FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
INFORME
“Análisis estructurl !el "ri#er "is$ !e un e!i%icci&n !e cinc$ "is$s'
AUTOR:
A(uilr Es"in$)* +$nt,n S#it, -erru Us,i.,u* /,$s0in /$se /ure(ui Fl$rentin$* /,$ntn G1riel Esc$1r Mlc* 2e0er -en0i!es Acu. M3 Le$!n
ASESOR:
In(4 Del(!$ R#5re) F6li3 Ger#n
GRUPO 4
LIMA - PERÚ 2016- II
RESUMEN
El informe tiene como objetivo general el metrado de cargas de acuerdo al Reglamento Reglamento Nacional de Edicaciones (R.N.E) (R.N.E) y analizar las fuerzas internas en las las viga vigass y colum columna nass medi median ante te las las cond condic icio ione ness de equi equilib libri rio, o, los los diag diagra rama mass de fuer fuerza za cort cortan ante te y mome moment nto o e ect ctor or ara ara visu visual aliz izar ar el comortamiento que tendr!n la estructura orticada del rimer iso en el eje " de una edicaci#n de cinco niveles en una !rea de $%&.' m%. *os c!lculos ser!n realizados a mano alzada y mediante el soft+are soft+are -* ara tene tenerr result esultad ados os m!s m!s rec recis isos os cons consid ider eran ando do las las ro roie ieda dade dess de los los materiales. "simismo estas nos servir!n ara tener una idea de los aceros que se utilizaran en los estribos (del /iagrama de uerza 0ortante) y de igua iguall con con el dise dise1o 1o de rotu rotura ra anal analiz izan ando do lo mome moment ntos os m2nim m2nimos os (del (del /iagrama de 3omento lector).
Palabras claves: 3etrado de cargas y an!lisis de las fuerzas internas.
%
ÍNDICE I.
INTRODUCCIÓN
4.$.
II.
bjetivos 4.$.$. 5enerales Esec2cos MARCO TEORICO 6 44.$. 7#rticos 6 44.%. Elementos estructurales 6 44.%.$. 0olumnas 8 44.%.$.$. 9reas tributarias 8 44.%.%. :igas 8 44.%.%.$. :igas longitudinales ; 44.%.'. *osas ; 44.%.. :oladizos ; 44.'. 0argas & 44.'.$. 0argas muertas & 44.'.%. 0argas vivas & 44.'.'. 0arga ultima & 44..
'
44..$. Ecuaciones de equilibrio = 44..%. /iagrama de fuerza cortante = 44..'. /iagrama de momento ector $ III.
IV.
V. VI. VII. VIII.
I.
METRADOS DE CARGAS
$$ 444.$. 3etrado de cargas $$ RESULTADOS $; IV.1. 0!lculos y gr!cos a mano alzada $; 4:.%. 0!lculos y gr!cos mediante el soft+are -* $= ANÁLISIS %% CONCLUSIONES %% REERENCIAS !I!LIOGRÁICAS %' ANE"OS %
INTRODUCCIÓN
Nuestro a2s se encuentra ubicado en una zona de alta actividad s2smica, debido a este roblema es imortante que los ingenieros civiles tengan una adecuada caacidad ara realizar un an!lisis y dise1o s2smo>resistente. "simismo todo ingeniero que se dedique al c!lculo, dise1o y?o construcci#n debe conocer la teor2a que sustenta el an!lisis estructural y los reglamentos que norman los dise1os. Es
or ello, que se realiza el resente trabajo, eserando que sea una gu2a @til ara todos los que busquen orientaci#n en este camo. I.1.
Ob#e$%v&s
I.1.1. Ge'erales
Realizar el an!lisis de las fuerzas internas en las vigas y columnas del eje " del rimer iso de la edicaci#n. I.1.(. Es)ec*+c&s Realizar el metrado de cargas de la secci#n trabajada de acuerdo al Reglamento Nacional de Edicaciones (R.N.E) Realizar y analizar los /iagramas de uerza 0ortante y 3omento lector, de forma manual y mediante un soft+are. Arindar toda la teor2a necesaria ara realizar un correcto metrado.
II.
MARCO TEORICO II.1. P,r$%c&s:
Bistema estructural constituido or vigas y columnas. Es decir, soorte formado or elementos lineales
6
(columnas), que denen un lan virtual. Cno de los elementos, el suerior (vigas) est! sometido a eDi#n. II.(. Ele-e'$&s es$rc$rales: Es un ensamblaje de miembros o
elementos indeendientes ara conformar un cuero @nico y cuyo objetivo es darle soluci#n (cargas y forma) a un roblema civil determinado. *a manera de ensamblaje y el tio de miembro ensamblado denen el comortamiento nal de la estructura y constituyen diferentes sistemas estructurales. En algunos casos los elementos no se distinguen como individuales sino que la estructura constituye en s2 un sistema continuo como es el caso de domos, losas continuas o macizas y muros, y se analizan siguiendo los concetos y rinciios b!sicos de la mec!nica. El sistema estructural constituye el soorte b!sico, el armaz#n o esqueleto de la estructura total y l transmite las fuerzas actuantes a sus aoyos de tal manera que se garantice seguridad, funcionalidad y econom2a. En una estructura se combinan y se juega con tres asectosF R3"
3"-ER4"*EB G /43ENB4NEB /E E*E3EN-B
0"R5"B
*os cuales determinan la funcionalidad, econom2a y esttica de la soluci#n rouesta. Estos sonF 0ercHas
"rmaduras lanas y esaciales
3arcos o #rticos lanos y esaciales
Bistemas combinados o duales
Bistemas de muros
Bistemas de iso
Bistemas continuos
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II.(.1.
C&l-'as:
Bon elementos de aoyo aislados, generalmente verticales con medida de altura muy suerior a las transversales. Elemento estructural vertical de soorte con secci#n circular o rectangular, recibe la carga seg@n la direcci#n de sus ejes longitudinales, cuya solicitaci#n rincial es la comresi#n. En edicios de uno o m!s isos con losas de concreto, las alturas de las columnas se consideraranF En la rimera lanta, la distancias entre las caras
sueriores de las zaatas y la cara suerior del entreiso (tecHo) En lantas altas, las distancias entre las caras
sueriores de los entreisos En lanta baja las distancias entre la cara suerior de
la zaata y la cara suerior de la viga. En niveles sueriores, la altura ser! la distancia entre
la cara suerior de la viga del ie de la columna y la cara suerior de la cabeza de la columna. II.(.1.1. Áreas $r%b$ar%as: Es el !rea cargada de una estructura articular que contribuye en forma directa a la carga alicada a un miembro articular de la estructura. 0onviene denirla como el !rea limitada or l2neas trazadas a la mitad de la distancia a la viga o la columna r#Dima. En la gura se muestran las !reas tributarias de varias columnas.
II.2.2. V%/as: Es un elemento que tiene dos de sus dimensiones
mucHo menores que la otra y recibe cargas en el sentido erendicular a la dimensi#n mayor. Estas caracter2sticas geomtricas y de carga Hacen que el elemento ;
rincialmente est sometido a esfuerzos internos de eDi#n y de cortante. Es un elemento que debe tener la suciente 4 (inercia transversal) y " (!rea transversal) ara soortar estos tios de esfuerzos. Recordemos que los esfuerzos de eDi#n deenden directamente de la inercia de
la secci#n (
!rea (
) y los de cortante indirectamente del
donde I, es el rimer momento del !rea).
II.(.(.1. V%/as l&'/%$0%'ales: Bon elementos Horizontales o
inclinados, de medida longitudinal muy suerior a las transversales, cuyas solicitaci#n rincial es la eDi#n. 0uando las vigas se aoyan sobre las columnas, su longitud estar! comrendida entre las caras de la columnaJ en caso de vigas aoyadas sobre muros, la longitud deber! comrender del aoyo de vigas. En el encuentro de losas con vigas, se considerara que la longitud de cada losa termina en el lano lateral o costado de la viga, or consiguiente la altura o eralte de la viga incluir! el esesor de la arte emotrada de la losa. El ancHo de la viga se arec2a en la arte que queda de la losa II.(..
L&sas:
Estructura monol2tica de dimensiones reonderantes en las direcciones longitudinales y transversales armada en una sola direcci#n. "dem!s se reere a estructuras de concreto armado utilizados como entreisos o tecHo de una edicaci#n, como norma general ara el calcuo de concreto de losas adotara el siguiente criterioF Bi la losa incluyen en el muro se incluir! la arte emotrada o aoyada en el muro.
&
El encuentro de losas con vigas se considera que cada
losa termina en el lano lateral o costado de la viga II.(.2.
V&la0%3&s: es un elemento estructural rígido, como una viga, que
está apoyado solo por un lado a un elemento (usualmente vertical), del que
sobresale.
También
se
pueden
construir
voladizos
con celosías o forjados. uando se somete a una carga, el voladizo la transmite al apoyo al que está sujeto mediante un momento y una tensi!n cortante
II.. Car/as
II..1. Car/as -er$as: Bon cargas ermanentes y que no son debidas al uso de la estructura. En esta categor2a se ueden clasicar las cargas corresondientes al eso roio y al eso de los materiales que soorta la estructura tales como acabados, divisiones, facHadas, tecHos, etc. /entro de las cargas muertas tambin se ueden clasicar aquellos equios ermanentes en la estructura. En general las cargas muertas se ueden determinar con cierto grado de eDactitud conociendo la densidad de los materiales.
0onsultar la densidad de los rinciales materiales de construcci#nF acero, Hormig#n, madera, vidrio, mamoster2a de ladrillo Hueco, mamoster2a de ladrillo macizo, mortero, tierra, l!sticoJ como tambin las cargas m2nimas de dise1o en edicaciones ara articiones y divisiones y acabados II..(. Car/as v%vas: 0orresonden a cargas gravitacionales debidas a la ocuaci#n normal de la estructura y que no son ermanentes en ella. /ebido a la caracter2stica de movilidad y no ermanencia de esta carga el grado de incertidumbre en su determinaci#n es mayor. *a determinaci#n de la osible carga de dise1o de una edicaci#n Ha sido objeto de estudio durante mucHos a1os y gracias a esto, or medio de estad2sticas, se cuenta en la actualidad con una buena aroDimaci#n de las cargas vivas de dise1o seg@n el uso de la estructura. *as cargas vivas no incluyen las cargas ambientales como sismo o viento.
7ara efectos de dise1o es el calculista quien debe resonder or la seguridad de la estructura en su vida @til, ara esto cuenta con las ayudas de las normas y c#digos de dise1o donde se esecican las cargas vivas m2nimas a considerar.
=
II...
Car/a l$%-a: Es la caacidad de carga admisible total
(q. adm.)en un elemento estructural, es la que se obtiene al alicar un factor de seguridad (B). Wu=( 1.4∗WD ) +( 1.7∗WL )
II.2. 4erra-%e'$as )ara el a'5l%s%s 0e las 6er3as %'$er'as II.2.1.
Ecac%&'es 0e e7%l%br%&: Normalmente eDisten dos
clases de equilibrio, equilibrio est!tico y equilibrio din!mico. 0uando las cargas est!n alicadas sobre una estructura en forma cuasi lineal (artiendo desde cero y alcanzado su valor nal gradualmente), la estructura se deformara bajo estas cargas y quedara en reoso en su forma nal. /esde este instante la estructura no sufre cambios en su osici#n ni en su forma deformada. 7or el contrario, si las cargas se alican s@bitamente, la estructura alcanzara diferentes deformaciones en diferentes instantes.
Bi cualquier art2cula o orci#n de la estructura est! en equilibrio en cualquier instante bajo la acci#n de cargas eDternas, fuerzas gravitacionales, fuerzas el!sticas y fuerzas inerciales que act@an sobre ella, entonces se dice que eDiste el llamado equilibrio din!mico de la estructura el cual no es tratado.
∑ M = 0
∑ Fh= 0 ∑ Fv =0
II.2.(.
D%a/ra-a 0e 6er3a c&r$a'$e: 7ara una viga en
voladizo, la fuerza cortante m!Dima absoluta ocurrir! en un unto localizado justamente al lado del emotramiento. *a $
fuerza cortante m!Dima se encuentra or el mtodo de las secciones, con las cargas situadas cerca del soorte, la rimera situada justamente al lado de la secci#n, como se muestra en la gura.
En vigas simlemente aoyadas, la fuerza cortante m!Dima absoluta ocurrir! justamente al lado de uno de los soortes. En este caso las cargas se sit@an de manera que la rimera en secuencia se coloque cerca del soorte. II.2..
D%a/ra-a 0e -&-e'$& 8ec$&r: El momento
m!Dimo absoluto ara una viga en voladizo ocurre en el mismo unto en que ocurre la fuerza cortante m!Dima absoluta, aunque en este caso, las cargas concentradas deben situarse en el eDtremo alejado de la viga, como en la gura.
$$
7ara una viga simlemente aoyada, las osiciones cr2ticas de las cargas y el momento m!Dimo absoluto asociado, no ueden en general, determinarse or simle insecci#n. Bin embargo se uede determinar anal2ticamente estas osiciones. 7ara nes de an!lisis, se considerar! una viga simlemente aoyada, sometida a la acci#n de fuerzas $, % y ', que se muestran en la gura. 0omo el diagrama de momentos ara una serie de fuerzas concentradas consiste en segmentos de l2neas rectas con untos m!Dimos en cada fuerza, entonces el momento m!Dimo absoluto ocurrir! bajo alguna de estas fuerzas. Buongamos que este momento m!Dimo ocurre bajo la carga %. *a osici#n de las cargas $, % y ' sobre la viga estar! claramente esecicada or la distancia D, medida desde % al centro del claro de la viga.
III.
METRADO DE CARGAS III.1. Me$ra0& 0e car/as
7ara una edicaci#n aorticada de concreto armado de cinco isos, destinada ara aulas de centro educativo, cuyos lanos
%$ de lanta y vistas en '/ se muestran en las siguientes im!genes. :4B-" EN '/ /E* E/440
:4B-" /E 7ER4*
$'
7*"N /E 7*"N-"
0*04KN /E ELEB $
:4B-" EN '/ /E *" BE004KN " -R"A"L"R
"0-"/ /E *" BE004KN " -R"A"L"R $6
"0-"/ /E 0*C3N"B, :45"B G *B"B
BE004KN /E *B" " 3E-R"R $8
BE004KN /E :*"/4M " 3E-R"R
0"R"0-ER4B-40"B /E *" EB-RC0-CR" G 3E-R"/
$;
IV.
RESULTADOS IV.1. C5lcl&s 9 /r5+c&s a -a'& al3a0a
B4N 0NB4/ER"RF $&
-io de material
7roiedades de la secci#n transversal de la columna y viga
3#dulo de elasticidad del concreto.
$=
%
IV.(. C5lcl&s 9 /r5+c&s -e0%a'$e el s&6$are TOOL
0NB4/ER"N/F -io de material
7roiedades de la secci#n transversal (momento de inercia
y !rea) 3#dulo de elasticidad ara el concreto fcO%Pg?cm%
7R-40
%$
/4"5R"3" /E CERM" "Q4"*
/4"5R"3" /E *" CERM" 0R-"N-E
%%
/4"5R"3" /E* 33EN- *E0-R
%'
/ER3"/"
V.
ANÁLISIS •
/urante el metrado se debe tener mucHo cuidado y ara realizarlo correctamente se debe considerar las !reas tributarias tanto ara la columnas como ara las vigas.
•
7or medio del c!lculo manual no se udo realizar un an!lisis tan reciso, uesto que los diagramas fueron obtenidas sin considerar el tio de material, roiedades de la secci#n transversal, m#dulo de elasticidad, etc. " diferencia de los c!lculos realizados mediante el soft+are -* el cual al considerar todos los detalles antes mencionado, nos brinda diagramas m!s eDactas las cuales si nos sirven ara tener una idea m!s clara del comortamiento que tendr! nuestra estructura .
VI.
CONCLUSIONES
%
"l analizar las estructuras mediante el -* se uedo areciar que las vigas tendr!n un momento m2nimo en los eDtremos y las columnas en su eDtremo suerior. "l observar el diagrama de la deformada del #rtico de uede observar que la columna de mayor secci#n transversal se andeara en menos grado que la de menor secci#n. "ntes de realizar el metrado de cargas se debe acotar y colocas los ejes correctamente. "dem!s se debe metrar teniendo en cuenta las !reas tributarias. El /iagrama de 3omento lector obtenido mediante el -* es mucHo mas reciso que la realizada manualmente. Es muy imortante contar con buena teor2a ara realizar un adecuado metrado y an!lisis de fuerzas internas.
VII. •
REERENCIAS !I!LIOGRÁICAS
0"ARER", Elmer. /ise1o estructural en concreto armado de un edicio de nueve isos en la ciudad de 7iura. Cniversidad de 7iuraF acultad de 4ngenieria 0ivil, %' Recuerado deF HttF??es.slidesHare.net?americoari=?%%8$;'%%> metradodecargas
•
3etrados de cargas. Cniversidad "ndina del 0usco. acultad de 4ngenieria 0ivil Recuerado deF HttF??es.slidesHare.net?felimonicHasloayza?6%6866> metradodecargas
•
RE5*"3EN- N"04N"* /E E/440"04NEB. -2tulo 444, Norma (E.%) 0argas.
%6
•
"n!lisis estructural de una edicaci#n de tres niveles. Cniversidad Nacional de "ltilano. 0arrera rofesional de 4ngenieria 0ivil. "nalisis E structural 4 Recuerado deF HttsF??es.scribd.com?doc?8=$==;8?"nal>Estrc> metrado>de>0arga
•
3etrados de cargas Recuerado deF HttF??es.slidesHare.net?freddyramirooresvega?metrados>de>carga
•
3etrados de cargas de una edicaci#n Recuerado deF HttF??es.slidesHare.net?evertHauroH?metrado>de> cargas>de>una>edicacion>carga;>muerta>y>viva>segun>rne>eru
•
7ara concetos y?o denicionesF HttF??+++.cuevadelcivil.com
•
5losario trminos ingenier2a 0ivil. Recuerado deF HttsF??+++.academia.edu?;;===;?5*B"R4/E-ER34NB4ngeni erS0'S"/acivil
VIII.
ANE"OS CARGAS VIVAS MINIMAS DE ACUERDO AL R.N.E
%8
OTRAS VISTAS DE LA EDIICACIÓN
%;
ÁREAS DE LA SECCIÓN TRA!A;ADA
%&
%=
