2 pre-dimensionamiento
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Este documento presenta los objetivos y conceptos básicos de la ingeniería estructural, así como los criterios para el predimensionamiento de elementos estructurales como losas, vigas y columnas. Explica que la ingeniería estructural aplica conocimientos de mecánica para diseñar estructuras de manera segura y económica. Luego, detalla los objetivos del análisis estructural y del diseño, así como las normas y códigos utilizados. Finalmente, provee recomendaciones iniciales para el tamaño de diversos elementos en
2 pre-dimensionamiento
- 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO PUNO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL ANALISISESTRUCTURAL I ESTRUCTURACIÓNY PREDIMENSIONAMIENTO ING. HECTOR AROQUIPA VELASQUEZ PUNO, NOVIEMBRE 2012
- 2. LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL • 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 conocimientos de ciencias básicas aplicadas al arte de la ingeniería para encontrar fuerzas y deformaciones en una estructura.
- 3. OBJETIVOSDE LA INGENIERÍAESTRUCTURAL 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. En el diseño estructural completo se distinguen dos etapas: análisis y diseño.
- 4. 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. OBJETIVOSDE LA INGENIERÍAESTRUCTURAL
- 5. 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. OBJETIVOSDE LA INGENIERÍAESTRUCTURAL
- 7. CAPITULO II ESTRUCTURACION Y PREDIMENSIONAMIENTO
- 8. GENERALIDADES DESARROLLO DE LA MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROYECTO. A. EXPLICAR LAS CARACTERÍSTICAS DEL ANTEPROYECTO ARQUITECTÓNICO. Ambiente. Servicios Áreas de uso 1.2.PRE-DIMENSIONAMIENTO
- 9. • Estudio del suelo: • 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑎 𝑏𝑖𝑒𝑛 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑢𝑎𝑑𝑎. • 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 = 4 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 • 𝐸𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 (𝐾𝑎) = 0.29 • 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 1.20 𝑚. • Características y propiedades de los materiales: • Concreto: • 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 = 𝑓´𝑐 = 210 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 • 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝐸𝑐 = 200,000 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 = 2´000,000 𝑡𝑜𝑛/𝑚2 • 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛 = 0.15 • Acero de Refuerzo: • 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑢𝑔𝑎𝑑𝑜, 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 60, 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 ( 𝑓𝑦 ) = 4200 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 = 4.2 𝑡𝑜𝑛/𝑐𝑚2 • 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝐸𝑠 = 2´000,000 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 • 𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝜇 = 0.0021 • Ladrillo. B. CARACTERÍSTICASDELOSMATERIALES.
- 10. USO PARA EL DISEÑO DE CONCRETO ARMADO Y CONCRETO SICLOPEO • Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) • 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. NORMATIVIDADY CÓDIGOSDEDISEÑO.
- 14. 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. C. ESTRUCTURACIÓN.
- 16. Elementos estructurales: • Tipos de Losas • Losa macizas • Losas nervadas • Losas aligeradas SEGÚN LAS CONDICIONES DE APOYO SEGUN LA DIRECCIÓN DEL ARMADO SEGÚN EL MATERIAL Y MÉTODO CONSTRUCTIVO SEGÚN SU SECCIÓN TRANSVERSAL
- 18. • Tipos de vigas Elementos estructurales:
- 19. • COLUMNAS • PLACAS – MUROS DE CORTE Elementos estructurales:
- 20. 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) : 𝒉 ≥ 𝑳 / 𝟏𝟖 (1) 𝒉 ≥ 𝑳 / 𝟐𝟓 (2) Donde: ℎ → 𝑝𝑒𝑟𝑎𝑙𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑜𝑠𝑎 𝐿 → 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑚𝑎𝑠 𝑐𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎 (𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑗𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎) 𝑙/18 → material de pésima calidad, mano de obra no calificada y equipos y herramientas convencionales. 𝑙/25 → material de buena calidad, mano de obra calificada y equipos y herramientas adecuados. 1.2.PRE-DIMENSIONAMIENTO
- 22. A. LOSAS ALIGERADOS De las relaciones anteriores, podemos dar los siguientes criterios de dimensiones: PERALTE DE LOSA LUZ MAS CRITICA (M) ℎ = 17 𝑐𝑚 < 4 𝑚 ℎ = 20 𝑐𝑚 4 𝑚. ≤ 5.5 𝑚. < ℎ = 25 𝑐𝑚 5 𝑚. ≤ 6.5 𝑚. < ℎ = 30 𝑐𝑚 6 𝑚. ≤ 7.5 𝑚. < 1.2.PRE-DIMENSIONAMIENTO
- 23. B. LOSAS MACIZAS De las relaciones anteriores, podemos dar los siguientes criterios de dimensiones: PERALTE DE LOSA LUZ MAS CRITICA (M) ℎ = 12 @ 13 𝑐𝑚 𝐿 < 4 𝑚 ℎ = 15 𝑐𝑚 L ≤ 5.5 𝑚. ℎ = 20 𝑐𝑚 𝐿 ≤ 6.5 𝑚. ℎ = 25 𝑐𝑚 𝐿 ≤ 7.5 𝑚. 1.2.PRE-DIMENSIONAMIENTO
- 24. 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. • Para viguetas de distancias separadas en 70 cm. Se puede considerara el siguiente dimensionamiento. 1.2.PRE-DIMENSIONAMIENTO ANCHO DE VIGUETA PERALTE LUZ 10 @ 15 𝑐𝑚 35 cm L < 7.5 𝑚 10 @ 15 𝑐𝑚 40 cm L < 8.5 𝑚 10 @ 15 𝑐𝑚 50 cm L < 9.5 𝑚
- 26. 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. 𝒉 = 𝑳 / 𝟏𝟎 (1) 𝒉 = 𝑳 / 𝟏𝟐 (2) Donde: criterio práctico frente a sismos ℎ → 𝑝𝑒𝑟𝑎𝑙𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑖𝑔𝑎 𝐿 → 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑚𝑎𝑠 𝑐𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎 (𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑗𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎) 𝑙/10 → material de pésima calidad, mano de obra no calificada y equipos y herramientas convencionales. 𝑙/12 → material de buena calidad, mano de obra calificada y equipos y herramientas adecuados. 1.2.PRE-DIMENSIONAMIENTO
- 27. E. VIGAS – BASE (principales) 𝒃 = 𝒉/𝟐 (1) 𝒃 = 𝟐𝒉 / 𝟑 (2) Donde: 𝑏 → 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑖𝑔𝑎 ℎ → 𝑝𝑒𝑟𝑎𝑙𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑖𝑔𝑎 F. VIGAS SECUNDARIAS. Se recomienda la siguiente relación: 𝒉 = 𝑳/𝟏𝟒 (1) 𝒃 = 𝒉/𝟐 (2) Donde: 𝑏 → 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑖𝑔𝑎 ℎ → 𝑝𝑒𝑟𝑎𝑙𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑖𝑔𝑎 1.2.PRE-DIMENSIONAMIENTO
- 29. G. VIGAS De las relaciones anteriores, podemos dar los siguientes criterios de dimensiones (como dimensiones usuales): PERALTE DE VIGA Dimensiones (cm) 𝑙 ≤ 5.5 𝑚 25 × 50, 30 × 50 𝑙 ≤ 6.5 𝑚 25 × 60, 30 × 60; 40 × 60 𝑙 ≤ 7.5 𝑚 25 × 70; 30 × 70; 40 × 70; 50 × 70 𝑙 ≤ 8.5 𝑚 30 × 75; 40 × 75; 30 × 80; 40 × 80 𝑙 ≤ 9.5 𝑚 30 × 85; 30 × 90; 40 × 85; 40 × 90 1.2.PRE-DIMENSIONAMIENTO
- 31. 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 = 𝑃 (𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑜) 0.45∗𝑓´ 𝑐 b) Columnas Exteriores o Esquineras : Área de Columna = 𝑃 ( 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜 ) 0.35 ∗ 𝑓´𝑐 1.2.PRE-DIMENSIONAMIENTO
- 32. 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: 𝑉𝑐 = 0.53 ∗ 𝑓 ′𝑐 ∗ 𝑏 ∗ 𝐿 . donde: 𝑏 = 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑟𝑜𝑠 𝐿 = 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑟𝑜𝑠 𝐸𝑠𝑡𝑒 𝑚é𝑡𝑜𝑑𝑜 𝑒𝑠 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑦 𝑠𝑒 𝑑𝑒𝑏𝑒𝑟á 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑢𝑎𝑟 𝑢𝑛𝑎 𝑒𝑣𝑎𝑙𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑙𝑢𝑒𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑟 𝑢𝑛 𝑎𝑛á𝑙𝑖𝑠𝑖𝑠 𝑠í𝑠𝑚𝑖𝑐𝑜. 1.2.PRE-DIMENSIONAMIENTO
- 33. 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
- 34. K. ESCALERAS • La escalera de concreto es una losa dentada e inclinada, que nos permite subir o bajar de un nivel a otro. • Una escalera está conformada por tramos, descansos y barandas. Los tramos están formados por escalones; y los escalones, por pasos y contrapasos 1.2.PRE-DIMENSIONAMIENTO