2, Em = 4784.31 kg/cm2; ALBAÑILERÍA DE LADRILLO MACIZO ARTESANAL: f´m = 34.15 kg/cm2, Em = 5860.22 kg/cm2, V´m(max) = SQR(f´m). CARGAS: Se ha considerado como Cargas verticales por gravedad a las cargas MUERTAS

(Peso

propio

y

cargas

permanentes),

cargas

VIVAS

o

SOBRECARGA (Peso no permanente establecidos por la norma E.020 para el caso de viviendas), así mismo se han considerado como cargas laterales a las CARGAS DE SISMO, estas cargas se evaluaran mediante un espectro elástico construida de acuerdo a la Norma de Diseño Sismo –Resistente, elaboradas de acuerdo a los factores sísmicos específicos correspondientes para la edificación en evaluación: Z=0.3, U=1, S=1, Tp=0.4, C=2.5. SISTEMA ESTRUCTURAL: Se ha considerado como sistema estructural en la dirección X-X y en la dirección Y-Y un sistema de MUROS DE ALBAÑILERIA CONFINADA, por lo que se ha empleado como factores de reducción sísmica Rxx = Ryy = 6 (Sismo Moderado) y Rxx = Ryy = 3 (Sismo Severo). MASA Y COMBINACIONES DE CARGA: Las masas por cada piso se han considerado según las referencias normativas, en este caso se ha empleado el 100% de la carga muerta, el 25% de carga viva, Las combinaciones de carga empleadas corresponden a lo establecido en la norma de diseño E.060 correspondientes a las combinaciones de carga que incluyen sismo. ANALISIS MODAL: El análisis modal realizado corresponde al método de Eigenvalores, la cantidad de modos asumida es de 9 Formas de Modo, ya que en dicha cantidad se satisface el requerimiento de la norma E.030 de que la masa que participa de forma acumulada de todas las formas de modo es mayor al 90% en los casos de cada grado de libertad analizado (3 grados de libertad por nivel: desplazamiento en X, desplazamiento en Y y rotación en Z). Los periodos fundamentales de la estructura son Txx=0.352 s, Tyy=0.216 s. DISTORSIONES O DERIVAS: El modelo matemático correspondiente a la presente edificación del módulo de vivienda presenta diafragmas rígidos por UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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cada nivel, entonces las distorsiones han sido analizadas a nivel de los diafragmas, de tal manera que las máximas distorsiones obtenidas son: DRIFT X= 0.001049 y DRIFT Y= 0.006118, en la dirección Y-Y se ha superado los límites establecidos de acuerdo a la norma de diseño sismo resistente: Limite en dirección X-X = 0.005, limite en la dirección Y-Y = 0.005, por lo que la estructura no tiene un comportamiento adecuado en el rango elástico ante determinados eventos sísmicos moderados, pudiendo presentar fisuras o daños en la edificación luego de un evento sísmico. CONFIGURACION ESTRUCTURAL: De acuerdo al análisis de regularidad efectuado de acuerdo a la norma E.030, se ha determinado que la estructura es REGULAR, por lo que no existe magnificaciones en los casos de sismo del análisis dinámico según lo establecido por la norma E.030: se debería de multiplicar por ¾ el valor del factor de reducción en caso de estructuras irregulares, en este caso no es necesario puesto que la estructura es REGULAR. CORTANTE BASAL: Se ha calculado el cortante estático en la Base de la estructura y se ha comparado con los respectivos cortantes dinámicos obtenidos en cada dirección, luego se ha determinado que en cada caso el cortante dinámico es insuficiente, por lo que se ha escalado los casos de sismo por los factores de escala: Fxx = 1.19, Fyy = 1.49. VERIFICACION DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE CONCRETO: Se ha verificado los elementos como vigas y columnas de concreto armado de acuerdo a las referencias del ACI 318-08, y al reglamento E.060, la verificación ha indicado que las dimensiones de las vigas, columnas existentes satisfacen las demandas de rigidez y resistencia a cargas de compresión axial y flexocompresión, así como cortante y torsión, el acero de refuerzo en la columnas típicas de acuerdo a las conclusiones anteriores es de 1.2% del área total, el cual cumple con lo establecido en las normas de referencia mencionados, en cuanto a las vigas también se ha verificado que las cuantías empleadas como refuerzo ante cargas de flexión y corte son suficientes. VERIFICACION DE MUROS DE ALBAÑILERIA CONFINADA: Se ha calculado UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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la disposición de los muros de albañilería en soga y no satisfacen la densidad mínima de muros, ni las demandas de carga axial por servicio, sin embargo no sufrirán fallas por tracción diagonal frente a sismos moderados, ya que soportan adecuadamente las cargas perpendiculares a su plano, pero si presentan fallas por agrietamiento ante sismos severos por lo que requieren acero de refuerzo. Sin embargo el comportamiento general de la edificación ante sismo severo no asegura un comportamiento dúctil de la estructura. VERIFICACION DE LOS ELEMENTOS DE CONFINAMIENTO: Se concluye que todos los elementos de confinamiento necesitan refuerzo mínimo tanto para columnas de confinamiento y vigas soleras.

6.2. RECOMENDACIONES  A pesar de que los resultados del análisis sísmico del modelo conformado por muros de muros de albañilería maciza artesanal demuestran que tienen un comportamiento adecuado ante sismos moderados, se recomienda que todos los muros este nivel sean de albañilería sólida. Esto se debe a que este tipo de muros garantizan un mejor comportamiento sísmico y una mayor seguridad.  Los muros conformados a base de ladrillos tubulares fallan de manera frágil en un proceso de trituración (no se agrietan). Por este motivo, estos muros no deberían usarse en el primer nivel, deberían reservarse para los niveles superiores, debido a que en estos niveles las probabilidades de que incursionen en un comportamiento inelástico (etapa de falla) disminuyen.  Se recomienda a los estudiantes y profesionales de Ingeniería Civil, que se motiven a utilizar el método de los elementos finitos, para modelar y analizar las estructuras de edificaciones, ya que aplicándolo correctamente se pueden considerar efectos tridimensionales que nunca se podrán con la modelación manual, llegando a edificaciones más seguras, para el bien de la comunidad.  Los ensayos de laboratorio son muy importantes para determinar el comportamiento estructural de un material poco investigado como el ladrillo UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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tubular. En este sentido, es recomendable la realización de ensayos de muros de albañilería tubular a escala natural, sujetos a cargas cíclicas laterales. Esto verificaría si las fórmulas dadas en la NTE E.070, también son válidas para este tipo de albañilería.

6.3. LINEAS FUTURAS DE INVESTIGACIÓN  Estudiar a los muros de mampostería conformados por albañilería de ladrillo pandereta que son frecuentemente usados a lo largo y ancho de nuestro país, determinando

sus

propiedades

físico-mecánicas,

y

verificar

su

comportamiento real ante diferentes solicitaciones de carga, analizándolo para sismos moderados y severos.  Estudiar y proponer el correcto análisis y modelación estructural de una edificación de muros de mampostería estructural, tanto para el análisis manual (pórticos planos o secciones transformadas) y/o modelación por el método de elementos finitos; determinando por ensayos de laboratorio, la resistencia última y el módulo de elasticidad de los materiales constitutivos de la mampostería estructural (unidades de albañilería, mortero y relleno si es necesario); con todos estos datos determinar la resistencia última equivalente y el módulo de elasticidad equivalente del muro y modelar con el método de elementos finitos (elementos sólidos), para ver el comportamiento más real de las edificaciones autoconstruidas.  Desarrollar un análisis comparativo del análisis y modelación estructural de una edificación de muros de albañilería confinada, entre el método manual (pórticos equivalentes) y el método de elementos finitos y estudiar sus ventajas y desventajas de cada método.

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CAPITULO 7

BIBLIOGRAFÍA UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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7.1. BIBLIOGRAFÍA FÍSICA a)

Normas Técnicas de Edificaciones vigentes: E-030, E-060, E-070.

b)

IIFIC – UNI 2009, Boletín Estudiantil, año 1, agosto 2009, Número 02.

c)

Evaluación de las Características Estructurales de la Albañilería

Producida con Unidades Fabricadas en la Región Central Junín, Tesis para optar el grado académico de Magíster en Ingeniería Civil, DIONISIA ROSA AGUIRRE GASPAR, PU – Lima, 2004. d)

Comportamiento Sísmico de un Muro Confinado con Instalación

Sanitaria en su Interior, Tesis Para Optar el Título de Ingeniero Civil, CRISTHIAN ROBERTO CHUQUÍN MONTOYA, JORGE ENRIQUE PAREDES SALAZAR, PU – Lima, 2006. e)

Reforzamiento

de

Viviendas

Existentes

Construidas

con

Muros

Confinados Hechos con Ladrillos Pandereta - Segunda Etapa, Tesis para optar el Título de Ingeniero Civil, que presentan los bachilleres: Tania Ana Araoz Escobedo, Jhonatan Pedro Velezmoro Girón, PU – Lima, Enero del 2012. f)

Unidades de Albañilería Cocida en Huánuco, Tesis para obtener el Título

de Ingeniero Civil, Hugo Leonardo Santiago Félix, UNHEVAL – Huánuco, 2000. g)

Propuesta de Modelo de Análisis Dinámico para Estructuras de

Albañilería Confinada con Unidades de Ladrillos de Arcilla Cocida; Tesis para obtener el Título de Ingeniero Civil; Estrada Villanueva, Aldo Gines, UNHEVAL – Huánuco, 2000. h)

Jesús Quispe Romero, El Problema de la Vivienda en el Perú, Retos y

Perspectivas/Revista INVI, Mayo, año/vol20, número 053, Universidad de Chile, Santiago, Chile 2005. i)

Comentarios a la Norma Técnica de Edificación E.070 ―Albañilería‖,

Ángel San Bartolomé, enero del 2008. j)

Construcciones de Albañilería – Comportamiento Sísmico y Diseño

Estructural – Ángel San Bartolomé, Pontifica Universidad Católica del Perú UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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Fondo Editorial 1994. k)

Construyendo Edificaciones de Albañilería con Tecnologías Apropiadas,

CISMID/FIC/UNI, Comité Asesor Japonés, Lima, Marzo del 2004. l)

MODELACIÓN

MAMPOSTERÍA

CON

ELEMENTOS

ESTRUCTURAL

FINITOS

ORTOGONALES

DE –

MUROS

Francisco

DE

Javier

Marulanda Ocampo, Universidad Nacional de Colombia, Colombia – Bogotá 2012. m)

Guidelines for Earthquake Resistant Non-engineered Construction. IAEE

(International Association for Earthquake Engineering - Japan) and NICEE (National Information Center of Earthquake Engineering - India). 2004. (Resistencia sísmica en edificaciones de autoconstrucción – Tipos de daños y planeación). 7.2. BIBLIOGRAFÍA ELECTRÓNICA a)

http://www.construaprende.com/

b)

http://civilgeeks.com/2011/11/17/trabajos-de-ingenieria-sismoresistente-i/

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CAPITULO 8

ANEXOS UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” B/Ing. Civil Owner Habacuc Salvador Salazar

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