PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION FACULTAD DE INGENIERIA E.F.P. DE INGENIERIA CIVIL

ANALISIS ESTRUCTURAL DE UNA EDIFICACIÓN - 1° INFORME

ÍNDICE

CAPITULO I.

ASPECTOS GENERALES .............................................................. ............................................................................ .............. 3

1.1.

................................................................................................... ........................................ ....... 3 INTRODUCCIÓN..................................................................

1.2.

......................................................................................... ....................... 4 OBJETIVOS DEL TRABAJO ..................................................................

1.3.

................................................................................................. ................................................ ............. 5 DESCRIPCION ..............................................................

1.4.

............................................................................................... .............................. 5 NORMAS EMPLEADAS.................................................................

1.5.

....................................................................................... ......................... 6 MATERIALES EMPLEADOS ..............................................................

CAPITULO II.

2.1.

DISEÑO ARQUITECTÓNICO .................................................................. .................................................................... 7

............................................................. 7 CONDICIONES GENERALES DEL DISEÑO.............................................................

2.1.1.

............................................................. 7 Dimensiones Mínimas de los Ambientes Am bientes .............................................................

2.1.2.

..................................................................................................... ............................................... ............. 7 Escaleras...................................................................

2.1.3.

......................................................................................... ....................... 8 Instalaciones Sanitarias: ..................................................................

2.2.

.................................................. 9 CONDICIONES GENERALES PARA EL DISEÑO ..................................................

2.2.1.

.................................................................................................... .................................... 9 Cargas de Nieve ..................................................................

2.2.2.

.................................................................................................... .................................... 9 Análisis Estático ..................................................................

2.3.

..................................... 9 PLANOS DE DISTRIBUCION, CORTES Y ELEVACIONES .....................................

CAPITULO III. ESTRUCTURACION .................................................................. .................................................................................. ................ 10

3.1.

................................................................................................. ........................................ ..... 10 GENERALIDADES..............................................................

3.2. CRITERIOS BÁSICOS DE ESTRUCTURACION PARA ESTRUCTURAS .................................................................... ................................................................... .................................................. ................ 11 APORTICADAS ................................... 3.3.

.................................. 12 PROCESO DE ESTRUCTURACION ESTRUCTURACIO N DE LA EDIFICACION EDIFICACIO N..................................

3.4.

........................................................................... ............ 12 PLANOS DE ESTRUCTURACION ...............................................................

3.5.

............................................................................................. ............................ 12 PLANOS DE PORTICOS.................................................................

CAPITULO IV. PRED. DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES ......................................... ......................................... 13

4.1.

................................................................................................... ...................................... ..... 13 FICHA TÉCNICA ..................................................................

4.2.

............................................................................................... ................................... 13 DATOS A ANALIZAR ..............................................................

4.3.

........................................... 13 PREDIMENCIONAMIENTO PREDIMENCIONAMIENTO DE LOSA ALIGERADA ............................................

4.4.

................................................................. 14 PREDIMENCIONAMIENTO DE VIGAS .................................................................

4.5.

...................................................... 14 PREDIMENCIONAMIENTO PREDIMENCIONAMIENTO DE COLUMNAS ......................................................

CAPITULO V.

.......................................................................... ............ 16 METRADO DE CARGAS ..............................................................

5.1.

.................................................................................................. ................................................... ................ 16 ALCANCES...............................................................

5.2.

.................................................................................................. ........................................ ..... 16 TIPOS DE CARGA...............................................................

5.3.

............................................................................................... ............................ 16 NORMAS DE CARGA ...................................................................

CONCRETO ARMADO I

1


5.4.


........................................................................... ............ 17 PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO DE METRADO ...............................................................

CAPITULO VI. ANÁLISIS ESTRUCTURAL ................................................................. ...................................................................... ..... 18

6.1.

................................................... 18 CALCULO DE LOS MOMENTOS ACTUANTES. ...................................................

CAPITULO VII. RESULTADOS FINALES ................................... .................................................................... ...................................... ..... 19

7.1.

....................................................... 19 PREDIMENSIONAMIENTO PREDIMENSIONAMIENT O DE ELEMENTOS .......................................................

7.1.1.

.................................................................................................. ......................................................... ..................... 19 Losa ..............................................................

7.1.2.

.................................................................................................... ............................................. ........... 19 Columna ..................................................................

7.1.3.

.................................................................................................. ......................................................... ..................... 20 Viga ..............................................................

7.2.

.............................................................................................. ............................ 20 CARGAS ACTUANTES ..................................................................

7.2.1.

..................................................................................................... ............................................. ........... 20 EJE 2 – 2: ...................................................................

7.2.2.

.................................................................................................... ............................................. ........... 22 EJE B – B: ..................................................................

7.1.

............................................................................................. ............................ 23 MOMENTOS ULTIMOS .................................................................

7.1.1.

..................................................................................................... ............................................. ........... 23 EJE 2 – 2: ...................................................................

7.1.2.

..................................................................................................... ............................................. ........... 23 EJE 2 – 2: ...................................................................

7.2.

........................................................................................... ............................. 24 CORTANTES MAXIMAS ..............................................................

7.2.1.

..................................................................................................... ............................................. ........... 24 EJE 2 – 2: ...................................................................

7.2.2.

.................................................................................................... ............................................. ........... 24 EJE B – B: ..................................................................

7.3.

RECCIONES EN LAS BASES DEL D EL PRIMER PISO DE LA L A EDIFICACION. ........... 25

7.3.1.

..................................................................................................... ............................................. ........... 25 EJE 2 – 2: ...................................................................

7.3.2.

.................................................................................................... ............................................. ........... 25 EJE B – B: ..................................................................

CAPITULO VIII. ASPECTOS FINALES ................................................................... .............................................................................. ........... 26

8.1.

................................................................................................... ...................................... ..... 26 CONCLUSIONES ..................................................................

8.2.

............................................................................................... .............................................. ............ 26 BIBLIOGRAFÍA .............................................................

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CAPITULO I. ASPECTOS GENERALES 1.1. INTRODUCCIÓN

Los Alumnos del curso de “Concreto Armado I” de la Escuela de Formación Profesional de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional Daniel Alcides Carrión, como parte de nuestra formación académica debemos de realizar una Estructuración, Predimensionamiento, Metrado de Cargas, Análisis Estructural y Diseño de una Edificación de Concreto Armado de Uso Múltiple, con el objeto de tener conocimientos sobre los Criterios de Análisis y Diseños de Estructuras de Concreto Armado, los cuales nos proporcionan datos cuantitativos necesarios para la solución de los Diseños de ingeniería. El presente trabajo consta del desarrollo de

tres partes para el

Predimensionamiento, Metrado de Cargas y Análisis de los elementos estructurales de una edificación; por ende, la primera parte estará conformada básicamente del diseño Arquitectónico, la segunda parte del trabajo estará conformada por el pre-dimensionamiento de los elementos estructurales, Metrado de cargas y el análisis estructural, la tercera parte estará enfocada netamente al diseño de los elementos estructurales (esta parte en el segundo informe). Con el objeto de tener conocimiento sobre el Análisis y Diseño Estructural de Una edificación de Uso Educativo, es imprescindible conocer primeramente los principios y las normas que las sustentan, además de las metodologías a seguir para un adecuado Diseño Estructural. Es en este contexto que se facilita el presente trabajo, para ser utilizado en las Aplicaciones Ingenieriles. Por ende, en este trabajo observaremos el desarrollo aplicativo de dichos procedimientos a fin incrementar nuestros conocimientos, para así poder estar en la vanguardia de la Ingeniería Civil.

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1.2. OBJETIVOS DEL TRABAJO a.

OBJETIVOS PRINCIPALES



Realizar el proceso adecuado para Análisis y Diseño Estructural de una Edificación de uso Múltiple.



Realizar diseño óptimo, en base criterios técnicos, sólidos y coherentes basándose en el Reglamento Nacional de Edificaciones y en los conocimientos adquiridos en clase.

b.

OBJETIVOS SECUNDARIOS



Adquirir Nuevos Conocimientos y Criterios de Estructuración para las edificaciones.



Realizar el Pre-dimecionamiento y Metrado de Cargas adecuado, para cada elemento estructural, teniendo en cuenta ciertos criterios básicos del curso de Concreto Armado – I, además de la Aplicación de las Normas aprobadas por el último Comité del ACI 318.



Elaborar las Combinaciones Respectivas de los dameros, para ambos análisis de Metrado de Cargas.



Realizar el concerniente Análisis Estructural e interpretación de los Resultados hechos con WinEVA 8.04 (última versión).

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1.3. DESCRIPCION

El edificio destinado para el “ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE UNA EDIFICACION DE USO EDUCATIVO”, consta de 5 pisos más azotea, con la siguiente distribución por plantas: 

Primera Planta: Auditorio y Oficinas Administrativas.



Segundo Planta: Aulas y biblioteca.



Tercera Planta: Aulas.



Cuarta Planta: Laboratorios de Computación



Quinta Planta: Laboratorio Electrónico.

Cada piso cuenta con los ambientes mínimos que corresponden, como un hall de espera, corredores, servicios higiénicos, etc. Se cuenta con una puerta de acceso principal, una escalera que conecta cada nivel. El proyecto está ubicado en la siguiente dirección: 

Dirección: Av. Los Próceres S/N.



Distrito: Yanacancha



Provincia: Pasco



Región: Pasco

El distrito de Yanacancha está ubicado a 4380 m.s.n.m., por tal motivo presenta un clima con lluvias y nevadas durante los meses diciembre a abril, esta circunstancia será considerada para el diseño y cálculo. 1.4. NORMAS EMPLEADAS

El presente trabajo presenta una arquitectura de elaboración propia, para ello se ha considerado las normas de Arquitectura, Estructura y de Instalaciones Sanitarias, presentados en el Reglamento Nacional

de

Edificaciones; a su vez también las consideraciones y cálculos

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correspondientes para el análisis y diseño estructural del edificio se realizaran de acuerdo a lo especificado en las siguientes normas de diseño: REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES 

Norma A.010 condiciones generales de diseño.



Metrado de cargas norma E.020 de cargas.



Diseño de elementos de concreto: Norma E.060 de concreto armado.

REQUISITOS

DE

REGLAMENTO

PARA

CONCRETO

ESTRUCTURAL (ACI-318S-05). 

CAPITULO Nº8. Análisis y Diseño



CAPITULO Nº9. Requisitos de Resistencia y Funcionamiento.



APÉNDICE.C. Factores de Carga y Reducción.

1.5. MATERIALES EMPLEADOS

Las propiedades mecánicas de los materiales empleados para el análisis, diseño y posterior ejecución son: CONCRETO:

Resistencia a la compresión: F’c=280 Kg/cm2 Deformación unitaria máxima:  = 0.003 Módulo de elasticidad:  = 15000√ ′ = 217000 Módulo de rigidez al esfuerzo cortante:  =  ⁄2.3 Módulo de Poisson: v=0.15 ACERO DE REFUERZO:

Esfuerzo de fluencia: fy=4200 Kg/cm2 Módulo de elasticidad: Es=2’039’000 Kg/cm2 Deformación máxima antes de la fluencia:  = 0.0021

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CAPITULO II. DISEÑO ARQUITECTÓNICO 2.1. CONDICIONES GENERALES DEL DISEÑO

Alcances tomados de la Norma A-010 NORMA A-010 2.1.1. Dimensiones Mínimas de los Ambientes

Artículo 22.- Los ambientes con techos horizontales, tendrán una altura mínima de piso terminado a cielo raso de 2.30 m. Las partes más bajas de los techos inclinados podrán tener una altura menor. En climas calurosos la altura deberá ser mayor. En tanto de acuerdo a lo antes expuesto la edificación que estamos analizando tiene una atura de piso techo de 3.6 m. Artículo 24.- Las vigas y dinteles, deberán estar a una altura mínima de 2.10 m sobre el piso terminado. Según lo analizado las alturas con conformes. 2.1.2. Escaleras

Artículo 26.- Las escaleras pueden ser: a) Integradas: Son aquellas que no están aisladas de las circulaciones horizontales y cuyo objetivo es satisfacer las necesidades de tránsito de las personas entre pisos de manera fluida y visible. El tipo de escalera a proveerse depende del uso y de la altura de la edificación, de acuerdo con la siguiente tabla: Integrada

De evacuación

Vivienda

Hasta 5 niveles

Más de 5 niveles

Hospedaje

Hasta 3 niveles

Más de 3 niveles

Educación

Hasta 4 niveles

Más de 4 niveles

Salud

Hasta 3 niveles

Más de 3 niveles

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Comercio

Hasta 3 niveles

Más de 3 niveles

Oficinas

Hasta 4 niveles

Más de 4 niveles

Servicios comunales

Hasta 3 niveles

Más de 3 niveles

Recreación y deportes

Hasta 3 niveles

Más de 3 niveles

Tener un ancho libre mínimo entre cerramientos de 1,20 m Las puertas que abren al exterior tendrán un ancho mínimo de 1.00 m. Artículo 34.- Las dimensiones de los vanos para la instalación de puertas de acceso, comunicación y salida, deberán calcularse según el uso de los ambientes a los que sirven y al tipo de usuario que las empleará, cumpliendo los siguientes requisitos: La altura mínima será de 2.10 m. 2.1.3. Instalaciones Sanitarias:

Artículo 39.- Los servicios sanitarios de las edificaciones deberán cumplir con los siguientes requisitos: La distancia máxima de recorrido para acceder a un servicio sanitario será de 40 m.

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2.2. CONDICIONES GENERALES PARA EL DISEÑO

Alcances tomados de la Norma E-020 NORMA E-020 2.2.1. Cargas de Nieve

Articulo 11.- Para determinar este valor, deberá de tomarse en cuenta las condiciones geográficas y climáticas de la región donde se ubicará la estructura. El valor mínimo para carga básica de nieve sobre la superficie será de 40 Kgf/m2 que equivalen 0.40m de nieve fresca. Alcances tomados de la Norma E-030 NORMA E-030 2.2.2. Análisis Estático

Artículo 17.5.- Efectos de Torsión: se supondrá que la fuerza actuante en cada nivel actúa en el centro de masa del nivel respectivo y debe considerarse además del efecto de excentricidades accidentales como se indica a continuación. Para cada dirección de análisis la excentricidad accidental en cada nivel se considerara como 0.05 veces la dimensión del edificio en la dirección perpendicular a la de la acción de las fuerzas. 2.3. PLANOS DE DISTRIBUCION, CORTES Y ELEVACIONES

Ver Planos de Corte y elevación

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CAPITULO III.ESTRUCTURACION 3.1. GENERALIDADES

La estructuración de un edificio consiste en disponer y distribuir los elementos estructurales de forma adecuada y en la medida que la arquitectura lo disponga, tener una estructura lo más uniforme posible, de tal manera que el edificio presente un buen comportamiento frente a cargas de gravedad.

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3.2. CRITERIOS BÁSICOS DE ESTRUCTURACION PARA ESTRUCTURAS APORTICADAS

En el diseño de estructuras aporticadas intervienen los siguientes ejemplos estructurales: Losas: Aligeradas, macizas, nervadas. Vigas: Longitudinal y transversal. Columnas: Central, esquinada, medianera Zapatas: Aisladas. Cimentaciones: Corridas para muros no portantes. Placas: Muros de Corte con gran rigidez. Los cuatro primeros elementos y el último, tienen comportamiento estructural, es decir soportan el peso de las cargas vivas y muertas.

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La cimentación es la que intervienen para cerrar los ambientes no teniendo una función más que la de confinamiento. VER PLANO DE PÓRTICOS PRINCIPALES Y SECUNDARIOS

3.3. PROCESO DE ESTRUCTURACION DE LA EDIFICACION

En esta etapa se definieron los ejes Principales y Secundarios de la estructura donde se ubicaron las columnas y muros de la edificación; en donde, a su vez se apoyan las vigas Longitudinales, esto para definir los sentidos donde descansas las viguetas del techo aligerado o macizo del edificio, generalmente, en el sentido más corto del paño. Para la estructuración del edificio se planteó un sistema exclusivamente de pórticos combinados con muros de corte, los cuales soportan exclusivamente la carga del ascensor y su cuarto de máquina. Para la estructuración de las columnas se debe tener en cuenta hacia qué dirección se peraltan, de modo de ayudar con ellos a la rigidez lateral en el sentido más desfavorable. 3.4. PLANOS DE ESTRUCTURACION

Ver plano. 3.5. PLANOS DE PORTICOS

Ver plano.

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4.4. PREDIMENCIONAMIENTO DE VIGAS

VIGAS LONGITUDINALES.-Para las vigas principales, el peralte (h) y el ancho de la base (b) se Pre dimensionan considerando

las siguientes

expresiones:

ℎ =    = 

Verificando con las siguientes consideraciones:

 ≥ 4ℎ ó  ≥ 0.3ℎ ó  ≥ 0.25

Dónde: h: Peralte de la viga bw: Base de la base

Así mismo la norma E.060, numeral 21.5.1.3, indica que las vigas deben tener un ancho de base mínimo de 0.25m, para el caso que estas formen parte de pórticos o elementos sismo resistentes. Dicha limitación nos impide tener vigas de menor espesor (15 o 20cm) si se trata de vigas que no forman pórticos. *Los cálculos se muestran en la Memoria de Cálculo.

4.5. PREDIMENCIONAMIENTO DE COLUMNAS

El pre dimensionamiento de las columnas se realizó en base a los aportes brindados en clases.  =

TIPO

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 0.45 ∗  ∗  

UBICACIÓN

CARGA

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7.1.3. Viga

Como ya se ha mencionado anteriormente, se han clasificado a las vigas en dos tipos, longitudinales y transversales. Para poder predimensionar a estas vigas se ha tomado la luz libre neta más larga de los pórticos, tanto en el sentido X e Y. Para el sentido X - Longitudinal Para el Sentido Y – Transversal Eje

H (cm)

B (cm)

X – Longitudinal

0.45

0.25

Y - Transversal

0.35

0.25

Para poder uniformizar las vigas y las columnas, en fines de un proceso constructivo más adecuado, se idealizo a las columnas de la siguiente manera: Eje

H (cm)

B (cm)

X – Longitudinal

0.45

0.30

Y - Transversal

0.35

0.30

7.2. CARGAS ACTUANTES 7.2.1. EJE 2 – 2: 

Carga muerta:

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


Carga viva:

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7.2. CORTANTES MAXIMAS 7.2.1. EJE 2 – 2:

7.2.2. EJE B – B:

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PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

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