UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA E. A. P. INGENIERIA CIVIL
TRABAJO DE RESISTENCIA DE MATERIALES 1 Torsión en estructuras Autor
Jerson Pablo Polar Belisario Katherine Delgado Docente
Mg. Leonel Chahuares Paucar
Ciclo IV “A”
Juliaca, abril del 2016
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1. INTRODUCCION El problema que se genera en estructuras son las ondas sísmicas que se concentran en un punto central debido a las cargas que se encuentran en diferentes puntos de la estructura. La torsión como esfuerzo, en el caso más general, se presenta en las estructuras combinado con alguno, e inclusive en determinadas circunstancias, con todos los restantes esfuerzos característicos (momento flector (Mf), corte (Q), y axil (N); y por otra parte, no se presenta con tanta frecuencia como estos últimos, pero cuando existe debe ser tenido en cuenta en el diseño. Los efectos de torsión en una estructura se dan por sobre carga que se ejerce y por los movimientos sísmicos que se dan, estos pueden ser en forma paralela o perpendicular a la estructura es por eso que se dan normas para que se pueda regir en en ellas y asi evitar pérdidas que se puedan concentrar en la estructura. Para este principio se aplica las normas que se ejecuten para la obra, que son: resistencia, rigidez y estabilidad, Por tal motivo invito a analizar este trabajo trabajo para así obtener más conocimiento.
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INDICE
1.
INTRODUCCION ..................................................................................................................... 2
2.
OBJETIVOS ..............................................................................................................................
3.
MARCO TEORICO: ................................................................................................................... 4
3.1 LA TORSIÓN .......................................................................................................................... 3.2.
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4
Principios de la sismo resistencia ..................................................................................... 7
3.3.1
Forma regular ............................................................................................................ 7
3.3.2.
Bajo peso ....................................................................................................................
3.3.3.
Mayor rigidez ............................................................................................................. 8
3.3.4.
Buena estabilidad ......................................................................................................
3.3.5.
Suelo firme y buena cimentación ............................................................................. 9
3.3.6.
Estructura apropiada ................................................................................................ 9
3.3.7.
Materiales competentes ............................................................................................. 9
3.3.8.
Capacidad de disipar energía ................................................................................. 10
3.3.9.
Fijación de acabados e instalaciones ...................................................................... 10
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8
3.4.
Normas Sismorresistentes ............................................................................................... 14
3.6.
Generalidades ..................................................................................................................
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4.
Recomendaciones ...................................................................................................................... 19
5.
CONCLUSIONES ...................................................................................................................
20
6.
REFERENCIAS .......................................................................................................................
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7.
ANEXOS
...................................................................................... Error! Bookmark not defined.
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1.OBJETIVOS Objetivos generales Realizar la maqueta. Conocer el tema de torsión, sobre sismo resistencia.
Objetivos Específicos Conocer las normas sismo resistencia Realizar la maqueta con función a las normas
2. MARCO TEORICO: Los materiales empleados en ingeniería para elaborar elementos de máquinas rotatorias, como los cigüeñales y árboles motores, deben resistir las tensiones de torsión que les aplican las cargas que mueven.
3.1 LA TORSIÓN La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él. Se caracteriza por dos fenómenos:
Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal.
Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.
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La torsión se presenta generalmente en aquellas estructuras donde se empotran tales como:
Losas en voladizo
Estructuras continuas
Vigas curvas
Ante la presencia de una flexión biaxial donde actúan cargas fuera del eje longitudinal de simetría, etc.
CARGA FUERA DEL EJE DE
VIGA EN
VIGA
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Figura 06 torcion en vigas empotradas
Es común que ante la presencia de acciones horrisonantes se combinen fuerzas flexionantes, cortantes y carga axial, que producen torsiones primarias y secundarias. Para su estudio, consideramos una viga empotrada en un extremo como la siguiente figura:
Momento de torsión aplicado a una viga empotrada en voladizo.
Giro de la viga ante la aplicación del momento de torsión.
Figura 07 momentos torsionales aplicados
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En la figura se observa que ante la aplicación del momento torsional, la sección gira sobre su centro de gravedad donde su valor es nulo en los vértices y máximo en el centro de sus lados mayores.
Daño sísmico estructural El daño sísmico estructural es el que sufren las vigas, las columnas, las losas o las cimentaciones durante un sismo. Es decir, es el deterioro de aquellos elementos o componentes que forman parte del sistema resistente o estructural de la edificación. El nivel de daño estructural que sufrirá una edificación depende tanto del comportamiento global como del comportamiento local de la estructura. Está relacionado con los tipos y la calidad de los materiales que se utilizan, sus características, su configuración, el esquema resistente y con las cargas que actúan. Algunos problemas en el diseño de edificios tienen que ver con la configuración geométrica y estructural, esta última se refiere al tipo, disposición, fragmentación, resistencia y geometría de la edificación. Es decir, si el edificio se aleja de formas y esquemas estructurales simples hace que estas tengan un comportamiento inestable ante sismos. Además, resultan ser estructuras difíciles de modelar en la etapa de diseño y muchas veces presentan dificultades de construcción.
3.2.Principios de la sismo resistencia 3.3.1 Forma regular
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La geometría de la edificación debe ser sencilla en planta y en elevación. Las formas complejas, irregulares o asimétricas causan un mal comportamiento cuando la edificación es sacudida por un sismo. Una geometría irregular favorece que la estructura sufra torsión o que intente girar en forma desordenada. La falta d e uniformidad facilita que en algunas esquinas se presenten intensas concentraciones de fuerza, q ue pueden ser difíciles de resistir.
3.3.2. Bajo peso Cuanto más liviana sea la edificación menor será la fuerza que tendrá que soportar cuando ocurre un terremoto. Grandes masas o pesos se mueven con mayor severidad al ser sacudidas por un sismo y, por lo tanto, la exigencia de la fuerza actuante será mayor sobre los componentes de la edificación. Cuando la cubierta de una edificación es muy pesada, por ejemplo, ésta se moverá como un péndulo invertido causando esfuerzos tensiones muy severas en los elementos sobre los cuales está soportada.
3.3.3. Mayor rigidez Es deseable que la estructura se deforme poco cuando se mueve ante la acción de un sismo. Una estructura flexible o poco sólida al deformarse exageradamente favorece que se presenten daños en paredes o divisiones no estructurales, acabados arquitectónicos e instalaciones que usualmente son elementos frágiles que n o soportan mayores distorsiones.
3.3.4. Buena estabilidad Las edificaciones deben ser firmes y conservar el equilibrio cuando son sometidas a las vibraciones de un terremoto. Estructuras poco sólidas e inestables se pueden volcar o
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deslizar en caso de una cimentación deficiente. La falta de estabilidad y rigidez favorece qu e edificaciones vecinas se golpeen en forma perjudicial si no existe una suficiente separación entre ellas.
3.3.5. Suelo firme y buena cimentación La
cimentación
debe
ser
competente
para
trasmitir
con
seguridad el peso de la edificación al suelo. También, es deseable que el material del suelo sea duro y resistente. Los suelos blandos amplifican las ondas sísmicas y facilitan asentamientos nocivos en la cimentación que pueden afectar la estructura y facilitar el daño en caso de sismo.
3.3.6. Estructura apropiada Para que una edificación soporte un terremoto su estructura debe ser sólida, simétrica, uniforme, continua o bien conectada. Cambios bruscos de sus dimensiones, d e su rigidez, falta de continuidad, una configuración estructural desordenada o voladizos excesivos facilitan la concentración de fuerzas nocivas, torsiones y deformaciones que pueden causar graves daños o el colapso de la edificación.
3.3.7. Materiales competentes Los materiales deben ser de buena calidad para garantizar una adecuada resistencia y capacidad de la estructura para absorber y disipar la energía que el sismo le otorga a la edificación cuando se sacude. Materiales frágiles, poco resistentes, con discontinuidades se rompen fácilmente ante la acción de un terremoto. Muros o paredes de tapia de tierra o adobe, de ladrillo o bloque sin refuerzo, sin vigas y columnas, son muy peligrosos.
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3.3.8. Capacidad de disipar energía Una estructura debe ser capaz de soportar deformaciones en sus componentes sin que se dañen gravemente o se degrade su resistencia. Cuando una estructura no es dúctil y tenaz se rompe fácilmente al iniciarse su deformación por la acción sísmica. Al de gradarse su rigidez y resistencia pierde su estabilidad y puede colapsar súbitamente.
3.3.9. Fijación de acabados e instalaciones Los componentes no estructurales como tabiques divisorios, acabados arquitectónicos, fachadas, ventanas, e instalaciones deben estar bien adheridos o conectados y no deben interaccionar con la estructura. Si no están bien conectados se desprenderán fácilmente en caso de un sismo.
4. Columnas débiles Las fuerzas sísmicas se distribuyen proporcionalmente a la rigidez y resistencia de los elementos estructurales verticales. Entonces, si la rigidez de las columnas o paredes que soportan la estructura sufre un cambio brusco ya sea por confinamiento de las paredes hasta cierta altura de los marcos, por desniveles del terreno, por nivel intermedio entre dos pisos, se concentrarán los esfuerzos y se acumulará energía en el piso más débil, dado que el nivel donde se interrumpen los elementos verticales es más flexible que los demás, lo que permite que se produzca un problema de estabilidad.
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Figura 09 columnas debiles
Menor resistencia de columnas que vigas
Si las columnas tienen menor resistencia que las vigas, las primeras fallarán primero lo que provoca que la estructura se vuelva un mecanismo y esta colapse. La falla puede ser reparada si se da en las vigas.
Figura 10 menor resistencia de columnas
Figura 6. Efecto de una menor resistencia en columnas que en las vigas.
Pisos blandos o suaves
Son pisos donde los elementos estructurales verticales son interrumpidos, para ofrecer más espacio en ese piso o por razones arquitectónicas, generalmente en los niveles de acceso. Esto produce un debilitamiento de la rigidez de los elementos verticales en ese piso.
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Falta de confinamiento del concreto en columnas
Se produce cuando se utilizan pocos o ningún aro de confinamiento del concreto, por lo que el núcleo de los elementos sometidos a flexocompresión falla en forma explosiva.
Figura 12 esquema de fallas por falta de confinamiento del concreto
Falta de redundancia
Se debe buscar que la resistencia a fuerzas sísmicas dependa de varios elementos, puesto que si se cuenta con pocos elementos resistentes (falta de redundancia), la falla de uno de ellos provocará el colapso total o parcial de la estructura.
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Figura 13 falta de redundancia
Flexibilidad excesiva en el diafragma que forma el entrepiso
La flexibilidad excesiva en el diafragma que forma el entrepiso produce deformaciones laterales no uniformes, que son perjudiciales para los elementos no estructurales adosados al diafragma. Son debidas a una relación muy grande largo/ancho (mayor que 5), y a aberturas creadas en el diafragma para efectos de iluminación, ventilación, que impiden que este funcione como un cuerpo rígido.
Figura 14 flexibilidad excesiva
Figura 15simetria con dos ejes
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La asimetría tiende a concentrar esfuerzos, el ejemplo más común es el caso de las esquinas interiores. Aunque un edificio simétrico puede ten er esquinas interiores como es el caso de las plantas en cruz. En este caso la planta del edificio es simétrica pero no es una planta regular. Existe simetría estructural si el centro de masa y el centro de rigidez coinciden en la planta. La simetría es conveniente también a la forma del edificio sino también a la distribución de la estructura. La experiencia de edificios con daños severos en terremotos mostró casos en que la asimetría estructural fue la causa del daño severo o el colapso de la estructura.
Figura 16
Galería de la Escuela Normal de Caucete,
Los núcleos de las circulaciones verticales, pueden producir también asimetrías si su ubicación o solución constructiva genera elementos estructurales rígidos en la distribución estructural.
3.4.Normas Sismorresistentes
NORMA NSR-10
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Las normas sismo resistentes presentan requisitos mínimos que, en alguna medida, garantizan que se cumpla el fin primordial de salvaguardar las vidas humanas ante la ocurrencia de un sismo fuerte. No obstante, la defensa de la propiedad es un resultado indirecto de la aplicación de los normas, pues al defender las vidas humanas, se obtiene una protección de la propiedad, como un subproducto de la defensa de la vida.
Norma peruana de diseño sismo resistente NTE E.030 Se hace esta nueva norma por el sismo en nazca, manteniendo el nivel de fuerzas, pero obteniéndose desplazamientos 2.5 veces mayores que los obtenidos con la antigua norma.
Norma NTE.060 : Es por un tanto menos el 80% del cortante en la base actúa sobre las columnas de los pórticos que cumplan los requisitos para el concreto armado. en caso se tengan muros estructurales, estos deberán diseñarse para resistir una fracción de la acción sísmica total de acuerdo con su rigidez.
Principios del diseño sismo resistente (2003) (ISO 3010)
La estructura no debería colapsar, ni causar graves daños a las personas debido a movimientos sísmicos severos que puedan ocurrir en el sitio. (estado último).
La estructura debería soportar movimientos sísmicos moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando posibles daños dentro de límites aceptables (estado de servicio).
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Norma e.070 albañilería: sismo moderado es aquel con fuerzas iguales a la mitad del sismo severo
4. NCSE- 02( NORMA ESPAÑOLA) Esta norma nos dice .Esta norma nos dice si la aceleración sísmica es igual o mayor que 0.04g deberán tenerse en cuenta los posibles efectos del sismo en terrenos potencialmente inestables. En caso de sea de aplicación esta norma no se utilizara estructuras de mamposterías en seco, de adobe o de tapial. Si la aceleración sísmica es igual o mayor a 0.08g e inferior
a0.12g, las
edificaciones de la fábrica de ladrillos de bloques de mortero. 3.6. Generalidades Estas Especificaciones corresponden a la vivienda supuestamente ubica en
nueva
calle Mz D Lte 6 que con los planos anexados, establecen las condiciones y forma en que se llevará a cabo Las presentes Especificaciones Técnicas tienen por finalidad complementar los lineamientos establecidos en los planos, detallando los parámetros generales a seguir durante el proceso constructivo del proyecto. Son de carácter general y donde sus términos no lo precisen, el
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Parte complementaria de estas Especificaciones son los Planos que son compatibilizados con las Normas y Reglamentos vigentes establecidas por:
- Normas españolas - Manual de Normas de ASTM. - Norma técnica Peruana - Plan de gestión de riesgo con el Ministerio de viviendas Todos los trabajos sin excepción se desenvolverán dentro de las mejores prácticas constructivas a fin de asegurar su correcta ejecución, estando sujetos a la aprobación y plena satisfacción del propietario. Los costos para el suministro e instalación de los servicios básicos de agua, desagüe, electricidad, serán asumidos por el Ejecutor. El consumo de los servicios básicos durante el desarrollo de la obra serán también asumidas por el Ejecutor, hasta la recepción de la obra. Estas tienen carácter general y donde sus términos no lo precisen ni los planos lo determinen, el Supervisor tiene autoridad en la obra respecto a los procedimientos, calidad de los materiales y método de trabajo. Todos los trabajos sin excepción se desenvolverán dentro de las mejores prácticas constructivas a fin de asegurar su correcta ejecución y estarán sujetos a la aprobación y plena satisfacción del Supervisor. Este documento se hace según los siguientes criterios:
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El nivel estratigráfico y las distintas variaciones del mismo, de acuerdo a una
focalización geográfica determinada, sugiere técnicas variadas en cuanto al tratamiento. El clima y las variaciones atmosféricas que inciden notablemente en el
comportamiento de los materiales, encausados a un tratamiento especial en cuanto al proceso constructivo y dosificaciones. Asimismo, las observaciones y experiencias obtenidas “insitu”, en el transcurso
de la obra debidamente implementada complementará el presente documento, previamente avalados por el Ministerio de Educación. Los materiales a usarse deben ser nuevos, de reconocida calidad, de primer uso
y de utilización actual en el mercado nacional o internacional. Los materiales deben ser guardados en la obra en forma adecuada, siguiendo las
indicaciones dadas por el fabricante o manuales de las instalaciones. -
En las zapatas se harán la excavación hasta 1.00 m según la norma e. 030 que se refiere a las excavaciones practicadas para alojar las cimentaciones, de acuerdo a lo indicado en los planos, con el fin de obtener un grado de empotramiento y fijación adecuados, para las construcciones que descansarán sobre ellas.
-
Para vaciado Se preparará una mezcla de concreto ciclópeo que constituirá la base de sustentación de los muros y que servirá para transmitir al terreno el peso propio del mismo. Su sección será la indicada en los planos. De acuerdo a la proporción de los materiales indicada la mezcla equivale a un concreto de f’c = 175 Kg/cm2. Y utilizando el cemento Pórtland Tipo I(por ser de uso general y apto
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para cualquier construcción) según la norma ASTM C-150 y los agregados tamizados según Norma E-060 -
Normas
Peruanas
E-060,
las
del
Reglamento
Nacional
de
Construcciones son las encargadas para el co ncreto de columnas vigas zapatas
4. Recomendaciones Se recomienda acatar las normas para evitar problemas. Se recomienda no tener sobre cargas en las azoteas pares así evitar los torsores. Las zapatas deben de ser estables para así cuando venga un sismo esta no pueda
balancear en exceso. Se recomienda que las alturas de las estructuras estén bien medidas de acuerdo
al plano. Utilizar materiales de perfecta condición para evitar perdida algun a en el trabajo
diseñado. Tener conocimiento del clima para evitar problemas al momento de construir la
edificación.
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5. CONCLUSIONES Se concluye son una satisfacción porque se aprendió mas sobre al carrera en la que nos formamos y como estudiantes que somos hemos dado un paso más sobre nuestra carrera. Se mostró que muchas veces se ve construir caprichosamente estructuras sin medir las consecuencias o de percatarse de si podrá soportar las cargas, y a consecuencia de esto se sufre pérdidas de vidas humanas como pérdidas materiales. En el trabajo realizado y según la teoría y norma española la vivienda tiene una estructura simétrica no dificultosa pero si resistente y buenos distancias entre paredes para el buen desplazamiento y así no sea un obstáculo ante cualquier situación de desastre. Las zapatas según la Normas ASTM-A 615, A 616, A 617 de concreto 175kg7cm2 y de acero 4200kg/m2 concuerdan y a partir de esta zapata que será trenzada y profundidades de 0.90 casi igualando a las de un colegio que son normadas desde ministerio quienes ya nos dan estructuras según las normas ya mencionadas. Al estar las zapatas bien echas cuando ocurra un movimiento estas serán soportes ya que tienen una buena altura de soporte la cual sujetar de manera estática y los movimientos serán leves, lo que nos dará más seguridad, ya que se sabe que en caso de sismos los movimiento telúricos vienen paralelas o perpendiculares a las estructuras, al igual que los vientos chocan con la estructuran con gran fuerza. Según La comisión y gestión y riesgo formada ante la prevención del fenómeno del niño con junto al Ministerio de vivienda construcción y saneamiento, en la norma E-030 que los diseños de las estructuras deben de ser ante sismos y de simetría exacta para así evitar algunos percances
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como se muestra en nuestro plano y sin esquinas adentradas como lo explica la norma mencionada. Sin más que mencionar que todo lo que se hace en la construcción se base normas para así evitar pérdidas y lamentos como se ve en el CD anexado y tener obras de larga duración.
6. REFERENCIAS Metodología de proyectos sismo resistentes de edificios basada en el balance energético. https://books.google.com.pe/books?id=g0nUazZ4Y5IC&pg=PA5&lpg=PA5&dq=estru cturas+sismorresistentes+scielo&source=bl&ots=9OcpR6F5Ar&sig=8EGtlD68omtkimBoiSeSD00Gyc&hl=es&sa=X&ved=0CEEQ6AEwBWoVChMImq33jN36yAIVRj omCh3urg2o#v=onepage&q=estructuras%20sismorresistentes%20scielo&f=false. Las normas aplicables en el desarrollo de vivienda de interés social file:///C:/Users/HOME/Downloads/GUIA_3_VIS.PDF. Riesgo sísmico de edificios file:///C:/Users/HOME/Downloads/2013-08-2-2001-3-Jornadas-Ibero-AM-MT-DQriesgo-sismico.pdf. Cambio de la norma E. 030 http://www.ciptrujillo.org/img_eventos/pdf/SEMANA%20CAPITULO%20CIVILES/2 014%20CIPTrujillo-NormaE030.pdf. Antecedentes de las normas sismo resistentes en el Perú http://www.epivial.com/descargas/asocem/Normatividad%20Sismo%20resistente%20e n%20el%20Peru.pdf.
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Anexos Materiales de la maqueta
Cortado de piezas
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Armado de estructura frontal
Armado de estructura lateral
