estructuración y predimensionamiento
TRANSCRIPT
5/10/2018 Estructuración y Predimensionamiento - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/estructuracion-y-predimensionamiento 1/12
Ing. EDUARDO CABREJOS
ESTRUCTURACION – DIMENSIONAMIENTO Y
METRADO DE CARGAS
El objeto del análisis de estructuras consiste en la determinación de las
cargas actuantes, de las reacciones, esfuerzos cortantes, momentos flectores
y torsores. El cálculo y diseño se refiere exclusivamente al
dimensionamiento y armaduras que deben tener los elementos estructuralespara resistir las cargas aplicadas; por lo tanto para la creación de una
estructura se requiere, pues, de dos etapas: el “análisis y el diseño
respectivamente.
I). Estructuración: Definir la estructuración significa optar por un partidoestructural de una edificación o estructura con arquitectura definida. De una
adecuada estructuración dependerá el comportamiento ante las distintas
solicitaciones que se presenten; la estructuración debe ser sencilla para que
luego su modelaje o idealización matemática se represente de la manera
más real, racional y simple posible.
Consideraciones Estructurales para el Cálculo. Una estructura está
constituida por elementos que forman un todo, que tienen la capacidad de
soportar cualquier sistema de cargas. Se requiere conocer:
A. Características de la estructura y sus elementos:
- Seguridad (Resistente)
- Funcional (estética) ⇒ Comportamiento adecuado
- Económica en condiciones de servicio.
B. Características de las solicitaciones:
- Cargas: Verticales (Cargas permanentes ó Muertas CM),
Horizontales (Cargas de Sismo CS, Viento V, Impacto I)
- Sobrecargas: Carga Viva (CV)
C. Efectos que las solicitaciones tienen sobre la estructura:
- Vibraciones
- Deformaciones- Agrietamiento
A diferencia de las estructuras isostáticas como vigas y losas simplemente
apoyadas, donde la determinación de las fuerzas internas no representanmayor dificultad, evaluándose por equilibrio estático, las hiperestáticascomo pórticos (conjunto de vigas y columnas) y las losas son elementos
5/10/2018 Estructuración y Predimensionamiento - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/estructuracion-y-predimensionamiento 2/12
Ing. EDUARDO CABREJOS
continuos que requieren criterios adicionales, tales, como giro en las
uniones y deflexiones (distorsiones) para la determinación de sus fuerzasinternas.
Estructuración por Carga vertical: Para estructurar una edificación por
carga vertical, debe tenerse en cuenta que las cargas por gravedad que
actúan en determinado nivel, se transmiten a través de la losa de techohacia los ejes portantes (vigas, columnas, placas y zapatas) y de aquí al
suelo de cimentación.
Estructuración por Carga Sísmica: Las fuerzas sísmicas en edificaciones
son fuerzas de inercia producidas por el hecho que los niveles tienen masa
sujetas a aceleraciones (F= m.a), donde la mayor parte de la masa se
encuentra concentrada a la altura de los elementos horizontales o de piso(vigas, losas, acabados, sobrecarga, tabiquería etc), mientras que la masa
actuante en los elementos verticales o entrepiso (muros, placas, columnas)
es menor, por lo que para un análisis sísmico traslacional, puede suponerse
que la masa se encuentra concentrada a la altura de los pisos. Sísmicamente
la estructura ideal es aquella que tiene poca masa y gran rigidez lateral.
Algunas recomendaciones para una buena estructuración son:
-
Iniciar este trabajo conjuntamente con el anteproyecto arquitectónicoy/o realizando algunas interconsultas con los especialistas de las
5/10/2018 Estructuración y Predimensionamiento - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/estructuracion-y-predimensionamiento 3/12
Ing. EDUARDO CABREJOS
distintas especialidades, Eléctricas, Sanitarias, Suelos, Hidráulica, etc.
según el tipo de proyecto.- Determinación de los ejes resistentes (normalmente ortogonales)
-
Distribución uniforme de elementos resistentes (placas, columnas vigas)- Reducir masas e incrementar la rigidez
- Simetría en planta y elevación (forma y masas)
- Proporcionalidad en planta y elevación (volumetría)- Dar mejor capacidad torsional aprovechando el perímetro.
- Es conveniente que la estructura sea lo más hiperestática posible.
- Necesidad de variar la arquitectura si fuese necesario.
En caso de sismo se debe considerar que actuará en las dos “direccionesprincipales”, según la Norma E-030
Análisis Estructural: Se hará en función del partido estructural que se
optó. Para efectos de diseño, debe trabajarse con la envolvente de esfuerzos
en condición de rotura; para obtener estas envolventes, es recomendableefectuar el análisis estructural en condiciones de servicio para las tres
solicitaciones básicas:
- Carga permanente (Carga muerta: CM (D) (DL)).
- Sobrecarga (Carga viva: CV (L) (LL))
- Cargas horizontales (Sismo: S (E) (EL)) Viento V (WL), Impacto I (IL)
Luego se efectuará las cinco combinaciones de carga de acuerdo a la
Norma E-060 de Concreto Armado.
Resistencia Requerida mínima U*
En RoturaU = 1.4 CM + 1.7 CV
U = 1.25 (CM + CV) ± CS
U = 0.9 CM ± CS
*U: Similar tanto para Fuerzas, Cortantes y Momentos (flectores y/o
torsores)
Cada combinación genera un diagrama de esfuerzos (momentos o
cortantes) y para el diseño se emplea la curva que “envuelve” a estos
diagramas (envolvente de esfuerzos en condición de rotura).
Los momentos, esfuerzos cortantes y reacciones máximas no ocurren
cuando la estructura está totalmente cargada, lo que se verifica al observarlas deformaciones de un entrepiso cargado. En la figura se muestra los
diagramas de deflexión debidos a cuatro diferentes hipótesis de carga, cada
5/10/2018 Estructuración y Predimensionamiento - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/estructuracion-y-predimensionamiento 4/12
Ing. EDUARDO CABREJOS
una de las cuales debe considerarse para determinar los momentos,
cortantes y reacciones máximas, este proceso es conocido como alternanciade cargas. Se entiende que en cada caso la carga permanente (muerta) debe
actuar en todos los tramos o luces
5/10/2018 Estructuración y Predimensionamiento - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/estructuracion-y-predimensionamiento 5/12
Ing. EDUARDO CABREJOS
COEFICIENTES PARA MOMENTOS EN VIGAS CON APOYOS SIMPLES
COEFICIENTES PARA MOMENTOS EN VIGAS DE PORTICOS MONOLITICOS CON LASCOLUMNAS
5/10/2018 Estructuración y Predimensionamiento - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/estructuracion-y-predimensionamiento 6/12
Ing. EDUARDO CABREJOS
II. Dimensionamiento Previo (Pre) y Final: Se trata de dar o elegirsecciones tentativas que podrán ser modificadas y/o ratificadas
dependiendo del diseño efectuado. Previamente al inicio deldimensionamiento hay que tener en cuenta:
A. Definición de los materiales a usar:- Concreto
- Albañilería ⇒ Ladrillo, Adobe
- Acero
- Madera, etc.
Teniendo conocimiento previo de las características de los materiales (f´c,fy, f´m, fb etc) y su compatibilidad entre ellos.
B. Cargas y Sobrecargas. (Según norma de cargas E-020)
Elementos Horizontales:
- Losas Aligeradas armadas en una dirección, se dimensionan en el sentido
de la menor longitud del ambiente por techar.
Según la norma E-060 del RNC, para losas aligeradas podemos tomar:
h ≥ ln; ln : Luz libre
25
ln /25 se usa en edificaciones comunes; Cuando hay mucha densidad de
muros o con mucha carga usar ln /20.
- Losas macizas armada en una dirección
Según la norma E-060 del RNC, podemos tomar:h ≥ ln; ln : Luz libre
30
- Losas macizas armadas en dos direcciones
h ≥ Perímetro* @ Perímetro*
160 180
5/10/2018 Estructuración y Predimensionamiento - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/estructuracion-y-predimensionamiento 7/12
Ing. EDUARDO CABREJOS
*Nota: El perímetro será del paño a diseñar
VIGAS
Vigas Principales: h ≥ ln @ ln ; ln : Luz libre
10 12
b = h/2 ; b= A/20 , A = Ancho Tributario
Vigas Secundarias: h ≥ ln ; b = h/2
14
Para el caso en que las vigas formen pórticos:
h ≥ ln ; b = h/2
16
5/10/2018 Estructuración y Predimensionamiento - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/estructuracion-y-predimensionamiento 8/12
Ing. EDUARDO CABREJOS
5/10/2018 Estructuración y Predimensionamiento - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/estructuracion-y-predimensionamiento 9/12
Ing. EDUARDO CABREJOS
Elementos Verticales
Columnas: Se pre dimensionan en función de su área tributaria. Algunas
fórmulas prácticas:
Acol = 1000(*
)kg/m
2x A x N ó P
0.45 f ´c 0.45 f ´c
P = Peso total en servicio
A= Area tributaria o de influencia (m2)
N= Número de pisos
(*)Nota: Valor referencial obtenido de: Col. + vig. = 200 kg/m
2
Losa = 350 kg/m2
Piso Ter. = 100 kg/m2
Tab. = 150 kg/m2
S/C = 200 kg/m2
1000 kg/m2
Por tratarse de un pre dimensionamiento puede utilizarse de 1000 a 1500
Kg/m2
, dependiendo de la densidad de muros de la edificación, encualquier caso deberá hacerse un metrado real de cargas.
Con la sección obtenida se chequeará si ésta cumple con la Norma, y/opodrá ajustarse la sección con un Diagrama de Interacción.
5/10/2018 Estructuración y Predimensionamiento - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/estructuracion-y-predimensionamiento 10/12
Ing. EDUARDO CABREJOS
III. Metrado de Cargas: Consiste en determinar las cargas actuantes sobrelos elementos estructurales que conforman la edificación. Este proceso es
aproximado, ya que por lo general se desprecian los efectos hiperestáticosproducidos por los momentos flectores, salvo que estos sean muy
importantes y también porque las cargas son difíciles de precisar con
exactitud. Los tipos de Carga: Pueden ser:
- Cargas Estáticas. Son aquellas que se amplifican en intervalos muy
pequeños de tiempo, por lo general no producen vibración. Se
consideran estáticas cuando se aplican lo suficientemente despacio; eltiempo que tardan en aplicarlas es bastante mayor que el periodo de la
estructura. Se clasifican en:
a. Carga Muerta o Permanente: Es el peso de los materiales, equipo,
construcciones y otros elementos soportados por el edificio,
incluyendo su peso propio que se propone sean permanentes.b. Carga Viva: Es el peso de todos los ocupantes, materiales, equipos,
construcciones y otros elementos soportados por el edificio que
probable o seguramente se moverán o reubicarán durante la vida útildel elemento.
5/10/2018 Estructuración y Predimensionamiento - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/estructuracion-y-predimensionamiento 11/12
Ing. EDUARDO CABREJOS
- Cargas Dinámicas. Tienen una variación en el tiempo y pueden seguir
o no una ley matemática que relacione su intensidad en cada intervalode tiempo. Hay que tener presente que el instante en que ocurre la
máxima respuesta estructural, no necesariamente coincide con el de lamáxima solicitación. Pueden ser:
a. Cargas repentinamente aplicadas.b. Cargas armónicas.
c. Cargas pulso.
d. Cargas periódicas no armónicas.
e. Cargas transitorias
- Otras Solicitaciones. Existen otras solicitaciones que pueden
comprometer la estructura y que por lo tanto deben contemplarse en el
diseño. Pueden ser:
a. Asentamiento de los apoyos.b. Cambio de temperatura.
c. Empujes de tierra
d. Subpresiones de agua.
e. Contracciones por secado del concreto, etc.
Pesos de algunos elementos: Se dan algunos valores referenciales, en
cualquier caso se deberá recurrir a la Norma E-020 de cargas.
Losas- Aligeradas
h(cm) w (kg/m2)
17 280
20 300
25 350
30 42035 475
- Losas Macizas: b . l . h . γc (volumen por densidad de concreto)
Para un metro cuadrado tendremos: 1 x 1 x h x 2.4 t/m3
= 2.4 x h (t/m2)
Por metro tendremos: 1 x h x 2.4 t/m3
= 2.4 x h (t/m) ; γc = 2400 kg/m3
Vigas: b . l . h . γc (volumen por densidad de concreto)
5/10/2018 Estructuración y Predimensionamiento - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/estructuracion-y-predimensionamiento 12/12
Ing. EDUARDO CABREJOS
Albañilería: γa = 1800 kg/m3
(Albañilería sólida)
γa = 1350 kg/m3
(Albañilería hueca)
Para edificios en función de muros se usa de 150 @ 200 kg/m2
Para los muros estructurales y tabiques puede emplearse las siguientes
cargas de peso propio, expresadas en kilogramos por metro cuadrado de
área de muro por centímetro de espesor del muro incluyendo el tarrajeo.
Según el RNC: 18 kg/m2
x cm de espesor (sólido)14 kg/m
2x cm de espesor (hueca)
Acabados:
- Piso terminado o contrapiso (llenado sobre la losa)
0.05 x 2200 kg/m3 ≅ 100 kg/m
2; γc = 2200 kg/m
3(concreto simple)
También se considera 20 kg/m2
por cm de espesor (Normalmente 5 cm)
- Pastelero: 100 kg/m2
(asentado con barro)
Sobrecargas: Son variables dependiendo del tipo de edificación y uso.
Estas sobrecargas se podrán reducir (ver Norma E-030) ya que es poca la
probabilidad de que todo el edificio esté completamente cargado a la vez.
USO) S/C (kg/m2)
Bibliotecas* 300
Escuelas* 300
Oficinas* 250
Viviendas* 200
Azoteas (no utiliz) 100Corredores 400
*Para ambientes especiales deberá consultarse la Norma E-020