UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
Formamos seres seres humanos para para una cultura de paz
GUIA DE LABORATORIO Tema: Curso: Estructur Estructuras as y Sistemas Constructiv Constructivos os
Es t u d i an t e:
Có d i g o
Docente:
Grupo rupo:: Ing. Mario Mario Da Daniel niel Mamani Mamani León
Fec h a:
A u l a:
2016-2
Sub Grupo rupo::
Indice 1.
Pres Presen enta taci ción ón
2.
Intr Introd oduc ucci ción ón al SAP 2000
3.
Cime Ciment ntac acio ione ness
4.
Labo Laborrator atorio io de Cimentaciones
5.
Muros de Contención
6.
Labo Laborrator atorio io de Muros
7.
Torsi orsión ón
8.
Vigas de gran Peralte
9.
Labo Laborrator atorio io de Torsión
10. 10. Losa Losa Armada en 2 Direcciones 11. Líne Líneas as de Influencia 12. Labor Laborato atorio rio de Losa Armada en 2 Direcciones y Líneas de Influencia 13. Biblio Bibliogr grafía afía
2
1. PRESENTACION ANTECEDENTES A NTECEDENTES Mediante Oficio circular N° 002-2016-FI-LIC-D del 19 de Setiembre del 2016, el Decano de la Facultad de Ingeniería y el Jefe del Laboratorio de Informática y Cómputo F.I., solicitan en formato digital las guías de laboratorio a la Escuela de Civiles OBJETIVOS El objetivo de la guía es proporcionar las pautas para optimizar el uso uso de los los recu recurs rsos os de multi ultime medi dia a y los los soft softwa ware re de dise diseño ño dispuestos en los laboratorios de la URP, con el fin de aplicar las estrate estrategia gias s de aprendi aprendizaj zaje e y desarrol desarrollar lar las compete competencia ncias s de los estudiantes de ingeniería. AL A L CANCES La presente guía de laboratorio será de cumplimiento obligatorio de los alumnos del curso y del docente de laboratorio, laboratorio, con el apoyo del personal y equipos eq uipos de laboratorio de d e la URP. URP. COMPETENCIAS Se desarrollaran las siguientes competencias: •
Aplicación Aplicación de los conocimientos conocimientos de teoría en ejercicios ejercicios prácticos prácticos de computo.
•
Desa Desarr rrol ollo lo de sus sus habil habilid idad ades es para para apre aprend nder er las las técni técnica cas s de modelamiento de estructuras y su interpretación de resultados
•
Trabajo grupal, dond onde la intera eracció ción de conoc nocimientos y habi habili lida dade des s será serán n prob probad adas as y eval evalua uada das s con con ejer ejerci cici cios os de laboratorio, compitiendo con otros grupos de aula.
3
Estrategias ESTRATEGIAS Se aplicarán las siguientes estrategias: •
Se expond expondrá rá la part parte e teórica teórica,, la aplic aplicaci ación ón de la la normati normativid vidad ad de dise diseño ño con con ejer ejerci cici cios os de labo labora rato tori rio o de comp comput uto, o, dond donde e el anál análiisis sis será será resu resuel elto to con con el uso uso del del sof softwar tware e SAP AP20 2000 00..
•
Se form formar arán án grup grupos os de alum alumno nos s de máxi máximo mo 3 inte integr gran ante tes. s.
•
La evaluación evaluación será resuelta con la asignación a cada grupo de un diseño completo.
•
Los Los grup grupos os comp compet etir irán án entr entre e sí para para alca alcanz nzar ar las las dife difere rent ntes es etapas del diseño: Eta tapa pa
Descr scripc ipción ión
1
Predimensionamiento
2
Modelamiento en SAP2000
3
2.1
Definici Definición ón de Material Materiales es
2.2
Definici Definición ón de Geometrí Geometría a
2.3
Condicio Condiciones nes de Borde Borde
2.4
Definici Definición ón de casos casos de carga carga
2.5
Combinaciones Combinaciones de carga s en Servicio y Resistencia
2.6
Asignac Asignación ión de Cargas Cargas de Suelo Suelo
2.7
Ejecució Ejecución n de Análisis Análisis
2.8
Resultad Resultados os de Fuerzas Fuerzas
2.9
Resultad Resultados os de Deflexio Deflexiones nes Diseño de Armadura
4
2. INTRODUCCION AL SAP2000 El em en t o
Men u Dr aw
Joint Frame/Cable/Tendón
Areas
Links
5
SAP2000 –Elementos Joint
6
SAP2000 –Elementos Link
7
SAP2000 –Elementos Frame
8
SAP2000 –Elementos Area
9
SAP2000 –Elementos Shell - Fuerzas
10
3. CIMENTACIONES Definición y tipos de cimentaciones Se llama cimentación al elemento estructural que transmite las cargas de las columnas y muros al terreno. La resistencia del suelo es menor que la resistencia del concreto, por ello, la cimentación tiene mayor área que su respectiva columna o muro para así reducir los esfuerzos que se transmiten al terreno.
11
Reacción del Suelo
12
Módulo de Reacción del suelo Modulo de Reaccion del Suelo
Datos para SAFE Esf Adm 2
Winkler 3
(Kg/Cm ) (Kg/Cm ) 0.65 0.25 0.78 0.30 0.35 0.91 1.04 0.40 1.17 0.45 1.30 0.50 1.39 0.55 1.48 0.60 1.57 0.65 1.66 0.70 1.75 0.75 0.80 1.84 1.93 0.85 2.02 0.90 2.11 0.95 1.00 2.20 2.29 1.05 2.38 1.10 2.47 1.15 2.56 1.20 1.25 2.65 2.74 1.30 2.83 1.35 2.92 1.40 3.01 1.45 3.10 1.50
Esf Adm 2
Winkler 3
(Kg/Cm ) (Kg/Cm ) 3.19 1.55 3.28 1.60 1.65 3.37 3.46 1.70 3.55 1.75 3.64 1.80 3.73 1.85 3.82 1.90 3.91 1.95 4.00 2.00 4.10 2.05 2.10 4.20 4.30 2.15 4.40 2.20 4.50 2.25 2.30 4.60 4.70 2.35 4.80 2.40 4.90 2.45 5.00 2.50 2.55 5.10 5.20 2.60 5.30 2.65 5.40 2.70 5.50 2.75 5.60 2.80
Esf Adm 2
Winkler 3
(Kg/Cm ) (Kg/Cm ) 5.70 2.85 5.80 2.90 2.95 5.90 6.00 3.00 6.10 3.05 6.20 3.10 6.30 3.15 6.40 3.20 6.50 3.25 6.60 3.30 6.70 3.35 3.40 6.80 6.90 3.45 7.00 3.50 7.10 3.55 3.60 7.20 7.30 3.65 7.40 3.70 7.50 3.75 7.60 3.80 3.85 7.70 7.80 3.90 7.90 3.95 8.00 4.00
Angulo de Fricción entre dos materiales
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Momentos de Flexión
Cortante por Flexión
14
Cortante por Punzonamiento
Resistencia al Aplastamiento
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4. LABORATORIO DE CIMENTACIONES Ejercicio 01 - Zapata Aislada Diseñar la zapata mostrada en la figura. La columna es de 45x45 cm. y está reforzada con varillas #8. La carga que transmite es: PD= 180tn.y PL=120tn. El peso específico del suelo es 1700 kg/m 3 y su carga de trabajo es 2.5 kg/cm 2. Además está sometido a la acción de una sobrecarga de 500 kg/m 2. El concreto de la columna es de f'c=420 kg/cm 2. Para la zapata emplear f'c =210 kg/cm 2 y fy=4200 kg/cm 2
Paso
Descripción
01
Definición de Materiales
02
Definición de Geometría
03
Condiciones de Borde
04
Definición de casos de carga
05
Combinaciones de carga s en Servicio y Resistencia
06
Asignación de Cargas de Suelo
07
Asignación de Cargas de Columna
08
Ejecución de Análisis
09
Resultados de Momentos Flectores
10
Resultados de Deflexiones
11
Diseño de Armadura
16
Definición de Materiales
17
Definición de Geometría
18
Definición de Geometría – Dibujo de Shell
19
Definición de Geometría - División de Shell
20
Definición de Geometría – Dibujo de Solid
21
Condiciones de Borde – Asignación de Spring
22
Condiciones de Borde – Asignación de Joint Spring
23
Definición de casos de carga
24
Definición de Análisis No Lineal
25
Combinación de cargas – Servicio y Resistencia
26
Asignación de Cargas de Suelo
27
Asignación de Cargas de Columna
28
Resultados de Deflexiones
29
Resultados de Reacciones
30
Resultados de Momentos Flectores – M11
31
Resultados de Momentos Flectores – M22
32
Ejercicio 02 – Zapata Combinada Diseñar la zapata combinada que soportará las columnas mostradas en la figura. Las cargas que provienen de las columnas son las siguientes PD(ton)
PL(ton)
Columna 1
20
12
Columna 2
38
18
La columna 1 es de 40x40 cm. y la columna 2, de 50x50 cm. Ambas están reforzadas con varillas #6. El peso específico del suelo es 1800 kg/m 3, su carga de trabajo es 2.0 kg/cm 2 y está sometido a la acción de una sobrecarga de 500 kg/m2. El concreto de la columna es de f 'c =420 kg/cm 2. Emplear f 'c =210 kg/cm2 y fy=4200 kg/cm 2 Paso
Descripción
01
Definición de Materiales
02
Definición de Geometría
03
Condiciones de Borde
04
Definición de casos de carga
05
Combinaciones de cargas en Servicio y Resistencia
06
Asignación de Cargas de Suelo
07
Asignación de Cargas de Columna
08
Ejecución de Análisis
09
Resultados de Momentos Flectores
10
Resultados de Deflexiones
11
Diseño de Armadura
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5. MUROS DE CONTENCION Definición y tipos de cimentaciones Los muros de sostenimiento son estructuras que sirven para Contener terreno u otro material en desnivel. Son usados para estabilizar el material confinado evitando que desarrollen su ángulo de reposo natural. Se les utiliza en cambios abruptos de pendiente, cortes y rellenos en carreteras y ferrocarriles, muros de sótano, alcantarillas, estribos de puentes, etc.
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Muros – Predimensionamiento Geometría Muro Voladizo Muro sin Empuje Pasivo H = Altura del muro en voladizo Hz = Altura de zapata Hs= Altura del suelo medido en borde talón B = Ancho de zapata Lp = Longitud de punta Lt = Longitud de talón tc = Espesor de corona de pantalla t = pendiente vertical cara frontal tb= Espesor de la base de pantalla i= ángulo de inclinación del relleno Muro con Empuje Pasivo D= altura de relleno en la punta D1= Altura de dentellón
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Muros – Fuerzas en Muros Voladizo
LS
Fuerzas en Condi ción Estática DC :Peso del muro de concreto - (Gravitatoria) EH :Empuje horizontal del Suelo - (Lateral) EV :Peso del Suelo sobre talón - (Gravitatoria) LS :Empuje de Sobrecarga VivaLSv:Vertical (Gravitatoria) LSh:Horizontal (Lateral) EP : Empuje pasivo en la punta (Lateral) EP1 : Empuje pasivo del dentellón (Lateral)
t1
º 1
t
LS
H
E H
EV DC D
EP
º
D1 EP1
B
Fuerzas en Condi ción Sísmic a t1
Eae : Empuje sísmico según Mononobe Okabe Kh.EV : Empuje sísmico horizontal del suelo (1-kv).EV : Carga sísmica vertical del suelo Donde: kh=coeficiente de aceleración horizontal kh= A/2 (valor según Elms y Martin) A=coef. de aceleración sísmico kv= coeficiente de aceleración vertical kv=0 (valor si no consideramos sismo vertical)
º
Eae
1
(1-kv).EV
t H
º
kh.EV DC D
EP
D1 EP1
B
36
Muros – Tipos de Muros Convencionales
37
Muros – Teoría de Coulomb
38
Muros – Aplicación de Teoría de Coulomb
Muros – Aplicación de Teoría de Rankine
39
Muros – Teoría de Mononobe Okabe
40
Muros – Teoría de Mononobe Okabe
41
6. LABORATORIO DE MUROS Ejercicio 03 – Muro con Contrafuerte Diseñar el muro con contrafuertes mostrado en la figura. Utilizar f'c=210 kg/cm
2
y
fy=4200 kg/cm 2. El coeficiente de fricción concreto-terreno es 0.52 y el correspondiente a terreno-terreno es 0.78. Considerar que el peso específico del relleno es 1900 kg/m 3
Paso
Descripción
01
Definición de Materiales
02
Definición de Geometría
03
Condiciones de Borde
04
Definición de Joint Pattern
05
Asignación de Joint Pattern
06
Definición de casos de carga
07
Combinaciones de cargas en Servicio y Resistencia
08
Asignación de Cargas de Suelo
09
Ejecución de Análisis
10
Resultados de Momentos Flectores
11
Resultados de Deflexiones
12
Diseño de Armadura
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7. TORSION Definición Los elementos de concreto armado sometidos sólo a torsión son muy escasos. Esta solicitación generalmente actúa en combinación con flexión y corte y se presenta en vigas perimetrales, vigas curvas, vigas cargadas excéntricamente, columnas exteriores en edificios sometidos a cargas laterales, escaleras helicoidales, etc. La torsión se presenta, en la mayoría de los casos, por compatibilidad de deformaciones en las estructuras continuas. En estos casos, la torsión no ocasiona el colapso de la estructura pero si puede generar un agrietamiento excesivo de sus elementos.
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8. VIGAS DE GRAN PERALTE Definición El ACI ha publicado el ACI-455R-99 donde se detalla el método, que se aplica principalmente a las zonas D o en aquellas en que la sección plana no permanece plana después de la deformación. Las secciones B son aquellas en que la sección permanece plana después de la deformación.
El método consiste en considerar dentro de la estructura unos tijerales teóricos donde hay elementos que trabajan a compresión (puntales) y otros que trabajan a tracción
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9. LABORATORIO DE TORSION
Ejercicio o4 – Torsión La viga con 28 pies expuesta en las figuras (a) y (b) sostiene una losa monolítica con un voladizo de 6 pies desde el centro de la viga como aparece en la sección. La viga en L resultante sostiene una carga viva de 900 lblpie a lo largo de la línea central de la viga más 50 libras por pie2 distribuida uniformemente sobre la superficie superior de la losa. La altura efectiva hasta el centroide del acero a flexión es de 21.5 pulgadas y la distancia desde la superficie de la viga hasta el centroide del acero de los estribos es 1 3/4 pulg. Las resistencias de los materiales son fi = 5000 lb/pulg 2 yfy = 60,000 lb/pulg 2. Diseñe el refuerzo a torsión y a cortante de la viga.
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10. LOSA ARMADA EN 2 DIRECCIONES Introducción Las losas armadas en dos direcciones son losas que transmiten las cargas aplicadas a través de flexión en dos sentidos. Este comportamiento se observa en losas en las cuales la relación entre su mayor y menor dimensión es menor que dos.
Tipos de Losas Armadas en 2 Direcciones
46
Principios Generales Según ACI 318 En la figura se muestra el diagrama de cuerpo libre de un elemento diferencial de una losa cargada verticalmente. Como se aprecia, en las caras laterales existen fuerzas de corte horizontales y verticales, fuerza axial, momento flector alrededor del eje paralelo a la cara y momento torsor. Por equilibrio, se puede plantear seis ecuaciones, las cuales no son suficientes para determinar las fuerzas internas. Para establecer ecuaciones adicionales que permitan conocerlas es necesario recurrir a las condiciones de borde. Combinando estas relaciones con las derivadas del equilibrio del elemento diferencial es posible elaborar un sistema consistente de ecuaciones que permiten determinar las fuerzas internas de dicho elemento
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11. LINEAS DE INFLUENCIA Definición Es una función que representa el efecto de una carga unitaria que se desplaza a lo largo de un sistema estructural unidimensional o bidimensional
Efecto total
= P1.y1(x)+P2.y2(x)+P3.y3(x) , x define la posición de la carga
Principio de Müller Breslau La línea de influencia de la reacción en un apoyo de una estructura elástica lineal es igual a la deformación, cambiada de signo, de los puntos de aplicación de la carga móvil, cuando se impone un desplazamiento unitario en la dirección de la reacción. Si en una estructura isostática se elimina la fuerza cuya línea de influencia se desea hallar, la estructura se convierte en un mecanismo, con lo cual puede tener movimientos de cuerpo rígido, que se producen sin acumulación de energía elástica
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12. LABORATORIO DE LOSAS ARMADAS EN 2 DIRECCIONES Y LINEAS DE INFLUENCIA
Ejercicio o5 – Losa Armada en 2 Direcciones Diseño de una losa en dos direcciones y con vigas de borde. Un sistema de piso armado en dos direcciones para un edificio de concreto reforzado está compuesto por paneles de losa con dimensiones 20 x 25 pies en planta, apoyados en vigas de poca altura en los ejes de columnas y vaciadas monolíticamente con la losa, como se muestra en la figura. Utilizando concreto con
f ,'
= 4000 lb/pulg2 y acero
con4 = 60,000 lb/pulg2, diseñe un panel exterior típico para soportar una carga viva de servicio de 125 lb/pulg2 además del peso propio del piso.
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Ejercicio o6 – Líneas de Influencia Usando el Software SAP 2000, determinar lo siguiente: • Línea de Influencia de Reacción en A • Línea de Influencia de Reacción en B • Línea de Influencia de Cortante en B cara izquierda • Línea de Influencia de Cortante en B cara derecha • Línea de Influencia de Cortante entre B y C • Línea de Influencia de Momento Flector en B • Línea de Influencia de Momento Flector entre B y C
50
