cargas y esfuerzos

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

“ CARGAS Y ESFUERZOS ”

CURSO : ANALISIS ESTRUCTURAL II

DOCENTE : ING. IVAN LEON MALO

NUEVO CHIMBOTE - AGOSTO , 2015

Las cargas que actúan sobre las estructuras pueden dividirse en tres grandes categorías:

a) Cargas Muertas:

• Son aquellas que se mantienen constantes en magnitud y fijas en posición durante la vida de la estructura.

• Generalmente la mayor parte de la carga muerta es el peso propio de la estructura.

• Esta se puede calcular con buena aproximación a partir de la configuración de diseño, de las dimensiones de la estructura y de la densidad del material (peso especifico del material)

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Por ejemplo en una edificación Multifamiliar, la carga muerta son las siguientes:

•Peso de la losa aligerada.

•Peso del contra piso y enlucido.

•Peso de la tabiquería repartida y perimetral.

• Peso de cerámica y/o terrazo.

•Peso de aparatos y accesorios.

•Peso de columnas y vigas.

•Peso de Muros fachada o cortinas.

Y toda carga que es constante en la edificación.

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VIGAS,PLACAS,LOSAS.

CERCHA METALICA

LOSA ALIGERADA

CIELORRASO.

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a) Cargas Vivas:

• Consisten principalmente en cargas de ocupación en edificios y cargas de tráfico en carreteras y puentes.

• Éstas pueden estar total o parcialmente en su sitio o no estar presentes, y pueden cambiar de ubicación.

• Su magnitud y distribución son inciertas en un momento dado, y sus máximas intensidades a lo largo de la vida de la estructura no se conocen con precisión.

• Las cargas vivas mínimas para las cuales deben diseñarse los entrepisos y cubiertas de un edificio se especifican usualmente en los códigos de construcción respectivos, en el caso del Perú se encuentra estipulado en la norma técnica de edificaciones - E0.20 (Cargas).

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OFICINA

AULAS LABORATORIO

La aplicación de la carga muerta y viva en la estructura depende del elemento estructural. Por ejemplo:

• Para una viga la carga muerta y viva se distribuye por metro lineal (o carga distribuida) y carga puntual.

• Para una losa aligerada la carga muerta y viva se distribuye por metro cuadrado.

-) Para una columna y cimentación la carga muerta y viva se distribuye de forma puntual y perpendicular a la sección de la columna.

Además de las cargas distribuidas, se recomienda diseñar los entrepisos para soportar en forma segura algunas cargas concentradas cuando éstas producen esfuerzos mayores.

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W

P P

q

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•Para una columna y cimentación la carga muerta y viva se distribuye de forma puntual y perpendicular a la sección de la columna.

•Además de las cargas distribuidas, se recomienda diseñar los entrepisos para soportar en forma segura algunas cargas concentradas cuando éstas producen esfuerzos mayores.

P

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Forma de aplicación de la Carga muerta y Viva

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•La viga que se muestra se apoya en tres columnas, además una tercera y cuarta viga se apoya transversalmente en el centro del claro de la viga apoyada entre dos columnas .

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EJEMPLO:

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•DETERMINAR LA CARGA MUERTA TOTAL QUE SE LE ESTA APLICANDO A LA VIGA DE ACERO SIN CONSIDERA SU PROPIO PESO POR ML.

•Peso especifico albañilería =1800kg/m3

•Peso especifico del concreto=2400kg/m3

•Altura de muro =2.50m

•Ancho de losa =4.00m

•Espesor de la losa = 0.15m

•Espesor del muro = 0.15m

•Longitudes del muro y de la losa = ∞

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c) Cargas Ambientales.

Las cargas ambientales consisten principalmente en cargas de nieve, presión y succión de viento, cargas sísmicas (fuerzas inerciales causadas por movimientos sísmicos), presiones de suelo en las porciones subterráneas de estructuras, cargas de posibles empozamientos de agua de lluvias sobre superficies planas y fuerzas causadas por cambios de temperatura. Al igual que las cargas vivas, las cargas ambientales son inciertas tanto en magnitud como en distribución.

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c.1) Cargas de nieve

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c.2) Cargas de viento

Las cargas de viento en nuestro país son mas nocivas en estructuras de acero que en estructuras a base de concreto, y se presenta con mas incidencia en estructuras de acero a dos aguas, cerchas parabólicas, etc. Teniendo dos presiones el barlovento y el sotavento.

EFECTOS DEL VIENTO

ACCIONES EXTERNAS DEL VIENTO UNS / AE-II / IVAN

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EFECTOS DEL VIENTO

ABERTURAS Y PRESION INTERNA DEL VIENTO

UNS / AE-II / IVAN

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Efectos del Viento,

El viento ejerce presiones sobre las superficies de contacto.

Presión Positiva hacia la superficie.

Presión Negativa, desde la superficie.

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MAPA EOLICO DE LA

DISTRIBUCION

DE VIENTOS EXTREMOS

EN EL PERU

1996.

Isotacas quantiles de 0.02

Velocidades Extremas del viento

en K.P.H. a 10 m del suelo

Periodo de recurrencia :50 años

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Clasificación de las Edificaciones según los Efectos del Viento.

De acuerdo con la naturaleza de los efectos que el viento puede ocasionar en las edificaciones, éstas se clasificarán en tres tipos:

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VISTA FOTOGRAFICA, PANORÁMICA Y DEFORMADA DE LA ESTRUCTURA INICIAL DEL COLISEO GRAN CHAVÍN

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MAPA EOLICO DE LA

DISTRIBUCION

DE VIENTOS EXTREMOS

EN EL PERU

1996.

Isotacas quantiles de 0.02

Velocidades Extremas del viento

en K.P.H. a 10 m del suelo

Periodo de recurrencia :50 años.

ANEXO 2

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Ejemplo Nº 01: Se tiene el presente tijeral de 20 mts de luz, con una altura de 4.00 mts en el centro, un ángulo de inclinación de la cobertura de 11°, un ancho tributario de 4.5 mts, el tijeral se encuentra a una altura de 15 mts desde

el nivel de terreno natural. Se pide determinar las presiones que se

ejercen sobre el tijeral.

Nota: Suponer que la velocidad es 100Km/h. Ver Isotacas (Son curvas que unen

igual velocidad de viento).

Solución:

UNS / AE-II / IVAN

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Zonas donde

el Tijeral tiene

mayor Área de

Influencia, es

decir mayor

carga por

parte de la

cúpula.

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Para nuestro caso, V=100Km/h. con ello calculamos “Vh” y lo distribuimos en altura para luego proceder a calcular la carga por unidad de longitud.

CUADRO DE CÁLCULO DE PRESIONES

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PRIMER CASO DE CARGA

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SEGUNDO CASO DE CARGA

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Ejemplo Aplicativo.

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Modelamiento en SAP 2000.

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FALLAS POR VIENTO

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Ejemplo del estructuras en acero

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c.3) Cargas de sismo

• Las cargas de sismo en edificaciones son cargas en dirección horizontal, y se aplican en los centros de masa de los entrepisos de las edificaciones.

• Las fuerzas de sismos son generadas por movimientos telúricos de la corteza terrestre, movimientos que no se pueden predecir.

• Se tiene que tomar en cuenta estas fuerzas en todo proyecto arquitectónico. Para esto se calculara el cortante en la base de la edificación, con la cual nos permitirá determinar el pre-dimensionamiento de los muros de corte, que serán quienes absorberán las fuerzas sísmicas.

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Para un buen comportamiento sísmico de una edificación deberá cumplir con los siguientes conceptos:

-) Simetría, tanto en la distribución de masas como en las rigideces.

-) Peso mínimo, especialmente en los pisos altos.

-) Selección y uso adecuado de los materiales de construcción.

-) Resistencia adecuada.

-) Continuidad en la estructura, tanto en planta como en elevación.

-) Ductilidad.

-) Deformación limitada.

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Para el calculo de la fuerza sísmica en la base se utiliza los conceptos estipulados en la Norma E-030-2003 “Diseño Sismorresistente”, del Reglamento Nacional de Edificaciones.

Donde:

V: Fuerza cortante en la Base de la Edificación.

Z: Factor de Zona.

U: Factor de Uso.

C: Coef. De amplificación Sísmica.

S: Factor de Suelo.

R: Factor de reducción.

P: Peso de la edificación.

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Factor de Zona: El territorio nacional se considera dividido en

tres zonas, como se muestra en la Figura N° 1. La zonificación propuesta se basa en la distribución espacial de la sismicidad observada, las características generales de los movimientos sísmicos y la atenuación de éstos con la distancia epicentral, así como en información neotectónica. En el Anexo N° 1 se indican las provincias que corresponden a cada zona.

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Factor de Uso e Importancia: Cada estructura debe ser

clasificada de acuerdo con las categorías indicadas en la Tabla N° 3. El coeficiente de uso e importancia (U), definido en la Tabla N° 3 se usará según la clasificación que se haga.

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Factor de Amplificación Sísmica: De acuerdo a las características de sitio, se define el factor de amplificación sísmica (C) por la siguiente expresión:

Condiciones Geotécnicas o Factor del Suelos: Para los

efectos de esta Norma, los perfiles de suelo se clasifican tomando en cuenta las propiedades mecánicas del suelo, el espesor del estrato, el período fundamental de vibración y la velocidad de propagación de las ondas de corte. Los tipos de perfiles de suelos son cuatro:

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Factor de Reducción: Los sistemas estructurales se clasificarán según los materiales usados y el sistema de estructuración sismorresistente predominante en cada dirección tal como se indica en la Tabla N°6. Según la clasificación que se haga de una edificación se usará un coeficiente de reducción de fuerza sísmica (R). Para el diseño por resistencia última las fuerzas sísmicas internas deben combinarse con factores de carga unitarios. En caso contrario podrá usarse como (R) los valores establecidos en Tabla N°6 previa multiplicación por el factor de carga de sismo correspondiente.

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V

O

BASAL

ZONA DE FLUENCIA

SISTEMA INELÁSTICO

SISTEMA ELÁSTICO

MÁXy

V =yVE

R

VE

(Carga elástica)

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Ejemplo de aplicación: Se tiene una edificación cuya área techada por piso es de 300 m², en la ciudad de chimbote, dicha edificación tendrá el uso de centro educativo, consta de 5 niveles. Determine el cortante basal de dicha edificación.

Desarrollo: El área techada total: 1500 m². Peso aproximado de la edificación (100% Cm + 50% Cv), según la Norma E-030: 1.2*1500 = 1800 Tn. Factor de Zona: Z = 0.40 Factor de Uso(Educación): U = 1.5 Factor de Suelo(Flexible): S = 1.4 Factor de ampli. Sísmica: C = 2.5 Factor de Reducción (Sistema Dual): R = 7*3/4 Cortante en la Base por Fuerza Sismo: 720 Tn

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Fx

Fy

V

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Ejemplo: ESTRUCTURA REGULAR

D1

D2

D3

D4

X

Y

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D1

D2

D3

D4

dr1 = D1 dr2 = D2 – D1 dr3 = D3 – D2 dr4 = D4 – D3

Desplazamiento Relativo

X

Y

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Ejemplo: ESTRUCTURA IRREGULAR

D1

D2

D3

D4

X

Y

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D1

D2

D3

D4

dr1 = D1 dr2 = D2 – D1 dr3 = D3 – D2 dr4 = D4 – D3

Desplazamiento Relativo

X

Y

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