CURSO ANALI AN ALISI SISS EST ESTR R UCT UCTUR URAL AL I Cargas : Modelo de Carg Cargas. as.-- Areas Tributa ributarias rias .Tipos de Cargas. Cargas.-- Norm a E-020.E-020.Ejemplo Eje mplo de Metrado de Carga Cargass Ing. Omart Tello Malpart ida
IDEALIZACIÓN DE CARGAS
La determinación de las cargas a ser aplicadas a una estructura es con frecuencia una tarea especial. Aun cuando existen códigos y normas para la distribución mínima de cargas, son el juicio y la experiencia del ingeniero estructural los que desempeñan una función significativa para definir las condiciones de la distribución de cargas que debe soportar una estructura.
1
IDEALIZACIÓN IDEALI ZACIÓN DE CARGAS Por lo general las cargas son s on modeladas como:
Cargas puntuales concentrad as.- puede representar
Cargas Lineales.- son cargas expresadas en fuerza por
Cargas superficialmente distribuidas. distribuidas.-- se dan en
la acción de otro componente estructural que entra en contacto con un elemento, la rueda de un camión en la cubierta de un puente, etc.
unidad de longitud y representan por ejemplo el peso propio de un elemento, o el peso del área tributaria de un sistema de piso que actúa sobre una viga. términos de fuerza por unidad de área y se suelen transformar a cargas lineales para el análisis de las estructuras y puede representar el peso de un sistema de piso, o el peso asociado con el pretendido uso del área (aulas, bibliotecas, vivienda) etc.
TIP OS DE CARGAS
En general las cargas pueden clasificarse en los siguientes s iguientes tipos: Cargas Estáticas Cargas Dinámicas
CARGA S ESTATICAS.ESTATICAS.- Son aquellas que se aplican lentamente sobre la estructura, condición que origina esfuerzos y deformaciones que alcanzan sus valores máximos en conjunto con la carga máxima. Estas cargas prácticamente no producen vibraciones y se clasifican clasifican en: a) Cargas permanentes o Muertas (D) b) Carga rga viv viva a o sob sobre reccarga arga (L)
2
Cargas perman permanentes entes o Muertas (D)
Se denomina carga muerta al conjunto de acciones que se producen por el peso propio pro pio de la construcción; incluye el peso de la estructura misma y el de los elementos no estructurales, como muros divisorios, los revestimientos de los pisos, las instalaciones y todos aquellos elementos que conservan una posición fija en la construcción, de manera que gravitan en forma permanente sobre la estructura. La evaluación de esta carga es sencilla, ya que solo s olo requiere la determinación de los volúmenes de los l os distintos componentes de la construcción y su multiplicación por los pesos volumétricos de sus materiales constitutivos.
MATERIAL
k g/ m 3
k g/ m 3
CONCRETO
armado
ALBAÑILERIA
2400
simple
2300
Lad. sólido 1800
Lad. hueco
1350
MADERA
Dura seca
700
Dura húmeda 1000
METALES
Acero
7850
Plomo
11400
Los pesos volumé volumétricos para los materiales de construcció construcción mas comunes se indican en la Norma EE-020 de Cargas.
3
Carga viva o sobrecarga (L)
La carga viva es la que se debe a la operación y uso de la construcción. Incluye todo todo aquello que no tiene tiene una posición fija y definitiva dentro de la estructura; entran así en la carga viva el peso y las cargas debidos a muebles, mercancías, equipos y personas. Podemos distinguir tres grandes grupos de construcciones en cuanto a la carga viva que en ellas debe considerarse: los edificios, las construcciones industriales y los puentes. Carga viva en edificios.- Los edificios urbanos cumplen funciones diversas y dentro de un mismo edificio hay áreas destinadas a usos muy diferentes. Por lo tanto, deben especificarse una gama amplia de cargas vivas que abarque las diversas situaciones.
USO
A M B I E N TE
Bibliotecas
Sala de lectura Sala de Almacenaje
S / C ( k g/ cm 2) 300 750
Escuelas
Aula y Laboratorios Talleres
300 350
Oficinas
Ambientes Com unes Sala de Archivos
250 500
Hospitales
Cuartos Sala de operación y Lab.
200 300
La Norma EE-020 de Cargas, incluye tablas de cargas vivas para los distintos usos de las zonas de un edificio.
4
Área Tributaria
Se entiende por área tributaría de un elemento de una estructura sujeta a carga uniformemente distribuida, aquella área que, multiplicada por la carga uniforme, define la carga total que se debe considerar actuando sobre el elemento y que produce efectos iguales a los de la distribución real de cargas sobre la estructura.
Área Tributaria
Las siguientes reglas sencillas para determinar el área tributaria están basadas en la localización de las líneas en que la fuerza cortante seria nula si solo hubiera transmisión de momentos en una dirección.
En elementos que trabajan en una dirección el área esta limitado por los centros de claros entre los elementos. En columnas, el área tributaria esta limitada por las líneas medias de los tableros adyacentes. El área tributaria de dos elementos portantes se separa por las bisectrices de los ángulos que estos forman.
5
Área Tributaria
Losa armada en dos sentidos
Sistema de piso con losa en dos direcciones, vigas principales y vigas secundarias.
6
Sistema de piso con vigas principales, vigas secundarias y losa en una dirección
Sistema de piso con losa en dos direcciones, vigas principales, vigas secundarias y columna
Area Tributaria, Tributaria, en elemen tos que soportan lo sas s as macizas en dos direcciones Sobre la viga AB
Sobre la columna A
Sobre la viga CE, si no hubiera columna en A
7
Carga viva en puentes.- La carga viva sobre puentes
carreteros se debe esencialmente a las fuerzas trasmitidas por lo vehículos que sobre ella transitan. Su determinación depende del peso y de la características de los vehículos que pueden transitar sobre el puente, así como de la distribuci distribución ón mas desfavor desfavorable able que es razonable esperar que se presente. Los valores que se asignan a las cargas corresponden a vehículos idealizados que pretenden representar efectos de condiciones de trafico desfavorable. En el Perú Perú y en muchos muchos otros otros países países se se adoptan adoptan las las cargas especificadas por la AASHTO. Las cuales se muestran esquemáticamente esquemáticamente en el grafico siguiente.
Tren de cargas
Sobrecarga equivalente
8
CARGAS DIN AMICAS. AMICAS.-- Son aquellas cuya magnitud,
Viento (W ).- El viento es un fluido en movimiento; sin
dirección y sentido varían rápidamente con el tiempo, por lo que los esfuerzos y desplazamientos que originan sobre la estructura, también cambian con el tiempo; cabe indicar que en el instante en que ocurre la máxima respuesta estructural, no necesariamente coincide con el de la máxima solicitación. embargo, para simplificar el diseño, supone que actúa como una carga estática sobre las estructuras convencionales, para estructuras muy flexibles (puentes colgantes, chimeneas, etc.) es necesario verificar que su periodo natural de vibrar no coincida con el de ráfagas de viento, de lo contrario podría ocurrir la resonancia de la estructura.
Presión del Viento Viento ( Kg/ m 2 ) P h = 0.005 C. (V h ) 2
2 V h h= V(h/10) V h : Velocidad de diseño en la altura h ( km/h) V : Velocidad del viento hasta 10 m de altura (km/h) h : Altura del terreno en metros C = Factor de forma ( adimensional)
Acción del Vient o sobre una construcción con techo a dos aguas
9
Flujo de aire alrededor de una construcción
Acción del viento para formas de galpones cerrados
Distribución de presiones en una construcción determinado en túnel de viento
Diagrama de presión de diseño
q hGCp
qhGCp
θ
qzGCp
Dirección del viento
h z
qhGCp
L
10
Coeficientes de presión en cubiertas simétricas a dos aguas ( C )
Mapa de I sotac sotacas as Velocidad del viento a 10 m. Sobre el suelo (km/h)
11
Turbulencias en edificios altos en direcciones longitudinales y transversales
Turbulencias en edificios altos debido a obstrucciones frontales
12
Incremento de velocidad de viento debido a aberturas de pisos inferiores
Flujo del viento en edificios a dos aguas ocasionando turbulencias en techos y paredes de sotavento
13
Diagrama de presión de diseño
q hGCp
qhGCp
θ
qzGCp
Dirección del viento
h z
qhGCp
L
Destrucción total del del hospital hospital Princess Margaret en Jamaica
14
La ausencia de un anclaje apropiado produjo el vuelco completo de una clí nica nica
Falla del soporte de las vigas de acero
15
•
•
Sismo s (E).(E).- Las ondas sísmicas generan
aceleraciones en las masas de la estructura y por lo tanto, fuerzas de inercia que varían a lo largo del tiempo; para la evaluación de esta carga existen dos métodos: Análisis Estático.- Aplicables Estático.- Aplicables a estructuras convencionales que pueden ser analizadas empleando cargas estáticas equivalentes a las producidas por el sismo. Análisis Dinámico.- Corresponde a un análisis dinámico detallado basado en las ecuaciones de movimiento de Newton, aplicable a estructuras altamente riesgosas y para las grandes estructuras localizadas en zonas telúricas muy importantes.
La evaluación de esta carga, corresponde al capitulo de análisis sísmico del curso de
Sismo Resistenc Resistencia ia
y esta reglamentado por medio de la Norma E-030 Diseño Sismorresistente.
16
EJEM EJE M PLO DE M ET ETRADOS: RADOS: EDIFICACION
17
Plant a de Edificación Edificación
1
2
Vigas Eje X : 0.25 x 0.60 m Vigas Eje Y : 0.25 x 0.40 m Columnas : 0.25 x 0.60 m
3
Aligerado : 0.25 m f’c = 210 Kg/c Kg/cm m2
4
A Dirección del aligerado
4m
B 5m
C
7m
5m
7m
¿ Pr Pree g un unta tass ?
18
