ANALISIS ESTRUCTURAL I ESTRUCTURACIÓN Y PREDIMENSIONAMIENTO ING. HECTOR AROQUIPA VELASQUEZ PUNO, NOVIEMBRE 2012
LA INGENIERÍA INGENIERÍA ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL •
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Ingeniería estructural es la aplicación de los conocimientos de la Mecánica, ciencia que estudia las fuerzas y sus efectos, al arte de diseñar estructuras. En el análisis estructural conjugamos conjugamos conocimientos de ciencias básicas aplicadas al arte de la ingeniería para encontrar fuerzas y deformaciones en una estructura.
LA INGENIERÍA INGENIERÍA ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL •
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Ingeniería estructural es la aplicación de los conocimientos de la Mecánica, ciencia que estudia las fuerzas y sus efectos, al arte de diseñar estructuras. En el análisis estructural conjugamos conjugamos conocimientos de ciencias básicas aplicadas al arte de la ingeniería para encontrar fuerzas y deformaciones en una estructura.
OBJETIVOS DE LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL
Objetivo General
Identificar, estudiar alternativas, seleccionar, analizar y verificar resultados de la solución estructural a un problema ingenieril, teniendo presentes los criterios de funcionalidad, economía y seguridad. seguridad. En el diseño estructural completo se distinguen dos etapas: análisis y diseño.
OBJETIVOS DE LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL Objetivo del Análisis
Determinar fuerzas internas (axiales, cortantes, momentos) y deformaciones de una estructura, sobre la base de: una forma dada de la estructura, del tamaño y propiedades del material usado en los elementos y de las cargas aplicadas. aplicadas.
OBJETIVOS DE LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL Objetivo del Diseño Selección de la forma, de los materiales y detallado (dimensiones, conexiones y refuerzo) de los componentes que conforman el sistema estructural.
Ambas etapas son inseparables, parecería que se empieza por el diseño, ya que es en esta etapa donde se crea y luego se analiza, pero las cosas no terminan ahí, se requiere verificar que las fuerzas encontradas en el análisis, si son soportadas y resistidas con los materiales y dimensiones seleccionadas, por lo tanto volveríamos al diseño, es decir, el proceso es iterativo.
CAPITULO II ESTRUCTURACION Y PREDIMENSIONAMIENTO
1.2. PRE-DIMENSIONAMIENTO GENERALIDADES DESARROLLO DE LA MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROYECTO.
B. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES. •
Estudio del suelo: •
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. = 4 /2 () = 0.29 í ó = 1.20 .
Características y propiedades de los materiales: Concreto: •
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ó = ´ = 210 /2 ó = = 200,000 /2 = 2´000,000 /2 ó = 0.15
Acero de Refuerzo: , 60, ( ) = 4200 /2 = 4.2 /2 ó = = 2´000,000 /2 ó = = 0.0021
Ladrillo.
B. NORMATIVIDAD Y CÓDIGOS DE DISEÑO. USO PARA EL DISEÑO DE CONCRETO ARMADO Y CONCRETO SICLOPEO •
Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) •
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Norma E-020 → Determinación de Cargas (pesos propios, S/C) Norma E-030 → Determinación de Fuerzas Sísmicas Norma E-060 → Diseño sísmico en Concreto Armado Norma E-070 → Diseño en Albañilería Norma E-050 → Aspectos relativos a Suelos y Cimentaciones.
Código – Instituto Americano Del Concreto. (ACI - 318).
B. CARGAS ACTUANTES.
C. ESTRUCTURACIÓN. A.
Consiste en la elección de los elementos estructurales y su distribución en base a los ejes primarios y secundarios (por recepción de carga).
B. La distribución en base
a los ejes es aprovechar la regidez de las mismas.
Elementos estructurales: •
Tipos de Losas •
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Losa macizas Losas nervadas Losas aligeradas
SEGÚN SU SECCIÓN TRANSVERSAL
SEGÚN LAS CONDICIONES DE APOYO
SEGUN LA DIRECCIÓN DEL ARMADO
SEGÚN EL MATERIAL Y MÉTODO CONSTRUCTIVO
Elementos estructurales: •
Tipos de vigas
Elementos estructurales: •
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COLUMNAS
PLACAS – MUROS DE CORTE
1.2. PRE-DIMENSIONAMIENTO A. LOSAS ALIGERADOS El Reglamento Nacional de Construcciones da peraltes mínimos para no verificar deflexiones: “ En losas aligeradas continuas conformadas por viguetas de 10 cm. de ancho, bloques de ladrillo de 30 cm. de ancho y losa superior de 5 cm. con sobrecargas menores a 300 Kg/cm2 y luces menores de 7.5 m. , el peralte debe cumplir (se recomienda la siguiente relación) : ≥ / ≥ /
(1) (2)
Donde: ℎ → → ( ) /18 → material de pésima calidad, mano de obra no calificada y equipos y herramientas convencionales.
/25 → material de buena calidad, mano de obra calificada y equipos y herramientas adecuados.
1.2. PRE-DIMENSIONAMIENTO A. LOSAS ALIGERADOS De las relaciones anteriores, podemos dar los siguientes criterios de dimensiones: PERALTE DE LOSA
LUZ MAS CRITICA (M)
ℎ = 17
<4
ℎ = 20
4 . ≤ 5.5 . <
ℎ = 25
5 . ≤ 6.5 . <
ℎ = 30
6 . ≤ 7.5 . <
1.2. PRE-DIMENSIONAMIENTO B. LOSAS MACIZAS De las relaciones anteriores, podemos dar los siguientes criterios de dimensiones: PERALTE DE LOSA
LUZ MAS CRITICA (M)
ℎ = 12 @ 13
<4
ℎ = 15
L ≤ 5.5 .
ℎ = 20
≤ 6.5 .
ℎ = 25
≤ 7.5 .
1.2. PRE-DIMENSIONAMIENTO C. LOSAS NERVADAS DISPOSICIONES PARA LOSAS NERVADAS – E 60 8.11.1 Las losas nervadas consisten en una combinación monolítica de nervios o viguetas regularmente espaciados y una losa colocada en la parte superior que actúa en una dirección o en dos direcciones ortogonales. •
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Para viguetas de distancias separadas en 70 cm. Se puede considerara el siguiente dimensionamiento. ANCHO DE VIGUETA
PERALTE
LUZ
10 @ 15
35 cm
L < 7.5
10 @ 15
40 cm
L < 8.5
10 @ 15
50 cm
L < 9.5
1.2. PRE-DIMENSIONAMIENTO D. VIGAS - PERALTE. (principales) Al pre dimensionar las vigas, se tiene que considerar la acción de cargas de gravedad y de sismo. Hay criterios prácticos que, de alguna manera, toman en cuenta la acción de combinada de cargas verticales y de sismo, a continuación se muestra alguno de estos criterios. = / = /
(1) (2)
Donde: criterio práctico frente a sismos ℎ → → ( ) /10 → material de pésima calidad, mano de obra no calificada y equipos y herramientas convencionales.
/12 → material de buena calidad, mano de obra calificada y equipos y herramientas adecuados.
1.2. PRE-DIMENSIONAMIENTO E. VIGAS – BASE (principales) = / = / Donde:
(1) (2)
→ ℎ →
F. VIGAS SECUNDARIAS. Se recomienda la siguiente relación: = / = / Donde: → ℎ →
(1) (2)
1.2. PRE-DIMENSIONAMIENTO G. VIGAS De las relaciones anteriores, podemos dar los siguientes criterios de dimensiones (como dimensiones usuales):
PERALTE DE VIGA
Dimensiones (cm)
≤ 5.5
25×50,30×50
≤ 6.5
25×60,30×60;40×60
≤ 7.5
2 5 × 7 0 ; 3 0 × 7 0; 4 0 × 70; 5 0 × 70
≤ 8.5
3 0 × 7 5 ; 4 0 × 7 5; 3 0 × 80; 4 0 × 80
≤ 9.5
3 0 × 8 5 ; 3 0 × 9 0; 4 0 × 8 5; 4 0 × 90
1.2. PRE-DIMENSIONAMIENTO H. COLUMNAS
Se siguió el criterio de dimensionamiento por carga vertical, pues en la edificación se ha usado el sistema mixto de pórticos y muros de corte, el cual permite que los momentos en las columnas debido a sismo se reduzcan muy considerablemente. Para este tipo de edificio se recomiendan los siguientes criterios de pre dimensionamiento: a) Columnas Centrales : Área de columna = b) Columnas Exteriores o Esquineras :
Área de Columna =
( ) . ∗ ´
() .∗´
1.2. PRE-DIMENSIONAMIENTO I. PLACAS. Es difícil poder fijar un dimensionamiento para las placas puesto que, como su principal función es absorber las fuerzas de sismo, mientras más abundantes o importantes sean tomarán un mayor porcentaje del cortante sísmico total, aliviando más a los pórticos. Para pre-dimensionar los muros se puede utilizar un método aproximado, el cual consiste en calcular las fuerzas cortantes en la base con el método establecido en la Norma E.060 e igualarlos a la suma de la resistencia al corte de los muros, dada por: •
= 0.53 ∗ ′ ∗ ∗ .
donde: = = é á ó á í.
1.2. PRE-DIMENSIONAMIENTO J. CISTERNA Y TANQUE ELEVADO La cisterna será construida en concreto armado en su totalidad, con paredes de espesor de 10 @ 20 cm. , y estará ubicada en la parte baja del edificio. El tanque elevado será también de concreto armado en su totalidad y estará ubicado encima de la escalera, las dimensiones serán calculadas de acuerdo a lo estipulado en el Título X del Reglamento Nacional de Construcciones.
1.2. PRE-DIMENSIONAMIENTO K. ESCALERAS La escalera de concreto es una losa dentada e inclinada, que nos permite subir o bajar de un nivel a otro. •
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Una escalera está conformada por tramos, descansos y barandas. Los tramos están formados por escalones; y los escalones, por pasos y contrapasos
1.1. ESTRUCTURACION Y PREDIMENSIONAMIENTO
1.1. ESTRUCTURACION Y PREDIMENSIONAMIENTO
