Estructuración - Predimensionamiento - Metrado de Cargas

“ESTRUCTURACIÓN,

PREDIMENSIONAMIENTO Y METRADO DE CARGAS” INGENIERÍA SÍSMICA

ALUMNO: MEDINA VILLANUEVA, JEISON THAILOR DOCENTE: RODRIGUEZ PLASENCIA, RICARDO CICLO: 2016 – 0

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

ESTRUCTURACIÓN – PREDIME PREDI MENSIONAM NSIONAMIENTO IENTO METRADO DE CARGAS – METRADO


ESTRUCTURACIÓN – PREDIMENSIONAMIENTO – METRADO DE CARGAS

El presente informe de investigación se refiere a los temas “Criterios de Estructuración y Predimensionamiento de los diferentes Elementos Estructurales” y “Idealización y Metrado de Cargas para cada Elemento Estructural” ambos dirigidos a Sistemas Aporticados.

El objetivo principal es tener conocimiento acerca de cada criterio de la estructuración y predimensionamiento de cada elemento estructural, así como el respectivo metrado de cargas e idealización que pueden tener. La problemática ante estos temas, es debido que existe mucha información en libros y en la Red, que muchas veces son difíciles de entender; por lo que este informe busca mostrar de manera sencilla y precisa los requerimientos y formulas a usar en cada parámetro antes mencionado; basándose en la experiencia de trabajos hechos por ingenieros y por los criterios de la Norma Técnica de Edificaciones. En el Capítulo I se muestra los Criterios de Estructuración que se deben tomar en cuenta para brindar a la estructura de una adecuada estabilidad, rigidez, ductilidad y resistencia sísmica. En el Capítulo II se da a conocer las fórmulas, en base a la NTC E060 y trabajos de ingenieros, para poder Predimensionar cada Elemento Estructural que conforma un Sistema Aporticado. En el Capítulo III se muestra la idealización de las cargas y su respectivo metrado de carga de cada elemento estructural.


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Investigar sobre los criterios de estructuración, predimensionamiento y metrado de cargas de cada elemento estructural de un sistema aporticado.

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Definir cada criterio de estructuración para tener una adecuada configuración estructural.

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Establecer las fórmulas o criterios para el predimensionamiento de los elementos estructurales.

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Obtener la idealización y el metrado de cargas de cada elemento estructural de un sistema aporticado.





La estructuración consiste en la toma de decisiones para determinar las características y ubicación de los elementos estructurales de una edificación, de manera que la estructura pueda tener un buen comportamiento durante su vida útil; es decir ante las solicitaciones transmitidas por cargas permanentes y eventuales, y éstas cargas se puedan transmitir al suelo de cimentación.

Para lograr una adecuada estructuración sismo – resistente, se debe establecer ciertos criterios: 

Simplicidad y Simetría: - Las estructuras simples han demostrado a través de los años que tienen un mejor comportamiento ante un sismo, y su idealización es más fácil de realizar.



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La simetría en una estructura permite reducir los efectos torsionales dentro de la edificación; debido que favorece la coincidencia entre el centro de masas y el centro de rigidez.

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La resistencia sísmica adecuada garantiza la estabilidad de la estructura como un todo, como de cada de sus elementos; favoreciendo la capacidad para soportan cargas sin llegar a colapsar.

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Cortante en el Entrepiso

Se prod uce por i nsuficiente res istencia a la carga lateral de l os elementos verticales de soporte.

Fallas en Vigas

- Grie tas Diagonales (Cortante) - Rotu ra de Estribos (Cortante) - Grie tas Verticales (Flexión) - Apl a stamiento del Concreto (Flexión)

Fallas en Columnas

- Grie tas Diagonales (Cortante) - Grie tas Verticales (Compresión) - De s prendimiento de Concreto (Compresión) - Apl a stamiento del Concreto y Pan de o de las Barras del Re fuerzo (Flexocompresión)



“ Como sabemos las solicitaciones sísmicas son eventuales, por lo que las fuerzas sísmicas se establecen para valores intermedios a estas solicitaciones, por lo qu e el saldo restante de estas solicitaciones debería ser suplido otorgando a la estructura una adecuada ductilidad”

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La ductilidad debe permitir que la estructura pueda ingresar en una etapa plástica o de deformación, sin llegar a fallar o a colapsar. Columnas Colapsadas en Edificios Aporticados

- Cuando las vigas son más resistentes que las columnas, lo cual genera rótulas plásticas en las columnas antes que en las vigas, originando mecanismos de falla.

Generación de Rótulas Plásticas

- Se generan cuando uno de los elementos estructurales (viga o columna) son más resistentes uno del otro. Ej.: Rótula Plástica en Viga

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La hiperestaticidad debe ser garantizada dentro de una estructura, debido que le otorga una mayor capacidad resistente. Esta capacidad favorece la disipación de la energía sísmica, debido a la presencia de las rótulas plásticas; y otorga un mayor grado de seguridad.

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El monolitismo permite que la estructura se comporte como un solo cuerpo con gran estabilidad frente a todo tipo de solicitaciones.



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La estructura debe tener continuidad en sus elementos tanto en planta como en elevación, y que estos elementos no cambien su rigidez de un nivel a otro de forma brusca, para evitar la concentración de esfuerzos.

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La estructuración por rigidez lateral consiste en dotar a la estructura de elementos estructurales verticales; los cuáles van a absorber las fuerzas horizontales, de manera que no se puedan generan deformaciones importantes.

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“ Actualmente se incluye muros de cortes en edificaciones aporticadas a fin de obtener una combinación d e elementos rígidos y flexibles”





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Se suele tomar la hipótesis que existe una losa rígida en su plano, para poder idealizar como una unidad, donde las fuerzas horizontales se puedan distribuir de acuerdo a la rigidez lateral de los elementos verticales; manteniendo la misma deformación en un mismo nivel. Por lo cual se debe evitar grandes aberturas, reducciones en planta, formas alargadas en planta o en forma de H, L o T. La distribución de las fuerzas se hace con el objetivo de incrementar la ductilidad y resistencia al corte; por lo que es recomendable el uso de losas macizas o aligeradas armadas en 2 direcciones.

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Los elementos no estructurales proporcionan 2 tipos de efectos en las estructuras: Positivo: Colaboran a un mayor amortiguamiento sísmico. Ej.: durante un sismo, el agrietamiento de los tabiques ayudan a disipar la energía sísmica, aliviando el efecto en los elementos resistentes. Negativo: Muchas veces toman esfuerzos no previstos en los cálculos, lo cual distorsiona la distribución de los esfuerzos. Por eso debe tomar en cuenta, que si la estructura está conformada por: -

Básicamente por pórticos y una abundante tabiquería; la rigidez de la tabiquería no puede despreciarse porque su rigidez será considerable. Placas y pórticos, es probable que la rigidez de los tabiques sea pequeña y puede ser despreciable en los cálculos.



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El suelo donde se encuentre la edificación debe ser compatible con tipo de cimentación empleado, para generar una acción integral de la sub estructura en un sismo. Teniendo en cuenta el giro de la cimentación, la posibilidad de movimientos diferenciales, licuefacción de suelos y de la transmisión del cortante basal de la estructura al suelo.



Consiste en asumir dimensiones tentativas o definitivas para todos los elementos estructurales, de acuerdo a la experiencia de muchos ingenieros y a lo estipulado en la Norma Técnica de Edificaciones E-060 de Concreto Armado. Estas dimensiones pueden ser definitivas o no dependiendo del resultado del análisis estructural, para luego poder diseñarlas.

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El peralte de las losas aligeradas “h” es la suma de la altura de los ladrillos y de una losa superior de 5 cm. Por esta razón, los espesores de las losas aligeradas son:

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A su vez en el acápite 10.4.1.1 de la NTC E-060 (2006), nos dice: aligeradas continuas conformadas por viguetas de 10 cm de ancho, bloques de ladrillo de 30 c m de ancho y losa superior de 5 cm, con sobrecargas menores a 300 k g/m2 y luces menores de 7,5 m, podrá dejar de verificarse las deflexiones cuando se cumpla que: “En losas

h ≥ l / 25”

, por la cual se puede establecer lo siguiente: Luces de Losa (m)

L < 4.00 4.00 < L < 5.50 5.00 < L < 6.50 6.00 < L < 7.50

Espesor de Losa (h) (m) 0.17 0.20 0.25 0.30



En base a la experiencia de los ingenieros, podemos afirmar que se usan losas aligeradas armadas en 2 direcciones cuando estas tienen una forman regularmente de forma cuadrada y luces mayores de 6 metros y menores de 8 metros, porque resultan más económicas. Para hallar su peralte, se establece lo siguiente: h = ln/40

; si ln 1 = ln 2

h = perímetro/180

; si ln 1 ≠ ln2

donde ln1 y ln2 son los lados de la losa

Son losas que no tienen, en una dirección, bordes formados por vigas o muros; es decir, tienen solo 2 bordes apoyados en una dirección se tendrá un trabajo como losa en esa dirección. - En el acápite 10.4.1.2 de la NTC E-060 (2006), nos dice: “En

losas macizas continuas con sobrecargas menores a 300 kg/m2 y luces menores de 7,5 m, podrá dejar de verificarse las deflexiones cuando se cumpla que: h ≥ l / 30”

Es cuando la losa tiene sus cuatro bordes formados por vigas, por la cual requiere de peraltes reducidos. Por la cual se puede hallar el peralte con las siguientes expresiones: h = ln/40 o h = perímetro/180 por lo que se puede obtener: Luces de Losa (m)

L < 4.00 L < 5.50 L < 6.50 L < 7.50

Espesor de Losa (h) (m) 0.12 o 0.13 0.15 0.20 0.25



Por lo general, se predimensionan usando las siguientes definiciones: - Peralte: h = l/10 o h = l/12 ; para efectos de sismo -

Ancho: b = 0.3h o 0.5 h

; considerando que no debe ser menor a 25cm 25*30 , 30*50 25*60 , 30*60 , 40*60 25*70 , 30*70, 40*70 , 50*70 30*75 , 40*75 , 30*80 , 40*80 30*85 , 30*90 , 40*85 , 40*90

L ≤ 5.50 L ≤ 6.50 L ≤ 7.50 L ≤ 8.50 L ≤ 9.50

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Para sistemas íntegramente aporticados, se estiman áreas de columnas entre 1000 y 2000 cm2 , considerando vigas con luces menores a 7 metros. Por la cual se puede estimar columnas de 35*35 , 40*40 , 25*50 , 30*40 , 30*50 , 30*60, o circulares de 40 ó 50 cm de diámetro; escogiendo según las dimensiones cuadradas o rectangulares de los paños.

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Para edificios que tengas muros de corte en ambas direcciones, se puede usar la siguiente expresión: - Columnas Internas o Centrales:

Á   =

() 0.45 ∗ ′

- Columnas Exteriores y Esquineras:

Á   =

() 0.35 ∗ ′


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Para idealizar una carga o para definir la condición de distribución de las cargas sobre una estructura, se ven condicionadas por el jui cio y experiencia de los ingenieros; muy a pesar de que existen códigos o normas predefinidas que e stablecen distribuciones mínimas. Por la cual las cargas son modeladas como: Cargas Puntuales Concentradas: Puede representarla acción de otro componente estructural que entra en contacto con un e lemento. Cargas Lineales: Son cargas expresadas en fuerza por unidad de longitud. Cargas superficialmente distribuidas: Se dan en 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.

Son cargas que se aplican lentamente en la estructura hasta alcanzar su máximo esfuerzo, coincidiendo con la deformación máxima de la estructura. Se clasifican en: - Cargas Muertas o Permanentes: Son las cargas de magnitud constante que actúan en la vida útil de la estructura, incluyendo el peso propio de la estructura y el peso de los elementos añadidos a la estructura. Su evaluación es sencilla, puesto que consiste en la multiplicación de los volúmenes de cada elemento por los pesos volumétricos de los materiales que están constituidos.


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Cargas Vivas o Sobrecargas: Son cargas debidas a los elementos que no tienen una posición fija y definitiva dentro de la estructura. Sus magnitudes dependen del uso al cual se destinen esos ambientes.

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Son cargas que su magnitud y dirección, y las deformaciones y esfuerzos, varían con el tiempo. Pueden ser: - Viento - Sismo - Cargas Impulsivas - Vibraciones Causadas por Maquinarias

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Es el área cargada de una estructura, que contribuye en forma directa a la carga aplicada a un miembro particular de la estructura. 

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

En elementos que trabajan en una dirección, el área está limitado por los centros de claros entre los elementos. En columnas, el área tributaria está limitada por las líneas medias de los tableros adyacentes. El área tributaria de dos eleme ntos portantes se separa por las bisectrices de los ángulos que estos forman.


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Es un proceso mediante el cual se estiman las cargas actuantes sobre los distintos elementos estructurales. El metrado de cargas es un proceso simplificado, ya que por lo general se desprecian los efectos hiperestáticos producidos por los momentos flectores, a excepción sean estos muy importantes.

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Se realiza teniendo en cuenta la dirección del aligerado, tomando como ancho tributario de 0.40 m que es el ancho de una vigueta típica.

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Se deben considerar las cargas transmitidas por las losas, además del peso propio, tabiques y otros elementos apoyados sobre ellas. Utilizamos el método del área tributaria Cuando la viga es paralela al armado del aligerado asumiremos que el ancho tributario que carga la viga es de 4 veces el espesor de la losa.

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Tendremos en cuenta las siguientes consideraciones en relación al metrado de cargas de las columnas: -

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Para metrar la carga debida al peso propio de la losa, los acabados y la sobrecarga, determinaremos el área tributaria contribuyente de cada columna. Cuando se trata de una losa aligerada, esta área es por lo general la cuarta parte del paño. Las vigas contribuyen con su peso propio además de los parapetos y tabiques que se apoyen sobre éstas. Normalmente, se considera que la viga contribuye en una longitud tributaria igual a la mitad de su luz libre.




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Se pide realizar el Predimensionamiento de cada Elemento Estructural del Sistema Aporticado. DATOS: 

Uso:

Oficinas

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Ubicación:

Barranco – Lima

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Altura piso – techo:

(1°) 3.00 m y (2° y 3°) 2.80 m

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Número de Pisos:

3

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Límite de Fluencia del Acero (fy):

4 200 kg/cm2



f’c:

210 kg/cm2





SOLUCIÓN

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Se puede observar en el plano en planta, que presenta cierta simetría en dirección del eje “x” en comparaci ón del eje “y” donde se ve alterado por



la presencia de los voladizos. Las vigas y columnas estarán unidas formando pórticos en ambas direcciones para darle rigidez lateral a la estructura.



La losa a utilizar en el diseño, será una losa aligerada armada en una dirección, respecto al eje “x”. Ya que resulta má s económica y su uso es el más común dentro de nuestro país.



Las vigas se clasificarán en vigas principales y secundarias. Las principales serán las de mayor luz y que van en dirección del armado de la losa. Las vigas secundarias serán las de menor luz, donde sus dimensiones serán relativamente menores a las principales, y obtener un monolitismo con la losa, por cuestiones arquitectónicas. Las columnas serán uniformes y de preferencias cuadradas y continuas en cada nivel; para evitar fallas por discontinuidad.





Asumiendo columnas de 30*30 cm, podemos obtener las siguientes luces para las losas:

1 – 2 y 3 – 4

4.80

19

2 – 3

5.20

21

Para determinar el peralte “h”, utilizaremos la luz mayor de las cotas del plano en

planta.



C – D

6.50

65

32.5

En la dirección “y”, se pueden considerar como vigas secundarias, por la que su base se puede tomar la mínima (b = 25 cm).

2 – 3

5.50

45.8

25

Para predimensionar las columnas se hace un metrado de cargas para determinar el peso que va a soportar la columna. En este caso predimensionaremos la Columna Central:



Aligerados

350 kg/m2

Acabados

100 kg/m2 2400 kg/m3 2400 kg/m3 2400 kg/m3 500 kg/m2

Viga “x” Viga “y”

Columna Sobrecarga

(2.89*2.40) + (2.89*2.60) + (3.15*2.60) + (3.15*2.40)

3

6.25*5.25 0.35 * 0.70 * 5.81 * 3 0.25 * 0.50 * 5.00 * 3 0.30 * 0.30 * 9.00 (Asumiendo) 6.25 * 5.25 * 25%

Á   =

() 0.45 ∗ ′

Á   =

70 551.28 0.45 ∗ 210

Á   = 746.57  Á   = √ 746.57  = 27.32     ∗  

3

31 710 9 843.75 10 248.84 4 500 1 944 12 304.69


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Se especificó la definición los criterios de estructuración, los cuáles son: simplicidad y simetría, resistencia y ductilidad, hiperestaticidad y monolitismo, uniformidad y continuidad, rigidez lateral, diafragma rígido, elementos no estructurales y sub

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estructura o cimentación. -

Se presentó las fórmulas usadas para el predimensionamiento de cada elemento estructural (tipos de losas, vigas y columnas).

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Se definió la idealización de las cargas que soportan cada elemento estructural. Así como los pasos para el metrado de cargas para cada elemento estructural.

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Se presentó un ejercicio donde se desarrolló la estructuración y predimensionamiento de los elementos estructurales.



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Antonio Blanco Blasco, Estructuración y Diseño de Edificaciones de Concreto Armado, Segunda Edición, 1994.



Reglamento Nacional de Edificaciones, Norma Técnica de Edificación E-060 “Concreto Armado” ,



2006.

Reglamento Nacional de Edificaciones, Norma Técnica de Edificación E-030 “Dis eño Sismorresistente” ,



2006

Ángel San Bartolomé, Construcciones de Albañilería, Tercera Edición, Julio 2001.



http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/1011/OBREGO N_CABRERA_GUSTAVO_EDIFICIO_SOTANO_CINCO_PISOS_SAN_ISIDRO.pdf?sequen ce=1



http://repositorio.upao.edu.pe/bitstream/upaorep/623/1/RUIZ_ALEXANDER_DISE ÑO_ESTRUCTURAL_IEE.p



https://www.youtube.com/watch?v=Fp4xfDdt-yY



http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/970/CANALES_ QUIÑONES_CARLOS_EDIFICIO_SOTANO_12_PISOS.pdf?sequence=1

Estructuración - Predimensionamiento - Metrado de Cargas

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