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CURSO

ANALISIS ESTRUCTURAL I

Cargas : Modelo de Cargas.- Areas Tributarias .-

Tipos de Cargas.- Norma E-020.-Ejemplo de Metrado de Cargas

Ing. Omart Tello Malpartida

La determinación de las cargas a ser aplicadas a una estructura es con frecuencia una tarea especial.

Aun cuando existen códigos y normas para la distribución mínima de cargas, son el juicio y la experiencia del ingeniero estructural los que desempeñan una función significativa para definir las condiciones de la distribución de cargas que debe soportar una estructura.

IDEALIZACIÓN DE CARGAS

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Por lo general las cargas son modeladas como:

Cargas puntuales concentradas.- puede representar la acción de otro componente estructural que entra en contacto con un elemento, la rueda de un camión en la cubierta de un puente, etc.

Cargas Lineales.- son cargas expresadas en fuerza por unidad de longitud y representan por ejemplo el peso propio de un elemento, o el peso del área tributaria de un sistema de piso que actúa sobre una viga.

Cargas superficialmente distribuidas.- se dan en términos de fuerza por unidad de área y se suelen transformar a cargas lineales para el análisis de las estructuras y puede representar el peso de un sistema de piso, o el peso asociado con el pretendido uso del área (aulas, bibliotecas, vivienda) etc.

IDEALIZACIÓN DE CARGAS

TIPOS DE CARGAS

En general las cargas pueden clasificarse en los siguientes tipos:

Cargas EstáticasCargas Dinámicas

CARGAS ESTATICAS.- Son aquellas que se aplican lentamente sobre la estructura, condición que origina esfuerzos y deformaciones que alcanzan sus valores máximos en conjunto con la carga máxima. Estas cargas prácticamente no producen vibraciones y se clasifican en:a) Cargas permanentes o Muertas (D)b) Carga viva o sobrecarga (L)

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Cargas permanentes o Muertas (D)

Se denomina carga muerta al conjunto de acciones que se producen por el peso propio de la construcción; incluye el peso de la estructura misma y el de los elementos no estructurales, como muros divisorios, los revestimientos de los pisos, las instalaciones y todos aquellos elementos que conservan una posición fija en la construcción, de manera que gravitan en forma permanente sobre la estructura.

La evaluación de esta carga es sencilla, ya que solo requiere la determinación de los volúmenes de los distintos componentes de la construcción y su multiplicación por los pesos volumétricos de sus materiales constitutivos.

MATERIAL kg/ m3 kg/m3

CONCRETO armado 2400 simple 2300

ALBAÑILERIA Lad. sólido 1800 Lad. hueco 1350

MADERA Dura seca 700 Dura húmeda 1000

METALES Acero 7850 Plomo 11400

Los pesos volumLos pesos voluméétricos para los materiales de construccitricos para los materiales de construccióón mas n mas comunes se indican en la Norma Ecomunes se indican en la Norma E--020 de Cargas.020 de Cargas.

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Carga viva o sobrecarga (L)

La carga viva es la que se debe a la operación y uso de la construcción. Incluye todo aquello que no tiene una posición fija y definitiva dentro de la estructura; entran asíen la carga viva el peso y las cargas debidos a muebles, mercancías, equipos y personas.

Podemos distinguir tres grandes grupos de construcciones en cuanto a la carga viva que en ellas debe considerarse: los edificios, las construcciones industriales y los puentes.

Carga viva en edificios.- Los edificios urbanos cumplen funciones diversas y dentro de un mismo edificio hay áreas destinadas a usos muy diferentes. Por lo tanto, deben especificarse una gama amplia de cargas vivas que abarque las diversas situaciones.

USO AMBIENTE S/C ( kg/cm2)

Bibliotecas Sala de lectura 300Sala de Almacenaje 750

Escuelas Aula y Laboratorios 300Talleres 350

Oficinas Ambientes Comunes 250Sala de Archivos 500

Hospitales Cuartos 200Sala de operación y Lab. 300

La Norma ELa Norma E--020 de Cargas, incluye tablas de cargas vivas 020 de Cargas, incluye tablas de cargas vivas para los distintos usos de las zonas de un edificio.para los distintos usos de las zonas de un edificio.

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Área Tributaria

Se entiende por área tributaría de un elemento de una estructura sujeta a carga uniformemente distribuida, aquella área que, multiplicada por la carga uniforme, define la carga total que se debe considerar actuando sobre el elemento y que produce efectos iguales a los de la distribución real de cargas sobre la estructura.

Área TributariaLas siguientes reglas sencillas para determinar el área tributaria están basadas en la localización de las líneas en que la fuerza cortante seria nula si solo hubiera transmisión de momentos en una dirección.

En elementos que trabajan en una dirección el área esta limitado por los centros de claros entre los elementos.

En columnas, el área tributaria esta limitada por las líneas medias de los tableros adyacentes.El área tributaria de dos elementos portantes se separa por las bisectrices de los ángulos que estos forman.

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Área Tributaria

Losa armada en dos sentidos

Sistema de piso con losa en dos direcciones, vigas principales y vigas secundarias.

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Sistema de piso con vigas principales, vigas secundarias y losa en una dirección

Sistema de piso con losa en dos direcciones, vigas principales, vigas secundarias y columna

Sobre la viga AB

Sobre la columna A

Sobre la viga CE, si no hubiera columna en A

Area Tributaria, en elementos que soportan losas macizas en dos

direcciones

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Carga viva en puentes.- La carga viva sobre puentes carreteros se debe esencialmente a las fuerzas trasmitidas por lo vehículos que sobre ella transitan. Su determinación depende del peso y de la características de los vehículos que pueden transitar sobre el puente, así como de la distribución mas desfavorable que es razonable esperar que se presente.

Los valores que se asignan a las cargas corresponden a vehículos idealizados que pretenden representar efectos de condiciones de trafico desfavorable.

En el Perú y en muchos otros países se adoptan las cargas especificadas por la AASHTO. Las cuales se muestran esquemáticamente en el grafico siguiente.

Tren de cargas

Sobrecarga equivalente

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CARGAS DINAMICAS.- Son aquellas cuya magnitud, dirección y sentido varían rápidamente con el tiempo, por lo que los esfuerzos y desplazamientos que originan sobre la estructura, también cambian con el tiempo; cabe indicar que en el instante en que ocurre la máxima respuesta estructural, no necesariamente coincide con el de la máxima solicitación.

Viento (W).- El viento es un fluido en movimiento; sin embargo, para simplificar el diseño, supone que actúa como una carga estática sobre las estructuras convencionales, para estructuras muy flexibles (puentes colgantes, chimeneas, etc.) es necesario verificar que su periodo natural de vibrar no coincida con el de ráfagas de viento, de lo contrario podría ocurrir la resonancia de la estructura.

Acción del Viento sobre una

construcción con techo a dos aguas

Ph = 0.005 C. (Vh)2

Vh= V(h/10)2

Vh : Velocidad de diseño en la altura h ( km/h)V : Velocidad del viento hasta 10 m de altura (km/h)h : Altura del terreno en metros C = Factor de forma ( adimensional)

Presión del Viento ( Kg/m2)

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Distribución de presiones en una construcción determinado en túnel de viento

Flujo de aire alrededor de una construcción

Acción del viento para formas de galpones cerrados

Diagrama de presiDiagrama de presióón n de disede diseññoo

L

z

GCpqz

hq GCp

θ

hGCpqh

q GCph

Direccióndel viento

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Coeficientes de presión en cubiertas simétricas a dos aguas ( C )

Velocidad del viento a 10 m. Sobre el suelo

(km/h)

Mapa de Isotacas

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Turbulencias en edificios Turbulencias en edificios altos en direcciones altos en direcciones longitudinales y transversaleslongitudinales y transversales

Turbulencias en edificios Turbulencias en edificios altos debido a obstrucciones altos debido a obstrucciones frontalesfrontales

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Incremento de velocidad de viento debido a aberturas de pisos inferiores

Incremento de velocidad de viento Incremento de velocidad de viento debido a aberturas de pisos debido a aberturas de pisos inferioresinferiores

Flujo del viento en edificios a dos aguas ocasionando turbulencias en techos y paredes de sotavento

Flujo del viento en edificios a dos Flujo del viento en edificios a dos aguas ocasionando turbulencias en aguas ocasionando turbulencias en techos y paredes de sotaventotechos y paredes de sotavento

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Diagrama de presiDiagrama de presióón n de disede diseññoo

L

z

GCpqz

hq GCp

θ

hGCpqh

q GCph

Direccióndel viento

DestrucciDestruccióón total del hospital n total del hospital PrincessPrincess MargaretMargaret en Jamaicaen Jamaica

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La ausencia de un anclaje La ausencia de un anclaje apropiado produjo el vuelco apropiado produjo el vuelco completo de una clcompleto de una clíínica nica

Falla del soporte de las vigas Falla del soporte de las vigas de acerode acero

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Sismos (E).- Las ondas sísmicas generan aceleraciones en las masas de la estructura y por lo tanto, fuerzas de inercia que varían a lo largo del tiempo; para la evaluación de esta carga existen dos métodos:

• Análisis Estático.- Aplicables a estructuras convencionales que pueden ser analizadas empleando cargas estáticas equivalentes a las producidas por el sismo.

• Análisis Dinámico.- Corresponde a un análisis dinámico detallado basado en las ecuaciones de movimiento de Newton, aplicable a estructuras altamente riesgosas y para las grandes estructuras localizadas en zonas telúricas muy importantes.

La evaluación de esta carga, corresponde al capitulo de análisis sísmico del curso de Sismo Resistenciay esta reglamentado por medio de la Norma E-030 Diseño Sismorresistente.

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EJEMPLO DE METRADOS: EDIFICACION

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Planta de EdificaciónVigas Eje X : 0.25 x 0.60 mVigas Eje Y : 0.25 x 0.40 mColumnas : 0.25 x 0.60 m

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A

B

C

4 m

5 m

7m 5 m 7m

Aligerado : 0.25 mf’c = 210 Kg/cm2

Dirección del aligerado

¿ Preguntas ?