1. estructuracion y predimensionamiento

ANÁLISIS ESTRUCTURAL

SEMANA 1

Sesión 2 • Pasos para la elaboración de

un proyecto de estructuras.• Criterios de Estructuración de

Edificios.

Propósito: Reconocer los pasos necesarios para

elaborar un proyecto de estructuras y los criterios de estructuración de edificaciones de concreto armado.

ETAPAS DEL PROYECTO ESTRUCTURAL

• Concepción• Modelo• Análisis Estructural• Diseño Estructural• Detallado• Planos• Costos

1. Generalidades:• Estructuras Estáticamente Determinadas:

Ecuaciones de Equilibrio estático• Estructuras Estáticamente Indeterminadas:

Ecuaciones de Equilibrio estáticoCompatibilidad de DeformacionesLeyes constitutivas

BASES DEL ANÁLISIS ESTRUCTURAL

Ejemplo: Determinar fuerzas en los elementos y deformación total del nudo.(1) elemento de madera con E = 100,000 kg/cm2, A = 150

cm2(2) elemento de acero con E =

2*10^6 kg/cm2, A = 5 cm2

2. Hipótesis Básicas del Análisis Estructural:• Desplazamientos pequeños

Plantea que la geometría inicial no cambia apreciablemente luego de la aplicación de las cargas. Mantiene la linealidad geométrica.

• Equilibrio Estático Equilibrio Estatico: Aplicación lenta de cargas Equilibrio Dinamico: Aplicación súbita de cargas En el equilibrio estatico no se desarrollan fuerzas de inercia, las fuerzas internas de

los elementos deben equilibrar las cargas externas. En general, en este curso, el equilibrio estatico se aplicara a: La estructura completa debe estar en equilibrio Cada una de las barras debe estar en equilibrio. Cada uno de los nudos debe estar en equilibrio.


2. Hipótesis Básicas del Análisis Estructural:• Compatibilidad de Deformaciones

Se compatibiliza los desplazamientos de los nudos con los desplazamientos de los extremos de los elementos que concurren a ese nudo.

• Condiciones de contorno Si no se introducen las condiciones de contorno, los problemas

estructurales no estarían completamente definido. Estas condiciones se especifican en función de las fuerzas y en

función de los desplazamientos.


2. Hipótesis Básicas del Análisis Estructural:• Comportamiento Elástico - lineal Por lo tanto se cumple la Ley de Hooke Para que una estructura tenga un comportamiento lineal se debe

cumplir que:Materiales linealmente elásticoDesplazamientos pequeños


2. Hipótesis Básicas del Análisis Estructural:• Comportamiento Elástico – lineal


2. Hipótesis Básicas del Análisis Estructural:• Principio de Superposición Este principio significa que los desplazamientos que resultan

de cada número de fuerzas pueden sumarse para obtener el desplazamiento que resulta de la suma de fuerzas.

La superposición se aplica a fuerzas, esfuerzos, deformación y los desplazamientos.


1. GENERALIDADESLas edificaciones se comportarán ante los sismos considerando que:

• Resistir sismos leves sin daños• Resistir sismos moderados considerando la posibilidad de

daños estructurales leves• Resistir sismos severos con la posibilidad de daños

estructurales importantes con una posibilidad remota de ocurrencia del colapso de la edificación

FILOSOFÍA DEL DISEÑO SÍSMICO

2. FALLAS MAS COMUNES POR SISMOS:• Daño en tabiquerías por tener estructuras muy

flexibles.• Edificaciones con elementos con poca capacidad

resistente.• Vigas mas resistentes que las columnas• Edificios con asimetría en planta• Columnas cortas


2. FALLAS MAS COMUNES POR SISMOS:





• Edificios con forma rectangular en planta muy alargada (torsión).

• Pisos blandos. Discontinuidad de elementos rígidos de una planta a otra en forma brusca.


1. SIMPLICIDAD Y SIMETRIA

CRITERIOS DE ESTRUCTURACIÓN DE EDIFICIOS

1. SIMPLICIDAD Y SIMETRIA


2. RESISTENCIA Y DUCTILIDAD Las estructuras deben tener resistencia sísmica adecuada en

todas las direcciones, por lo menos en dos direcciones ortogonales, de tal manera que garantice la estabilidad tanto de la estructura como un todo, como de cada uno de sus elementos.

La ductilidad depende de la carga aplicada al elemento, este efecto actúa en forma diferente, según el tipo de material constituyente.


2. RESISTENCIA Y DUCTILIDAD


3. UNIFORMIDAD Y CONTINUIDAD

La estructura debe ser continua tanto en planta como en elevación con elementos que no cambien bruscamente de rigidez, de manera de evitar concentraciones de esfuerzos.


4. RIGIDEZ LATERAL Para que una estructura

pueda resistir fuerzas horizontales sin tener deformaciones importantes será necesario proveerla de elementos estructurales que aporten rigidez lateral en sus direcciones principales


5. DIAFRAGMA RIGIDO En los análisis es usual considerar

como hipótesis básica la existencia de una losa rígida en su plano, que permite la idealización de la estructura como una unidad, donde las fuerzas horizontales aplicadas pueden distribuirse en las columnas y muros de acuerdo a su rigidez lateral, manteniendo todas una misma deformación lateral para un determinado nivel.


El Diseño en Concreto Armado:• En el diseño por flexión buscar la falla por tracción,

evitando la falla por compresión, limitando la cuantía de acero a valores que proporcionen ductilidad adecuada.

• En un elemento sometido a flexión y cortante, dar mas capacidad por cortante buscando evitar la falla por cortante, esta es frágil mientras que la falla por flexión es dúctil.


EJEMPLOS DE ESTRUCTURACIÓN



Pre dimensionamiento de Losas:1. Aligerados:h = 17 cm luces menores a 4 metros.h = 20 cm luces menores a 5.5 metros.h = 25 cm luces menores a 6.5 metros.h = 30 cm luces menores a 7.5 metros.

Cuando existen tabiques de ladrillo paralelos a la dirección de las viguetas, es frecuente utilizar vigas chatas

PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Pre dimensionamiento de Losas:2. Losas macizas:h = 12 cmluces menores a 4 metros.h = 15 cmluces menores a 5.5 metros.h = 20 cmluces menores a 6.5 metros.h = 25 cmluces menores a 7.5 metros.


Pre dimensionamiento de Vigas:o Peralte del orden de 1/10 a 1/12 de la luz libre.o El ancho puede variar entre 0.3 a 0.5 mts. de altura.

Según Norma E-060, ancho mínimo 25 cm.Es recomendable considerar vigas de igual peralte en ambas direcciones.


Pre dimensionamiento de Vigas:Dimensiones usuales de vigas:• L <= 5.5 metros 25x50, 30x50• L <= 6.5 metros 25x60, 30x60, 40x60• L <= 7.5 metros 25x70, 30x70, 40x70, 50x70• L <= 8.5 metros 30x75, 40x75, 30x80, 40x80• L <= 9.5 metros 30x85, 30x90, 40x85, 40x90


Pre dimensionamiento de Columnas: Son elementos sometidos a carga axial y momento

flector, se debe considerar los efectos simultáneamente.

Si se trata de Edificaciones con un buen número de pisos, se busca una sección tal que la carga axial en servicio produzca un esfuerzo de compresión del orden de 0.45 f´c.


Pre dimensionamiento de Columnas: Si se trata de edificaciones de pocos pisos y de luces

importantes, se busca una sección con más peralte en la dirección donde el momento es crítico.

Se recomienda los siguientes criterios de pre dimensionamiento:


Pre dimensionamiento de Columnas:Para edificios que tengan muros de corte en las dos

direcciones, tal que la rigidez lateral y la resistencia van a estar principalmente controladas por los muros, las columnas se pueden dimensionar suponiendo un área igual a:Área de columna = P(servicio) / 0.45f`c


Pre dimensionamiento de Columnas:Para el mismo tipo de edificio, para las columnas con

menos carga axial, como es el caso de las exteriores o esquineras, se podrá hacer con un área igual a:Área de columna = P(servicio) / 0.35f`c


Pre dimensionamiento de Columnas:Para edificios aporticados íntegramente, para lo cual se

recomienda no exceder de 3 o 4 pisos, debería dimensionarse mediante alguna estimación del momento de sismo, demostrando la experiencia que el área necesario estará entre 1000 y 2000 cm2. (35x35, 40x40, 25x50, 30x60, 30x50, circulares de 40 o 50 cm de diámetro)


Pre dimensionamiento de Columnas: (Según Morales)


Pre dimensionamiento de Placas:La norma E 030 indica que un edificio estructurado con muros de corte, debe contar con placas que sean capaces de absorber el 80% de la fuerza cortante basal. Por ello, para pre dimensionarlas se considera usar un área total tal que el esfuerzo cortante resistente sea del orden de

El procedimiento usado es el del método estático sugerido por la norma de diseño sismo resistente, obteniendo con ello el cortante basal al cual está sometida la estructura.


Ejemplo


Engineering

1. estructuracion y predimensionamiento