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01 - PREDIMENSIONAMIENTO

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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA CIVIL-FIA-UAC
GUÍA DE ENSAYO: “PREDIMENSIONAMIENTO”
PRÁCTICA DE LA ASIGNATURA DE
GUÍA DE ENSAYO N.º
:
:
Concreto Armado
01
TEMA
:
JEFE(S) DE PRÁCTICA
REFERENCIAS
:
:
Predimensionamiento de elementos de
concreto armado.
Ing. Victor Joseph Arteaga Escobar
Sílabo de la asignatura.
I.
MARCO NORMATIVO O PROCEDIMENTAL:
▪ Norma E.020 Cargas (2006). Reglamento Nacional de Edificaciones. Ministerio de Vivienda y
Construcción. Lima, Perú.
▪ Norma E.030 Diseño Sismorresistente (2018). Reglamento Nacional de Edificaciones. Ministerio de
Vivienda y Construcción. Lima, Perú.
▪ Norma E.050 Suelos y Cimentaciones (2018). Reglamento Nacional de Edificaciones. Ministerio de
Vivienda y Construcción. Lima, Perú.
▪ Norma E.060 Concreto Armado (2009). Reglamento Nacional de Edificaciones. Ministerio de
Vivienda y Construcción. Lima, Perú.
II.
OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Comprender los criterios tomados para la estructuración del edificio
estudiado y Predimensionar elementos de concreto armado de una edificación.
III.
EQUIPOS PERSONALES:
▪ Computadora, Hoja de Cálculo, hoja de procesamiento de texto y Software Etabs.
IV.
FUNDAMENTO TEÓRICO:
▪ ESTRUCTURACIÓN:
Se realiza después de analizar y entender la Arquitectura del proyecto (Plantas, Cortes, Fachada,
Concepto, etc.)
La estructuración es un proceso en el que se decide cuáles elementos estructurales se utilizarán y
dónde estarán dispuestos en el espacio.
Estructurar un edificio significa tomar decisiones en conjunto con los otros profesionales que
intervienen en la obra (Arquitecto, Ingenieros de Instalaciones, etc.) acerca de la disposición y
características que deben tener los diferentes elementos estructurales, de manera que el edificio
tenga un buen comportamiento durante su vida útil; esto es, que tanto las cargas permanentes (peso
propio, acabados, etc.) como las eventuales (sobrecarga, sismo, viento, etc.), se transmitan
adecuadamente hasta el suelo de cimentación. En este proceso se busca los siguientes objetivos:
o ECONOMÍA:
Deberá colocarse los elementos estructurales estrictamente indispensables; por ejemplo, se
sabe que las placas son los mejores elementos sismorresistentes, sin embargo, no deben
emplearse en gran cantidad porque son costosas. Por otro lado, si en un edificio de mediana
altura (hasta de 5 pisos) abundasen los tabiques de albañilería, será conveniente convertirlos en
muros estructurales.
o ESTÉTICA:
En lo posible deberá respetarse la arquitectura del edificio.
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o
o
▪
FUNCIONABILIDAD:
La estructura no debe restar el carácter funcional al que los ambientes están destinados. Por
ejemplo, si un edificio tiene cocheras en su parte baja, los elementos estructurales verticales no
deben estorbar el paso de los vehículos. Asimismo, si un edificio está destinado a prestar
servicios vitales (hospital, posta médica, estación de bomberos, etc.), deberá seguir funcionando
después que se produzca un sismo severo, de lo contrario, no se podrá atender a los heridos o
sofocar los incendios que generalmente ocurren después de un gran terremoto.
SEGURIDAD:
Sobre los tres objetivos anteriores el que debe primar es el de seguridad, a fin de que el edificio
sea capaz de soportar todo tipo de solicitación, sin que se produzca de ninguna manera el
colapso. Al respecto, en nuestra Norma Sísmica se especifica: que los sismos leves no deben
originar ningún daño; que los sismos moderados pueden causar daños en los elementos no
estructurales (tabiques, acabados etc.) y daños leves en los elementos estructurales; mientras
que los terremotos severos pueden producir grandes daños en los elementos estructurales, pero
que no comprometan la seguridad del edificio.
CRITERIOS DE ESTRUCTURACIÓN GENERALES:
✓ Simetría: Distribución proporcional en planta de los elementos sismorresistentes.
✓ Resistencia lateral: El sistema sismorresistente debe ser capaz de proporcionar una
resistencia lateral mínima ante las cargas de sismo reducidas con el factor R.
✓ Rigidez lateral: El sistema sismorresistente debe ser lo suficientemente rígido para limitar los
daños en elementos estructurales y algunos elementos no estructurales.
✓ Regularidad: La estructura debe evitar, en lo posible, las irregularidades. Pues mientras más
regular sea, los resultados del análisis sísmico son más fiables y el comportamiento de la
estructura es más predecible.
✓ Redundancia estructural: Se procura tener muchos ejes sismorresistentes.
V.
MUESTRA, EQUIPOS Y HERRAMIENTAS
▪ EQUIPO Y HERRAMIENTAS:
o Computadora.
o Plano de Edificación de 5 pisos y 1 sótano.
▪
VI.
SOFTWARE:
o Etabs v.20.
o Hoja de Cálculo Excel.
o Procesador de Texto Word.
o AutoCAD 2022.
PROCEDIMIENTO
▪ PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS:
 El predimensionamiento clásico de columnas se basa en limitar el esfuerzo del concreto ante
cargas de servicio.
 Para columnas que forman parten un edificio con sistema estructural de muros de concreto
armado se recomienda:
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
Para columnas exteriores se recomienda utilizar la siguiente formula:
𝑃𝑠𝑒𝑟𝑣
𝑃
≤ 0.45𝑓 ′ 𝑐
𝐴𝑔 ≤ 𝑠𝑒𝑟𝑣′
𝐴𝑔
0.45𝑓 𝑐


Adicionalmente, se sugiere revisar otra relación basada en la capacidad última a compresión.
Se trata de cuidar que la carga axial última, Pu, para la combinación de cargas de gravedad
sea menor a la resistencia de diseño a la compresión última:

Se analiza el caso de la columna ubicada entre los ejes C/3.
𝐴𝑡𝑠𝑜𝑡 = 34.2 × 1 = 34.2 𝑚2
𝐴𝑡𝑠𝑢𝑝 = 20.7 × 5 = 103.5 𝑚2
𝐴𝑡𝑡𝑜𝑡 = 137.7 𝑚2

Para realizar la primera estimación rápida se asumirá que Pser/A=1.2 tonf/m2 (Es a partir de
la estimación que el peso sísmico por m2 esta alrededor de 1.1 tonf/m2)
𝐴𝑔𝑟𝑒𝑞 =
𝑃𝑠𝑒𝑟𝑣
137.7 𝑚2 ∗ 1200 𝑘𝑔𝑓/𝑚2
=
0.45 × 𝑓′𝑐
0.45 ∗ 210 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2
𝐴𝑔𝑟𝑒𝑞 =



165240 𝑘𝑔𝑓
= 1748.6 𝑐𝑚2
94.5 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2
Por lo tanto, se escoge una sección de 30 x 70 cm, que constituye un área de Ag=2100 cm2.
Aproximadamente un 20% más de lo requerido.
Para la segunda estimación, se considera que Pult=Pserv * 1.55
𝑃𝑢𝑙𝑡 = 𝑃𝑠𝑒𝑟𝑣 ∗ 1.55 = 165.24 ∗ 1.55 = 256.12 𝑡𝑛𝑓
𝑓’𝑦 = 4200 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2
𝑓’𝑐 = 210 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2
𝐴𝑔 = 30 𝑥 70 = 2100 𝑐𝑚2
𝐴𝑠𝑡 = 1% (1800) = 18 𝑐𝑚2 (Acero mínimo)
Ф𝑃𝑜 = 0.7[0.8 ∗ (0.85 ∗ 210 ∗ (1800 − 18) + 4200 ∗ 18)]
= 257208.84 𝑘𝑔𝑓 = 257.21 𝑇𝑛𝑓
Se debe cumplir que Фpo > Pult => Ok
257.21 𝑇𝑛𝑓 ≥ 256.12 𝑡𝑛𝑓 (Entonces el predimensionamiento es correcto)
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▪
PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS:
 El predimensionamiento de vigas se basa en la luz por cubrir y las condiciones de continuidad
en sus extremos.
 Para S/C menores a 300 kgf/m² se pueden utilizar las siguientes relaciones:

Se analiza el caso de la viga del eje 4 comprendida entre los ejes E/F.


El caso constituye una viga de continuidad por 1 extremo
Considerando que la sobrecarga típica es de 200 kgf/m2 se
procede a realizar el predimensionamiento
6.10 𝑚
𝐻=
= 0.56 𝑚
11
Se escoge un peralte de 0.60 m
Para la base se opta por la siguiente relación:
𝐵 = 0.5 ∗ 𝐻 = 0.5 ∗ 0.60 = 0.30 𝑚.
Se escoge un peralte de 0.35 por uniformidad de vigas.
Las dimensiones escogidas suelen cumplir y exceder el
predimensionamiento. El resultado final obedece al final de
iteración del análisis sísmico y verificación de diseñabilidad
de elementos.




▪
PREDIMENSIONAMIENTO DE LOSAS ALIGERADAS EN 01 DIRECCIÓN (1D):
 El predimensionamiento de las losas aligeradas convencionales en 1D se basa en se basa en
la luz por cubrir y las condiciones de continuidad en sus extremos.
 Para S/C menores a 300 kgf/m² se pueden utilizar las siguientes relaciones:

Se analiza el caso del paño ubicado entre los ejes
3/4 con E.

El caso constituye una losa con continuidad por los
dos extremos
Considerando que la sobrecarga típica es de 200
kgf/m2
se
procede
a
realizar
el
predimensionamiento
4.85 𝑚
𝐻=
= 0.194 𝑚
25
Se escoge un peralte de 0.20 m
Para la base se opta la sección típica de una losa
aligerada considerando en relleno que se va a
utilizar:



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▪
PREDIMENSIONAMIENTO DE LOSAS ALIGERADAS EN 02 DIRECCIONES (2D):
 Se recomienda usar cuando las dimensiones de la losa superan los 06 metros.
 El predimensionamiento de las losas aligeradas en 2D se basa en el perímetro del paño.
 Para S/C menores a 300 kgf/m² se pueden utilizar las siguientes relaciones:





▪
Hay que tener en cuenta que para usar una losa aligerada en 2 direcciones el paño debe tener
una relación de aspecto 1<b/a<1.5. Así, se logra la máxima eficiencia en dos direcciones.
Para una relación b/a mayor a 2 prácticamente la losa se comportará en 1 dirección (la corta,
por lo que no tendría sentido su uso y se deberá de
buscar otra solución.
Se analiza el caso del paño ubicado entre los ejes 3/4
con E/F
Considerando que la sobrecarga típica es de 200
kgf/m2 se procede a realizar el predimensionamiento
(6.75 + 6.10) ∗ 2
𝑃
𝐻=
=
= 0.194 𝑚
130
130
(6.75 + 6.10) ∗ 2
𝑃
𝐻=
=
= 0.257 𝑚
100
100
Debido a que existe una importante densidad de
tabiquería en el paño se considera prudente utilizar
una losa de peralte de 25 cm
PREDIMENSIONAMIENTO DE LOSAS MACIZA:
 Se recomienda usar para losas macizas con cargas totales q entre 600 y 1000 Kg/m², cercanas
a aberturas para rigidizar o en el caso que elementos crucen las viguetas de una losa aligerada.
 El predimensionamiento de las losas macizas se pueden utilizar las siguientes relaciones:
𝑙𝑚 =
(𝑙𝑥 + 𝑙𝑦 )
2
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▪
PREDIMENSIONAMIENTO DE MUROS DE CONCRETO:
 Se recomienda usar cuando se necesitar rígidas en alguna dirección la edificación. Para el caso
de edificaciones de 5 a mas niveles es obligatorio el uso, así como para edificaciones
importantes.







a) Buena ubicación, pero puede restringir el uso arquitectónico.
b) Eficiencia para resistir esfuerzos torsionales
c) Exagerada respuesta torsional
d) Orden ideal, genera simetría de rigidez y distribución de masas.
e) Mala distribución.
Para el predimensionamiento se recomienda usar las tablas del ACI:
En el caso que sea estructural, el espesor debe ser
el mayor de 10 cm o la longitud no soportada entre
25 (la altura del piso a la base de losa del siguiente
nivel).
En el caso de que no sea estructural, el espesor debe
ser mayor de 10 cm o la longitud no soportada entre
30.
En el caso de que se dé fundación o muros de sótano
debe ser mayo a 20 cm.
Se analiza el caso del paño ubicado entre los ejes 4
con F
El predimensionamiento de los muros de concreto se pueden utilizar el primer caso de la tabla
anterior:
𝑙𝑛𝑠
10 𝑐𝑚 ≤
25
(400 − 20)
10 𝑐𝑚 ≤
= 15 𝑐𝑚
25
En este caso se utilizará 25 cm, debido a que la arquitectura lo permite y el control de derivas.
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
Como una aproximación, se podría indicar que los muros de concreto tienen una relación de
1:6 en espesor y largo.
VII.
FORMATOS PARA LA TOMA Y/O PROCESAMIENTO DE DATOS:
▪ Hojas de cálculo elaborados en clases.
VIII.
RESULTADOS
Elementos de concreto armado predimensionados y uniformizados, se deberá dibujar en un plano.
IX.
CUESTIONARIO SOBRE LOS RESULTADOS OBTENIDOS.
1) ¿Los elementos estructurales se adecuan a la arquitectura?
2) ¿Para qué sirve el predimensionamiento?
3) ¿Cómo se puede distinguir una columna de un muro de concreto?
X.
CONCLUSIONES/COMENTARIOS:
Indicar que conclusiones se obtiene del predimensionamiento y comentario sobre el procedimiento.
XI.
BIBLIOGRAFÍA
▪ Diseño de estructuras de concreto armado (2002). Teodoro E. Harmsen. Pontificia Universidad
Católica del Perú. Fondo Editorial. Tercera Edición. Lima, Perú.
▪ Diseño en concreto armado (2004). Roberto Morales Morales. ICG. Lima, Perú.
▪ Manual de estructuras ilustrados (2009). Francis D. K. Ching, Barry Onouye, Douglas Zuberbuhler.
Editorial Gustavo Gili. Barcelona, España.
▪ Norma E.020 Cargas (2006). Reglamento Nacional de Edificaciones. Ministerio de Vivienda y
Construcción. Lima, Perú.
▪ Norma E.030 Diseño Sismorresistente (2018). Reglamento Nacional de Edificaciones. Ministerio de
Vivienda y Construcción. Lima, Perú.
▪ Norma E.050 Suelos y Cimentaciones (2018). Reglamento Nacional de Edificaciones. Ministerio de
Vivienda y Construcción. Lima, Perú.
▪ Norma E.060 Concreto Armado (2009). Reglamento Nacional de Edificaciones. Ministerio de
Vivienda y Construcción. Lima, Perú.
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