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. UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 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: UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 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) UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ▪ 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: UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ▪ 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 UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ▪ 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. UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 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.