Clase01 Generalidades De Las Estructuras

UNIVERSIDAD PRIVADA SAN PEDRO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL FACULTAD DE INGENIERIA CURSO DE TITULACION AREA ESTRUCTURAS

“ CONFUCIO DECIA : TAN INUTIL ES APRENDER SIN MEDITAR, COMO ES PELIGROSO PENSAR SIN ANTES HABER APRENDIDO DE OTROS”.

“ TODO PROYECTISTA QUE DESCUIDE EL CONOCIMIENTO DE SUS PRINCIPIOS, ESTA EXPUESTO A GRAVES FRACASOS.” E. Torroja

¿PARA QUE SIRVE LA ESTÁTICA ?

RESISTENCIA DE MATERIALES

ANALISIS ESTRUCTURAL CLASICO

CALCULO DE LOS GRADOS DE HIPERESTATICIDAD

ENERGÍA DE DEFORMACION INTERNA : ∫ TIPO DE ESTRUCTURA CONCEPTO ENERGÍA DE DEFORMACION (w) 1.Armaduras 2. Pórticos Fuerza Axial Fuerza Axial Flexión Corte Torsión S 2 L 2AE ʃ P 2 dx 2 AE ʃ M 2 dx 2 EI k ʃ V 2 dx 2 AG ʃ T 2 dx 2 JG

METODO DE HARDY CROSS RIGIDEZ COEFICIENTE DE DISTRIBUCION MOMENTO DE EMPOTRAMIENTO CONVENCION DE SIGNOS PARA LA DESIGNACION DE MOMENTOS

M ij = M Fi j + M º i j + (M + M ) º i j º ji M ji = M F ji + M º ji + (M + M ) º ji º ij
Evalúense los coeficientes de giro (  ij ) y momentos de empotramiento (M F ij). Llévense estos valores a un diagrama adecuado y calcúlense momentos de fijación (M i ) de cada nudo.
2. Adóptese una secuencia de recorrido de los nudos, empezando por el mayor momento de fijación para acelerar la convergencia.
3. Aplíquese a cada uno de los elementos que concurren a cada nudo y escríbanse en el diagrama los resultados obtenidos que constituyen para ese ciclo los valores Mºij.
4. Una vez recorridos todos los nudos se tiene concluido un ciclo y se repite el paso 3 una y otra vez hasta obtener convergencia en todos los nudos.
Aplíquense entonces las ecuaciones indicadas a todos los elementos, con el cual se obtendrán los momentos definitivos en cada uno de los extremos.
METODO DE KANI

ANALISIS MATRICIAL DE ESTRUCTURAS

METODO DE FLEXIBILIDAD O DE LAS FUERZAS

METODO DE RIGIDEZ O DE LOS DESPLAZAMIENTOS

CARGAS

Cargas Gravitacionales

Carga de Viento

Sismo = Fuerzas de Inercia

{ kg / m } o { t / m } { kg / m2 } o { t / m2 } { kg } o { t }

IDEALIZACIONES ESTRUCTURALES

ESTRUCTURA REAL ESTRUCTURA IDEALIZADA ENFOQUE ELEMENTAL DE LAS ESTRUCTURAS

P +P/2 -P/2 PL/4 ENFOQUE ELEMENTAL DE LAS ESTRUCTURAS

ENFOQUE DE CONJUNTO DE LAS ESTRUCTURAS

CRITERIOS DE ESTRUCTURACION

CRITERIO CLASICO, MUY DEFICIENTE PARA UN PAIS ALTAMENTE SISMICO EL TECHADO ES EN LA LUZ MAS CORTA , PERO LAS COLUMNAS TIENEN UNA MAYOR INERCIA EN EL SENTIDO TRANSVERSAL

COLUMNAS PERALTADAS EN LA DIRECCION
DE LOS PORTICOS PRINCIPALES
VIGAS PERALTADAS EN LA DIRECCION DE LOS
PORTICOS PRINCIPALES
COLUMNAS PERALTADAS
EN LA DIRECCION DE LOS
VIGAS PERALTADAS EN
LA DIRECCION DE LOS
VIGA CHATA EN LA
DIRECCION SECUNDARIA
PLANTA DE UN EDIFICIO ESTRUCTURADO CON CRITERIO CLASICO

A B C D E PLANTA CON MUCHA RIGIDEZ EN EXTREMO Y CON REDUCCION DE LOSA EN PLANTA

AREA TECHADA AREA LIBRE PLANTA DE EDIFICIO CON APARENTE SIMETRIA

b h h b EN ESTRUCTURACION SE TIENEN QUE COLOCAR LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE MANERA QUE SEAN LO MAS RESISTENTE.

junta junta junta junta BLOQUE FLEXIBLE BLOQUE RIGIDO PLANTAS IRREGULARES QUE REQUIEREN JUNTAS SISMICAS

PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES GENERALIDADES

PREDIMENSIONAMIENTO DE LOSAS
ALIGERADOS
h= 17 CMS. Luces ≤ 4mts.
h= 20 CMS. 4mts ≤ Luces ≤ 5.5mts.

L a b Lx ( A ) ( B ) W a / L W b / L P = PESO DEL TABIQUE W = P/ (Lx ) Tabique PLANTA CARGA PRODUCIDA POR UN TABIQUE

0.10 0.10 0.30 0.40 h Acero de temperatura Sección Transversal de Losa Aligerada 0.10 0.40 Vigueta Sección estructural

L1 L2 > L1 A B Eje de viguetas Doble vigueta cuando: L1= L2 L1 > 5m Aligerado unidireccional. Ejes portantes A y B

NOTA
EL DIMENSIONAMIENTO ANTERIOR ES VALIDO PARA SOBRECARGAS NORMALES ( 300 A 350 KG/M2)
PARA SOBRECARGAS MAYORES ES PROBABLE AUMENTAR EL ESPESOR DEL ALIGERADO

NORMA PERUANA –E060
OTRO CRITERIO :
h = Ln/25
PARA EVITAR CALCULAR DEFLEXIONES:
h = Ln/21

PARA LOSAS ALIGERADAS EN DOS DIRECCIONES, SE USAN CUANDO SE TIENEN PAÑOS CUADRADOS (Ln ≥ 6mts)
h= 20 CMS. 6.5mts ≤ Luces ≤ 7.5mts.
PARA LUCES MAYORES RESULTAN MAS ECONOMICOS Y LIVIANOS LA CONSTRUCCION DE LOSAS NERVADAS

LOSAS NERVADAS:
Espesor de losa generalmente 5cm
Distancias libres entre nervaduras son de 50 a 75cms. Con secciones de vigueta variable de 10 a 15cms. El peralte depende de la luz del paño, varia entre 35 y 60cm

EJEMPLO
PARA UNA DISTANCIA DE 0.70MTS. ENTRE EJES DE VIGUETAS, PODEMOS CONSIDERAR EL SIGUIENTE DIMENSIONAMIENTO:
ANCHO VARIABLE DE 10 @ 15 CMS, PERALTE 35 CMS L<7.5 MTS.

LOSAS MACIZAS:
PUEDEN SER DIMENSIONADAS CONSIDERANDO APROXIMADAMENTE ESPESORES MENORES EN 5 CMS. A LOS INDICADOS EN LA LOSA ALIGERADA

EJEMPLO
h = 12 ó 13 CMS. Para ln ≤ 4.00mts
h = 15 CMS para Para ln ≤ 5.50mts

PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS
El peralte es del orden de 1/10 a
1/12 de la luz libre.
El ancho puede variar entre el 0.3
a 0.5 de la altura
La norma indica un ancho mínimo
de 0.25m.

Dimensiones usuales de vigas:
ln ≤ 5.5m 25x50, 30x50
ln ≤ 6.5m 25x60, 30x60, 40x60
ln ≤ 7.5m 25x70, 40x70, 50x70
ln ≤ 8.5m 30x75, 40x75, 30x80, 40x80
ln ≤ 9.5m 25x50, 30x50, 40x85, 40x90
NOTA: CONFORME SE TENGA LUCES MAS GRANDES, PUEDE DISMINUIRSE EL PERALTE OBTENIDO CON LA RECOMENDACIÓN DEL DECIMO O DOCEAVO Y ES FACTIBLE CONSIDERAR 1/14 DE LUZ LIBRE, USANDO ANCHOS DE 0.5 LA ALTURA

h h h h TIPOS DE VIGAS ( h = peralte de vigas ) PERALTADA NORMAL PERALTADA INVERTIDA PERALTADA NORMAL E INVERTIDA CHATA

PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS
Deben ser dimensionadas los efectos simultáneos de carga axial y momento flector.
Actualmente la mayoría de edificaciones se diseñan con sistemas mixtos de pórticos y muros de corte.

ALGUNOS CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO
Para edificios con placas en las dos direcciones:
Área de columna = P(servicio) / (0.45 f´c)
Para el mismo edificio, las columnas exteriores o esquineras serán:
Área de columna = P(servicio) / (0.35 f´c)

Para edificios íntegramente aporticados (no mayor a 3 ó 4 pisos), se dimensionan con una estimación del momento de sismo.
La experiencia demuestra que se requieren columnas cuya área varia entre 1000 y 2000 cm2.
Para este tipo de edificios, se dispondrán columnas de 35x35, 40x40, 25x50, 30x60, 30x40, 30x50.

Se debe cuidar el peralte de las columnas exteriores en los pórticos principales, pero debe buscarse para la dirección transversal algunas columnas transversales.
Es muy útil para estos casos las columnas esquineras en forma de “L” y las exteriores en forma de “T”.

Para edificios con luces significativas (mayores a 7 u 8 mts) debe tenerse especial cuidado en las columnas exteriores, pudiendo dimensionarse el peralte de la columna en un 70 u 80% de la viga principal

PREDIMENSIONAMIENTO DE PLACAS
Las placas tienen como función absorber las fuerzas de sismo. Mientras mas placas haya, estas tomaran mayor porcentaje del cortante sísmico total.
Esto significa que si no se colocan placas, los pórticos toman el 100% del cortante sísmico.

ALGUNAS CONSIDERACIONES
PARA EDIFICIOS DE POCOS PISOS SE CONSIDERAN 15 CM DE ESPESOR.
PARA EDIFICIOS ALTOS SE PUEDE LLEGAR A OBTENER ESPESORES DE 20, 25 ó 30CM

LA VIVIENDA SISMORRESISTENTE

La vivienda sismorresistente Una vivienda sismorresistente de albañilería confinada de ladrillo está diseñada y construida para que sus muros resistan a los terremotos. Debe tener una forma simple y simétrica en planta. Sus muros resistentes deben estar muy bien construidos y siempre deben estar confinados por columnas y vigas de concreto armado. Losa aligerada Transmite toda la carga que tiene encima (su peso propio, el peso de los tabiques, muebles, personas) hacia los muros. Al estar unida con los muros permite que estos trabajen en conjunto cuando ocurra un sismo. Vigas y columnas de confinamiento Transmite al terreno las cargas de toda la estructura. Son elementos de concreto armado construidos alrededor de los muros. Muros Son los elementos más importantes de la estructura de albañilería. Sirven para transmitir toda la carga vertical de la losa aligerada a la cimentación y para resistir las fuerzas sísmicas. Los muros deben ser hechos de ladrillo macizo y estar confinados por vigas y columnas de concreto. Solamente los muros confinados resisten bien los sismos. Cimiento Transmite al terreno las cargas de toda la estructura. Sobrecimiento Transmite las cargas de los muros a la cimentación. Confina y protege a los muros del primer nivel.

NORMA TECNICA DE EDIFICACION E-030

ESCUELA NORMAL MARIANISTA LAS AMERICAS ACTUAL PABELLON “A” DE LA UPSP

ESCUELA NORMAL MARIANISTA LAS AMERICAS ACTUAL PABELLON “A” DE LA UPSP FALLA UNION VIGA - COLUMNA

SISMO DEL 31 DE MAYO DE 1970 CONJUNTO RESIDENCIAL TRABAJADORES DEL BANCO DE LA NACION (ACTUAL URBANIZACION MARISCAL LUZURIAGA) EDIFICIO DE ALBAÑILERIA SIN COLUMNAS NI VIGAS

SISMO DEL 31 DE MAYO DE 1970 MARCO DE PUERTA EN PIE

SISMO DEL 31 DE MAYO DE 1970 COLAPSO DE CONSTRUCCION DE ADOBE ESCUELA UBICADA EN PROLONGACION JOSE OLAYA

CASA DE BLOQUES DE CONCRETO AFECTADA POR COMPACTACION DIFERENCIAL Y DESPLAZAMIENTO LATERAL DE ARENA DE PLAYA LICUADAS – URB LA CALETA

Daños en un Colegio de Huaraz

RESTOS DE VIVIENDA AFECTADA POR INGRESO DE AGUA DEL MAR - AREQUIPA

APUNTALAMIENTO EN VIVIENDA PARA EVITAR COLAPSO MOQUEGUA

VIVIENDA CON PORTICOS FLEXIBLES Y MUROS CON LADRILLOS PANDERETA - MOQUEGUA

VIVIENDA CON PRIMER PISO COLAPSADO POR FLEXIBILIDAD DE PORTICOS Y AUSENCIA DE MUROS -TACNA

VIVIENDA CON PRIMER PISO COLAPSADO POR FLEXIBILIDAD DE PORTICOS Y AUSENCIA DE MUROS - TACNA

VIVIENDA COLAPSADA - TACNA

1. GENERALIDADES Artículo 1 NOMENCLATURA

Artículo 2 Alcances Se aplica al diseño de todas las edificaciones nuevas, a la evaluación y reforzamiento de las existentes y a la reparación de las que resultaren dañadas por la acción de los sismos

Artículo 3 Filosofía y Principios del diseño sismorresistente
Evitar pérdidas de vidas
Asegurar la continuidad de los servicios básicos
Minimizar los daños de la propiedad

Artículo 4 Presentacion del Proyecto
Los planos del proyecto estructural deberá contener como mínimo la siguiente información :
Sistema estructural sismorresistente
Parámetros para definir la fuerza sísmica o el espectro de diseño
Desplazamiento máximo del último nivel y el máximo desplazamiento relativo de entrepiso

CAPITULO 2. PARAMETROS DE SITIO Artículo 5 Zonificación ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3 Zonas Sísmicas Norma 2003 Z=0.4 Z=0.3 Z=0.15

Artículo 6 Condiciones locales 6.1 Microzonificación sísmica Estudios de sitio a. Microzonificación sísmica b. Estudios de sitio

6.2 Condiciones Geotécnicas Los perfiles de suelo se clasifican tomando en cuenta las propiedades mecánicas del suelo, el espesor del estrato, el período fundamental de vibración y la velocidad de propagación de las ondas de corte a. Perfil tipo S 1 : Roca o suelos muy rígidos b. Perfil tipo S 2 : Suelos intermedios c. Perfil tipo S 3 : Suelos flexibles d. Perfil tipo S 4 : Condiciones excepcionales

(*) Los valores de Tp y S para este caso seran establecidos por el especialista, pero en ningún caso serán menores que los especificados para el perfil tipo S3 TABLA N°2 Parámetros de sitio Tipo Descripción Tp (s) S s1 Roca o suelos rígidos 0,4 1,0 s2 Suelos intermedios 0,6 1,2 s3 Suelos flexibles 0,9 1,4 s4 Condiciones excepcionales * *

Artículo 7 Factor de Amplificación Sísmica Se define por la siguiente expresión : C = 2,5 . ( Tp / T ) ; C ≤ 2,5 Este coeficiente se interpreta como el factor de la amplificación de la respuesta estructural respecto de la aceleración del suelo.

CAPITULO 3. REQUISITOS GENERALES Artículo 8 Aspectos Generales
Cuando sobre un elemento de la estructura, muro o pórtico, actúa una fuerza de 30 % o más del total de la fuerza horizontal en cualquier entrepiso, dicho elemento deberá diseñarse para el 125% de dicha fuerza.

Artículo 9 Concepción Estructural Sismorresistente
Simetría Los efectos de la simetría no sólo se refieren a la forma del conjunto del edificio sino también a los detalles de su diseño y construcción. Según investigaciones, el comportamiento sísmico de edificios es sensible a variaciones muy pequeñas de la simetría.
La simetría va desde la simple geometría de la forma exterior hasta las distribuciones internas de elementos resistentes y componentes no estructurales.

Distribución y Concentración En un edificio con resistencia bien distribuida, los elementos compartirán igualmente las cargas.

DENSIDAD DE LA ESTRUCTURA EN PLANTA Se define como el área total de todos los elementos estructurales verticales (columnas, muros, arriostres) dividida entre el área bruta del piso. En los edificios construidos en siglos pasados el tamaño y la densidad de los elementos estructurales son bastantes mayores que los de los edificios actuales. El factor principal que da a los edificios antiguos cierto grado de resistencia sísmica, usualmente es su configuración.

CATEGORIAS DE EDIFICACIONES EDIFICACIONES ESENCIALES. EDIFICACIONES IMPORTANTES. EDIFICACIONES COMUNES. EDIFICACIONES MENORES. Se presenta una mayor exigencia en la categorización de las edificaciones como centros educativos y hospitales, debido a que su función no debe interrumpirse inmediatamente después del sismo. ARTICULO 10

EDIFICACIONES ESENCIALES : FACTOR U : 1,5

EDIFICACIONES IMPORTANTES : FACTOR U : 1,3

EDIFICACIONES COMUNES : FACTOR U : 1,0

EDIFICACIONES MENORES : FACTOR U : (*)

“ Estructuras Regulares ” Se diseña en 2 direcciones ortogonales Artículo 11 Concepción Estructural Sismorresistente

“ Estructuras Irregulares”
Se diseña en la dirección que resulte más desfavorable para cada elemento

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

Irregularidad de Rigidez Piso Blando”
La suma de áreas de secciones transversales de elementos verticales de un piso es menor de 85% del piso superior

Sin daños daños

Irregularidad de Masa “Se considera que existe irrregularidad de masa cuando la masa de un piso es mayor que el 150% de la masa de un piso adyacente. No es aplicable en azoteas.” Se busca distribución uniforme de la masa como requisito para conseguir una adecuada respuesta sísmica. En los pisos que tienen mayor masa la fuerza sísmica es también mayor. Esta condición es más grave cuando la concentración de la masa ocurre en los últimos pisos ocasionando momentos de volteo.

Irregularidad Geométrica Vertical “La dimensión en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 130% de la correspondiente dimensión en un piso adyacente. No es aplicable en azoteas ni en sótanos”. Los tres más comunes son: -Los requisitos de zonificación en que los pisos superiores se escalonan hacia atrás para conservar la luz y el aire en los lugares adyacentes. - L os requisitos de programa cuando se necesitan pisos más pequeños a niveles más altos, y - L os requisitos de estilo relacionados con la forma volumétrica del edificio.

Discontinuidad en los Sistemas Resistentes “Desalineamiento de elementos verticales, tanto por un cambio de orientación, como por un desplazamiento de magnitud mayor que la dimensión del elemento.” Es importante que las fuerzas sigan trayectorias regulares y directas a través de líneas de resistencia continuas hasta alcanzar la cimentación. Estas líneas de resistencia las proporcionan los elementos verticales sismorresistentes. S e puede incluir la irregularidad impuesta por los muros de corte discontinuos, lo cual requiere suficiente rigidez de la losa para transmitir los esfuerzos de corte del muro hacia los elementos verticales del nivel inferior

REDUCCIONES BRUSCAS INDESEABLES DE LAS DIMENSIONES DE LA PLANTA EN PISOS SUPERIORES DE EDIFICIOS

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA

Irregularidad Torsional “Se considerará sólo en edificios con diafragmas rígidos. En cada una de las direcciones de análisis, el desplazamiento relativo máximo entre dos pisos consecutivos es mayor que 1.3 veces el desplazamiento relativo de los centros de masas.” Esta verificación no puede efectuarse sin antes haber llevado a cabo el análisis sísmico. Se ha observado que la torsión en planta constituye una de las causas comunes de colapsos, principalmente en edificaciones de planta rectangular con muros en tres lados del perímetro.

FORMAS ASIMETRICAS EN PLANTA QUE SON INDESEABLES POR TENDER A PRODUCIR VIBRACION TORSIONAL

Esquinas Entrantes “La configuración en planta y el sistema resistente de la estructura, tienen esquinas entrantes, cuyas dimensiones en ambas direcciones, son mayores que el 20% de la correspondiente dimensión total en planta.” Las configuraciones con esquinas entrantes plantean dos problemas: - Se produce una concentración local de esfuerzos en la esquina entrante, - L a torsión. Se produce porque el centro de masa y el centro de rigidez no pueden coincidir geométricamente para todas las posibles direcciones de un sismo. Esto provoca rotación, que tenderá a distorsionar la forma.

PLANTAS CON ESQUINAS ENTRANTES INDESEABLES

Discontinuidad del Diafragma “Diafragma con discontinuidades abruptas o variaciones en rigidez, incluyendo áreas abiertas mayores a 50% del área bruta del diafragma. La rigidez de un diafragma con discontinuidades abruptas o aberturas significativas puede ser insuficiente para redistribuir la carga horizontal, durante un sismo, de elementos estructurales más débiles o dañados del edificio hacia los elementos más fuertes o hacia aquéllos que sufren menor daño.

SE CLASIFICAN LOS MATERIALES Y EL SISTEMA DE ESTRUCTURACION SR PREDOMINANTE EN CADA EN CADA DIRECCION. SE USA UN COEFICIENTE DE REDUCCION DE LA FUERZA SISMICA (R) Artículo 12 Sistemas Estructurales

Coeficiente de Reducción “R”

Artículo 13 Categoría , Sistema estructural y Regularidad de la edificaciones

Sistemas inestables de muros cr cr cr

Sistemas estables de muros cr cr cr

El criterio más importante es la seguridad de las personas

Edificios con rótulas en vigas (es lo deseable)

Edificios con rótulas en columnas (no es lo deseable)

Sismo = Fuerzas laterales

Respuesta espectral

PROCESO CICLICO DEL ANALISIS Y DISEÑO ANALISIS ESTRUCTURAL DISEÑO PRELIMINAR DISEÑO FINAL DISEÑO ESTRUCTURAL CALCULO DE  i  i <  máx.  i <  máx. Ci = mínimo si no

EL INGENIERO ESTRUCTURAL SE PUEDE DEFINIR HACIENDO UNA SIMILITUD CON MIGUEL ANGEL: “ LIBERAR AL DAVID QUE ESTA DENTRO DEL BLOQUE DE MARMOL.” ASI, LA LABOR DEL INGENIERO ES ENCONTRAR EL ESQUELETO RESISTENTE DENTRO DEL VOLUMEN PLANTEADO.

Dice Hoover: “La ingeniería es una gran profesión. Prepararse para ejercerla implica una formación en las ciencias exactas. Esa formación conduce a una actuación en el marco de la verdad y de la ética. Sería bueno para el mundo que muchos hombres comenzaran su vida con esa formación mental, aunque luego no fueran ingenieros. Pero quien ingresa a la ingeniería y la convierte en la tarea de su vida debe asegurarse que posee imaginación y creatividad; sin ellas la profesión se hunde en el comercio.
A diferencia del médico el ingeniero no ejerce entre los débiles.
A diferencia del militar su propósito no es la destrucción.
Los conflictos no son su tarea diaria como sí lo son para el abogado.
Al ingeniero le toca vestir los fríos huesos de la ciencia con vida, seguridad, confort y esperanza para servir a todos los hombres”.

...Y A VECES, EL PROCESO DE DISEÑO ES MUY INNOVADOR Y ES FACIL DISTINGUIR ARQUITECTURA DE LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. ESTRUCTURAL

MUCHAS GRACIAS ...

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Clase01 Generalidades De Las Estructuras

by oswchavez

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