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Conformacion de construcciones sismoresistentes

Resumen: Mediante esta guía y sus contenidos, se busca suministrar la información que permita entender a quien la estudie, cómo debe ser la conformación de una casa de uno o dos pisos, para que cumpla con las condiciones de sismo resistencia que exige la norma.
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Autor: Centro de la Construcción

OBJETIVOS DE LA GUÍA

 OBJETIVO GENERAL

Mediante esta guía y sus contenidos, se busca suministrar la información que permita entender a quien la estudie, cómo debe ser la conformación de una casa de uno o dos pisos, para que cumpla con las condiciones de sismo resistencia que exige la norma.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Del trabajo guiado con el estudiante, se espera que :

  • Comprenda la importancia que tiene la forma geométrica de la casa para efectos de resistir mejor un sismo.
  • Identifique los muros que se colocan en una vivienda.
  • Identifique los espacios que tiene una vivienda.
  • Identifique los tipos y causas de los agrietamientos en las viviendas.
  • Identifique el grueso de los muros requeridos según la zona de amenaza sísmica.

INTRODUCCIÓN

A partir de esta guía entramos a tener una serie de conceptos que se deben tener en cuenta en el momento en que se diseña una vivienda, para que ésta resista los sismos, como se dijo en la guía número tres, la forma arquitectónica de la vivienda, debe cumplir ciertas condiciones mínimas como son: la simplicidad, la simetría y la continuidad.

Para lograr la sismo resistencia de la vivienda, ésta debe contar con un conjunto de muros en las dos direcciones los cuales van a conformar los espacios de la vivienda como son: salas, alcobas, servicios, patios y cocina, además van a servir para darle rigidez a la vivienda en las dos direcciones.

Estos muros deben de cumplir las especificaciones dadas en el capítulo E de la Norma Colombiana de Diseño y Construcción Sismorresistente en cuanto a conformación de la vivienda, gruesos de muro, alturas, amarres tanto verticales como horizontales de todos los tipos de muros que la conforman


ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE

Para la mejor comprensión del tema sobre conformación de edificaciones sismo-resistentes le proponemos:

  • Leer detenidamente y analizar los objetivos de la guía, pues estos son los puntos de partida.
  • Si a medida que va estudiando los temas encuentra palabras que desconoce, consulte el vocabulario incluido al final de esta guía, para aquellas palabras que no encuentre ahí, busque su significado en un diccionario.
  • Responda las preguntas que se hacen en la evaluación final y envíela a su tutor para que las corrija y evalue.
  • Una vez completado exitosamente todo el proceso, podrá continuar en el nivel siguiente.
  • Construya una maqueta con el plano que acompaña esta guía. Para lograrlo, recorte primero por las líneas punteadas. Luego para conformar los muros periféricos de la vivienda, doble las aletas y péguelas con colbón hasta que logre formar una casa. Observe que al pegar las partes, el conjunto adquiere una buena rigidez por tener los muros en las dos direcciones.
  • Encierre un rectángulo usando cuatro cartas de naipe puestas de canto y apoyadas unas en otras.
  • Cuando las cuatro cartas están juntas, se sostienen unas a otras, pero si se quita una de ellas las demás tienden a caerse por falta de rigidez pues las cartas hacen el papel de muros en las dos direcciones.

DESARROLLO DE TEMAS

1. GENERALIDADES

La vivienda es una suma de espacios abiertos y cerrados donde el ser humano realiza sus actividades vitales como: comer, dormir, descansar, procrear etc.

Estos espacios son conformados por muros dispuestos en dos direcciones y aberturas, llamadas vanos, realizadas en los muros para comunicar los espacios que ellos delimitan. Para garantizar la seguridad de quienes habitan la vivienda, estos muros y vanos deben cumplir con una serie de requisitos mínimos que se establecen en el capitulo E de la Norma Colombiana de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR-98.


2. CONFORMACIÓN DE LA VIVIENDA

Las recomendaciones dadas en esta guía, están dirigidas únicamente para el diseño y la construcción de casas sismo resistentes de uno y dos pisos que estén apoyadas sobre muros de mampostería.

1.Al diseñar la vivienda se debe tener en cuenta conformar los espacios como si fueran cajones rígidos que no tengan de largo mas de tres veces el ancho.

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Figura 1

Una planta de edificación muy larga con relación al ancho, no cumple con este requisito, a continuación vemos algunos ejemplos de lotes que cumplen esa condición.

Ejemplos:

Si un lote mide 3 metros de frente, el fondo máximo sin realizar juntas de construcción será de 9 metros, o sea 3 metros de frente por 3 veces, igual 9 metros.

Otro ejemplo, si un lote mide de frente 5 metros, el máximo de fondo será de 15 metros sin que se tenga que realizar juntas.

Como vemos, la mayoría de lotes que se venden comercialmente a nivel de urbanizaciones cumplen un fondo razonable y a veces menor que la regla por ejemplo un loteo muy común es el de 6 metros de frente por 12 o 15 metros de fondo, en estos casos no se necesita realizar juntas porque si aplicamos la regla, la junta será necesaria a partir de los 18 metros.

Cabe resaltar que la junta se realizaría a partir de la próxima construcción, en este caso desaparecen los muros medianeros o sea los muros compartidos con el vecino y siempre se tendrá que dejar una junta y hacer muros independientes cada colindante.

Con lo anterior no se quiere decir que no se pueda realizar proyectos de viviendas en lotes de otras dimensiones, basta saber que si son muy largos realizamos juntas, dividiéndolos en dos o tres construcciones por separado, teniendo además en cuenta lo visto en la Guía sobre Sismo Resistencia en cuanto a simplicidad, simetría y continuidad. Ver figura 2.

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Figura 2


3. MUROS

Al diseñar y construir la vivienda, se deben colocar muros en las dos direcciones y perpendiculares entre si (o aproximadamente perpendiculares) desde la cimentación, para que se comporten como riostras y resistan las fuerzas horizontales producidas por los sismos. Estos muros deberán ser confinados, es decir, contener vigas y columnas que los amarren, tal como se verá en la Guía 5 de componentes estructurales que garantizan la sismo resistencia.


4. CLASES DE MUROS

Los muros confinados en una vivienda pueden ser:

1. Muros de carga: Cuando además de su propio peso, transmiten las cargas típicas que se dan en una vivienda como son: el peso de la losa de entrepiso, del techo o cubierta, de los otros muros y de los enseres que se tienen en la vivienda.

Cuando se trate de una vivienda de dos pisos, los muros de carga del segundo piso deben ser colineales con los del primer piso, es decir, coincidir verticalmente, de lo contrario la transmisión de cargas es peligrosa. Ver figura3.

2. Muros divisorios o transversales: Son los que solo soportan su propio peso y sirven además para darle rigidez a los de carga. Para que no se volteen estos muros, deben estar adheridos a la estructura (losa, techo o muros cargueros),con mortero de pega en los bordes de contacto y deben tener un grueso mínimo de 10 cms.. Las longitudes totales de muros confinados deben ser aproximadamente iguales en las dos direcciones; estos muros se deben colocar preferiblemente en la periferia de la edificación para conformar el cajón.

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Figura 3

La figura anterior número 3, nos muestra una vivienda con una planta que tiene pocos muros en la dirección transversal y no cumple con la simetría ni con la longitud de muros confinados no hay cierre total.

En la figura 4, mostramos un ejemplo de planta de vivienda bien diseñada y conformando los espacios de una vivienda como son: la sala, alcobas, cocina y servicios

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PLANTA DE DISTRIBUCION
Figura 4

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Planta tridimensional

Las edificaciones deben tener unos diafragmas rígidos que amarren entre si los muros de carga y los divisorios para que   los obliguen a trabajar como un conjunto, estos diafragmas se deben colocar tanto a nivel de la cimentación como en el nivel de la cubierta.

Los diafragmas los constituyen la viga de cimentación y la viga de amarre conformando recuadros cerrados los cuales a la vez forman las alcobas o espacios de la vivienda. Ver figura 5

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Figura 5

Cuando la vivienda es de dos pisos, la losa hace el papel de diafragma en el nivel superior y las vigas y cintas de amarre, el diafragma en la cubierta o techo.

Es recomendable que las losas y cubiertas sean lo mas livianas posibles si es losa aligerarla con ladrillo o casetón de madera y el techo o cubierta en láminas de asbesto cemento, zinc madera y teja de barro.

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Figura 5a


5. VANOS

Son las aberturas o huecos que se dejan sobre los muros para la colocación de puertas y ventanas para que las habitaciones reciban iluminación y ventilación natural.

Al dejar estos vanos se debe tener en cuenta que hay que dejarlos unos frente a otros, o sea, que queden simétricos y que cumplan con los siguientes requisitos: Ver figura 5 b

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Figura 5 b

L = ancho del muro L1= Ancho de puerta
L2 = Ancho de ventana D  = Machón central
D1 = Machón Izquierdo

D2 = Machón derecho

>  Este símbolo se lee Mayor que < Este símbolo se lee Menor que

Debe cumplirse que:

L1 + L2 < L/2

Se lee: El ancho de la puerta más el ancho de la ventana, debe ser menor que la mitad del ancho de todo el muro.

H1 > H2

Se lee: La altura de la puerta debe ser mayor que la altura de la ventana

3 D, D1, D2 > 50 cm.

Se lee : El machón central y los orilleros deben de ser mayores de cincuenta centímetros

Si no se cumple con estos requisitos, se deben colocar columnetas de confinamiento en las orillas de puertas y ventanas. Ver figura 6.


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Figura 6


6. AGRIETAMIENTOS TÍPICOS DE UNA CASA DE UNO Y DOS PISOS

Cuando un sismo mueve una casa, produce una serie de agrietamientos que se muestran en las figuras siguientes:

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Agrietamiento de muros por flexión debido a falta de muros transversales interiores
Figura 7

Para evitar este agrietamiento, se colocan muros transversales interiores y una viga en la parte superior.

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Desprendimiento de muro por falta de amarre en sus bordes verticales y horizontales
Figura 8
Ver foto

Para evitar esto, se colocan vigas de amarre y columnas de confinamiento.

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Agrietamiento diagonal de los muros: se presenta por falta de vigas y columnas de confinamiento y por o vanos muy próximos.

Figura 9
Ver foto

Para evitar esto, se debe cumplir que los machones tengan un ancho mínimo de 50 cms como se explicó anteriormente, y colocar vigas, cintas de amarre sobre culatas y columnas de confinamiento.

Vivienda de dos pisos con los agrietamientos típicos que se presentan cuando sucede un sismo o temblor de tierra. Ver figura 10

Figura 10

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Las vigas, columnas de confinamiento, cintas de amarre se explicarán mas detalladamente como estructuras en la Guía #2.


 7. ESPESORES DE MUROS CARGUEROS

Los espesores mínimos de los muros son dados en la siguiente tabla:

ZONA DE AMENAZA SISMICA

NUMERO DE NIVELES DE CONSTRUCCION

UN PISO

DOS PISOS

PRIMER NIVEL

SEGUNDO NIVEL

ALTA

11

11

10

INTERMEDIA

10

11

10

BAJA

10

11

10

Tabla 1

Los espesores están dados en centímetros y no se debe contabilizar el grueso del revoque como parte del grueso del muro.


8. CÁLCULO DE ESPESOR DE MUROS CARGUEROS

Para determinar el espesor que deben tener los muros, lo primero que tenemos que hacer es identificar en el mapa de Colombia en qué zona de amenaza sísmica se encuentra el municipio donde se va a construir la vivienda. Ver mapa figura 11

Segundo, se ve que tipo de construcción se va a realizar, si es de un piso o de dos pisos, y con estos datos se consulta la tabla correspondiente.

Se ubica en la primera columna la zona de amenaza en la cual esta el municipio y luego lee en las demás columnas el grueso que le corresponde al muro que se debe colocar, según la casa sea de un piso o de dos.

Ejemplo:
Si se quiere construir una casa de un piso en el municipio de Medellín, lo primero que se hace es buscar en el plano de Colombia, en qué zona de amenaza sísmica se encuentra Medellín. Vemos que se encuentra en una zona intermedia.

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Figura 11

Con este dato, se ubica la casilla donde dice "INTERMEDIA" en la primera columna de la tabla 1. Luego, se lee en la columna correspondiente a casas de un piso, el grueso de muro que hay que colocar. La tabla dice que el muro mínimo deberá ser de 10 cm.

Esto no quiere decir que si Ud. quiere colocar un muro con un grueso de 12 o 15 cm no lo pueda hacer, pero en ningún caso podrá colocar muros de menos de 10 centímetros de espesor.

El proceso para conseguir los gruesos de muros es igual, la clave esta en ubicar en el mapa de Colombia en que zona de amenaza sísmica se encuentra localizado el municipio en el cual voy a realizar la construcción.

 Si fuera a construir en Leticia observamos en el mapa que este municipio corresponde a una zona de amenaza sísmica baja pero si vamos a construir en Quibdó la capital del Choco, vemos que se encuentra según el mapa en una zona de amenaza sísmica alta por lo tanto cada zona tiene unos requisitos diferentes en cuanto a grueso de muros

 Debe observarse en el mapa que las líneas me delimitan las zonas de amenaza sísmica figura 11.


9. TECHOS O CUBIERTAS

Es la parte superior o exterior de una vivienda que cumple la función de proteger de las variaciones climáticas a la construcción y a quienes la habitan.

El techo debe realizarse con materiales livianos tales como láminas de asbesto cemento y zinc como los mas recomendados y en teja de barro cocido o teja española cuando el diseño arquitectónico así lo amerite.


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Figura 12

En cuanto a la configuración del techo, esta debe ser lo mas sencilla posible 2 a 4 aguas y evitar pendientes demasiado pronunciadas para no aumentar altura a la vivienda, ya que con esto la hacemos mas vulnerable a la acción de un sismo.

Los techos generalmente descasan sobre muros que forman las pendientes y estos reciben el nombre de muros de culata (ver figura 13) los cuales deben ser rematados con vigas o cintas de amarre y en las que se dejan unos anclajes para luego ser fijado a ellas el techo.(ver figura 14)

El proceso de determinación de las pendientes para los diferentes materiales de cubierta que se empleen, será dado en la guía de techos mas adelante

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Figura 13
Ver foto

En la siguiente figura se muestra el tipo de anclaje que se deja en las vigas para asegurar los techos y pueden ser unos tornillos de 3/8 de pulgada o varillas del mismo diámetro roscadas por una punta y por la otra se le hace un gancho para que quede mas amarrada en el concreto de la viga.


Figura 14
Ver foto


VOCABULARIO

 ANCLAJE:Tornillo de diámetro mínimo de 3/8 que se deja embebido en la viga de amarre para amarrar el techo.

COLUMNETA DE CONFINAMIENTO: Elemento vertical reforzado que se coloca embebido en el muro para resistir las fuerzas horizontales producidas por un sismo.

CULATA: Muro que se remata con pendientes para recibir el techo de una vivienda. En muchas regiones se le llama cuchilla.

DIAFRAGMA: Es un elemento estructural cerrado que reparte las fuerzas en una vivienda.

LOSA: Elemento estructural fundido en hormigón reforzado comúnmente llamado plancha.

MACHON: Muro pequeño en cuanto a su largo.

MURO MEDIANERO:Es muro que comparten dos casas vecinas también se le llama de colindancia.

PENDIENTE: Es el grado de desnivel de un techo o cubierta para que las aguas puedan correr.



BIBLIOGRAFÍA

  • Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. Normas Colombianas de Diseño y Cnstrucción Sismoresistente. Ley 400 de 1997. Tomo 1. 1998

  • Sarria Molina, Alberto. Ingeniería Sísmica. Ediciones Unidas. Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia. 1990.

  • Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. Manual para Construcciones de uno y dos pisos. 1984

  • Mejía, Luis Gonzalo. Manual de Especificaciones Mínimas para viviendas de uno y dos pisos. 1998

  • SENA, Asociación de Ingeniería Sísmica.   Manual de Construcciones Menores Sismo-resistentes. 1990

  • Material  de Internet.

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