PREGUNTAS CONDUCTORAS:

Transcripción

1 PREGUNTAS CONDUCTORAS: 1.- Qué y cuáles son las cargas accidentales? 2.- Qué papel tiene la Cimentación en un Sistema Estructural? 3.- A qué se le denomina bajada de cargas? 4.- Explica que son las losas en una y dos direcciones

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3 CARGAS ACCIDENTALES Definición: Existen cargas que desde el punto de vista de su permanencia, no pueden ser clasificadas como vivas o muertas debido a que no son producidas por la acción de la gravedad, sino que se distinguen por no tener carácter permanente. A estas cargas las llamamos cargas accidentales.

4 Cargas vivas o cargas muertas. Cargas accidentales Se representan generalmente de manera vertical, hacia abajo. Estas cargas accidentales se colocan de manera que incidan horizontalmente en la estructura, como intentando provocar volteo.

5 CARGAS ACCIDENTALES DE ACUERDO AL CÓDIGO REGLAMENTARIO DEL ESTADO DE PUEBLA Artículo 973. ACCIONES ACCIDENTALES: Se consideran acciones accidentales las siguientes: I. SISMO: Las acciones dinámicas o sus equivalentes estáticas debidas a sismos, deberán considerarse en la forma que se especifica en la (sic) apartado relativo a Diseño por Sismo del presente Capítulo. II. VIENTO: Las acciones estáticas y dinámicas debidas al viento, se determinarán en la forma que se especifica en el apartado relativo a Diseño por Viento; III. OTRAS ACCIONES ACCIDENTALES: Estas serán explosiones, incendios y otras acciones que puedan ocurrir en casos extraordinarios. En general, no será necesario incluirlas en el diseño formal, sino únicamente tomar precauciones, en la estructuración y en los detalles constructivos, para evitar comportamiento.

6 CARGAS ACCIDENTALES: VIENTO -> Una estructura sometida a la acción del viento experimenta una fuerza de empuje en el lado donde actúa el viento y una succión por el lado contrario. -> Las cargas horizontales del viento se transmiten a la cimentación del edificio por medio de flexión, con uno de los lados del edificio soportando fuerzas de tensión y la otra fuerza de compresión, por lo que es necesario contemplar los refuerzos especiales para aumentar la resistencia a la flexión cerca de la base.

7 Cargas accidentales: viento Se basa en: La zona de construcción Como: -Ubicación de la estructura. -De su altura. -Del área expuesta y de la posición. El efecto del viento sobre una estructura depende de: -La densidad y velocidad del aire. -Del ángulo de incidencia del viento. -De la forma y de la rigidez de la estructura. - De la rugosidad de la superficie de la estructura. Se manifiesta como: Presiones y succiones En las NTC- Viento del RCDF-87 se especifica el cálculo de estas presiones de acuerdo a las características de la estructura.

8 CARGAS ACCIDENTALES: VIENTO En general ni se especifican normas de diseño para el efecto de huracanes o tornados, debido a que se considera incosteable el diseño contra estos efectos; sin embargo, se sabe que el detallado cuidadoso del refuerzo, y la unión de refuerzos en los sistemas de piso con muros mejora notablemente su comportamiento.

9 CARGAS ACCIDENTALES: SISMO Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interacción del movimiento del suelo y las características de respuesta de la estructura. Esas cargas resultan de la distorsión en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de ésta. Sus magnitudes dependen de la velocidad y tipo de aceleraciones del suelo, así como de la masa y rigidez de la estructura.

10 El objetivo del diseño sísmico de las estructuras: Lograr las tres características que rigen el buen comportamiento sísmico: Resistencia, rigidez y ductilidad.

11 Efectos de los sismos en las estructuras: Un latigazo generador de fuerzas de inercia Se calcula a partir de la expresión: F8= m(a) en donde: F8 = Fuerza sísmica m = masa de la construcción a = aceleración sísmica La inercia produce efectos mecánicos en las estructura: flexiones, cortantes, torsiones Interviene también la respuesta dinámica, la rigidez, amortiguamiento y ductilidad de la estructura. Es posible calcular el cortante V8 que actúa en la base de la construcción, por medio de: V8 = C8p En donde: V8= Cortante basal C8= a/g = coeficiente sísmico (adimensional) P = peso de la construcción

12 Amortiguamiento critico en los sismos En una estructura cuando, al separarla de su posición original, no oscila sino que regresa a la posición de equilibrio. Las estructuras suelen tener amortiguamientos del orden del 3 % al 10 % del critico. Depende de: Los materiales empleados en la construcción, de las conexiones y de los elementos no estructurales. Siendo menor el de las estructuras de acero soldadas y mayor el de las estructuras de concreto y mampostería.

13 DUCTILIDAD EN LOS SISMOS Ductilidad: Es la capacidad de la estructura para soportar grandes deformaciones inelásticas sin fallar ni reducir su capacidad de carga. Por ejemplo, un puente.

14 Capítulo III De los Criterios del Diseño Estructural ARTÍCULO Toda edificación debe contar con un sistema estructural que permita el flujo adecuado de las fuerzas que generan las distintas acciones de diseño, para que dichas fuerzas puedan ser transmitidas de manera continua y eficiente hasta la cimentación. Debe contar además con una cimentación que garantice la correcta transmisión de dichas fuerzas al subsuelo.

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16 ARTÍCULO En el diseño de toda estructura deben tomarse en cuenta los efectos de las cargas muertas, de las cargas vivas, del sismo y del viento, cuando este último sea significativo. Las intensidades de estas acciones que deban considerarse en el diseño y la forma en que deben calcularse sus efectos se especifican en las Normas correspondientes. Cuando sean significativos, deben tomarse en cuenta los efectos producidos por otras acciones, como los empujes de tierras y líquidos, los cambios de temperatura, las contracciones de los materiales, los hundimientos de los apoyos y las solicitaciones originadas por el funcionamiento de maquinaria y equipo que no estén tomadas en cuenta en las cargas especificadas en las Normas correspondientes.

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18 CAPÍTULO XII DE LAS PRUEBAS DE CARGA ARTÍCULO Será necesario comprobar la seguridad de una estructura por medio de pruebas de carga en los siguientes casos: I. En las obras provisionales o de recreación que puedan albergar a más de 100 personas II. Cuando no exista suficiente evidencia teórica o experimental para juzgar en forma confiable la seguridad de la estructura en cuestión III. Cuando la Delegación previa opinión de la Secretaría de Obras y Servicios lo determine conveniente en razón de duda en la calidad y resistencia de los materiales o en cuanto al proyecto estructural y a los procedimientos constructivos. La opinión de la Secretaría tendrá el carácter de vinculatorio.

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20 ARTÍCULO Para realizar una prueba de carga mediante la cual se requiera verificar la seguridad de la estructura, se seleccionará la forma de aplicación de la carga de prueba y la zona de la estructura sobre la cual se aplicará, de acuerdo con las siguientes disposiciones: I. Cuando se trate de verificar la seguridad de elementos o conjuntos que se repiten, bastará seleccionar una fracción representativa de ellos, pero no menos de tres, distribuidas en distintas zonas de la estructura II. La intensidad de la carga de prueba deberá ser igual a 85% de la de diseño incluyendo los factores de carga que correspondan III. La zona en que se aplique será la que produzca los efectos más desfavorables, en los elementos o conjuntos seleccionados

21 IV. Previamente a la prueba se someterán a la aprobación de la Secretaría de Obras y Servicios, el procedimiento de carga y el tipo de datos que se recabarán en dicha prueba, tales como deflexiones, vibraciones y agrietamientos V. Para verificar la seguridad ante cargas permanentes, la carga de prueba se dejará actuando sobre la estructura no menos de 24 horas VI. Se considerará que la estructura ha fallado si ocurre una falla local o incremento local brusco de desplazamiento o de la curvatura de una sección. Además, si 24 horas después de quitar la sobrecarga la estructura no muestra una recuperación mínima de 75 % de su deflexión, se repetirá la prueba VII. La segunda prueba de carga no debe iniciarse antes de 72 horas de haberse terminado la primera

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23 VIII. Se considerará que la estructura ha fallado si después de la segunda prueba la recuperación no alcanza, en 24 horas, el 75 % de las deflexiones debidas a dicha segunda prueba. IX. Si la estructura pasa la prueba de carga, pero como consecuencia de ello se observan daños tales como agrietamientos excesivos, debe repararse localmente y reforzarse. Podrá considerarse que los elementos horizontales han pasado la prueba de carga, aún si la recuperación de las flechas no alcanzaran en 75 %, siempre y cuando la flecha máxima no exceda de 2 mm + L 2 /(20,000h), donde L, es el claro libre del miembro que se ensaye y h su peralte total en las mismas unidades que L; en voladizos se tomará L como el doble del claro libre. X. En caso de que la prueba no sea satisfactoria, debe presentarse a la Delegación un estudio proponiendo las modificaciones pertinentes, el cual será objeto de opinión por parte de la Secretaría de Obras y Servicios. Una vez realizadas las modificaciones, se llevará a cabo una nueva prueba de carga

24 XI. Durante la ejecución de la prueba de carga, deben tomarse las medidas necesarias para proteger la seguridad de las personas. El procedimiento para realizar pruebas de carga de pilotes será el incluido en las Normas. XII. Cuando se requiera evaluar mediante pruebas de carga la seguridad de una edificación ante efectos sísmicos, deben diseñarse procedimientos de ensaye y criterios de evaluación que tomen en cuenta las características peculiares de la acción sísmica, como son la aplicación de efectos dinámicos y de repeticiones de carga alternadas. Estos procedimientos y criterios deben ser aprobados por la Secretaría de Obras y Servicios.

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26 BAJADA DE CARGAS a)losas en una dirección. b)losas en dos direcciones.

27 BAJADA DE CARGAS Es el proceso de transmitir cargas, partiendo del elemento más simple, como es la losa hasta llegar a la cimentación, esto a través de las columnas.

28 PASOS PARA BAJADAS DE CARGAS IDENTIFICAR LAS LOSAS ANÁLISIS DE CARGAS OBTENCION DE ÁREAS BAJADA DE CARGAS

29 REGLA GENERAL: Como regla general, al hacer bajada de cargas debe pensarse en la manera como se apoya un elemento sobre otro; por ejemplo (ver la Fig. 1.1), las cargas existentes en un nivel se transmiten a través de la losa del techo hacia las vigas (o muros) que la soportan, luego, estas vigas al apoyar sobre las columnas, le transfieren su carga; posteriormente, las columnas transmiten la carga hacia sus elementos de apoyo que son las zapatas; finalmente, las cargas pasan a actuar sobre el suelo de cimentación. Fig. 1.1

30 Losas en una dirección

31 LOSAS Se denomina como losas a los elementos estructurales bidimensionales, en donde la tercera dimensión es pequeña comparada con las otras dos dimensiones básicas. Estas lozas actúan por flexión, ya que las cargas que actúan sobre estas son fundamentalmente perpendiculares al plano principal de las mismas. Se pueden distinguir varios tipos de losas; según el tipo de apoyo se pueden encontrar, Según la dirección de trabajo y según la distribución interior del hormigón.

32 LOSAS EN UNA DIRECCIÓN Son aquellas en que la carga se transmite en una dirección hacia los muros portantes; son generalmente losas rectangulares en las que un lado mide por lo menos 1.5 veces más que el otro. Estas losas se comportan como vigas anchas, las cuales se suelen diseñar tomando como referencia un metro de ancho.

33 Cuando las losas rectangulares se apoyan en dos extremos opuestos y carecen de apoyo en los otros dos bordes restantes, trabajan y se diseñan como losas unidireccionales.

34 Cuando la losa rectangular se apoya en sus cuatro lados (sobre vigas o sobre muros), y la relación largo/ancho es mayor o igual a dos, la losa trabaja fundamentalmente en la dirección mas corta, y se suele diseñar unidireccionalmente aunque se debe proveer un mínimo de armado en la dirección ortogonal (dirección larga), particularmente en la zona cercana a los apoyos, donde siempre se desarrollan momentos flectores negativos importantes (tracción en las fibras superiores). Los momentos positivos en la dirección larga son generalmente pequeños, pero también deben ser tomados en consideración.

35 Altura Mínima de Vigas o Losas en una Dirección Cuando no se Calculan Deflexiones Donde: Ln: claro libre en la dirección de trabajo de la losa, medido de cara interna a cara interna de los elementos que sustentan a la losa

36 EJEMPLO Diseñar la losa de entrepiso formada por tableros que actúan en una sola dirección, mostrada en la figura.

37 EJEMPLO Datos: f c = 200 kg/cm2 f*c = 0.8 f c = 160 kg/cm2 fy = 4200 kg/cm2 Carga total aplicada = W = 670 kg/m2 DEFLEXION Peralte total necesario por deflexión, según el ACI para losas macizas con un extremo continuo H = L/24 = 200/24 = 8.33 cm cm Peralte efectivo, considerando un recubrimiento de 2 cm: d= h r = = 7.0 cm

38 Haciendo análisis estructural del sistema como una viga continua de un metro de ancho, 4 m de largo, carga uniforme w = 670 kg/m y apoyada en tres puntos. Los resultados principales fueron los siguientes: Momentos positivos en ambos claros: M(+) = kg/m Momentos negativos a ambos lados de apoyo central: M(-) = 335 kg/m Cortantes a ambos lados de apoyo central: V= kg *DISEÑO POR FLEXION Armado por flexión, momentos negativos: As(-) = X 1.4 / 0.9 X X 0.89 X 7 = 1.99 cm2 Separaciones máximas de varilla: Por temperatura, P min = bd = x 100 x 7 = 1.4 cm2 Separación de varilla, considerando varilla # 3 (as = 0.71 cm2):

39 St = (as / As) (b) S = (0.71 / 1.4) (100) = 50 cm S= 3.5 h = 3.5 x 9.0 = 31.9 cm < 50 cm Separación de varilla negativa, considerando varilla #3 (as = 0.71 cm2) S(-) = [as/ As (-)] [b] S(-) = (0.71 / 1.99) (100) = 35 cm > 31.5 (rige 31.5 cm) * Armado por flexión, momentos positivos As(+) = Mu(+) / FRfyJd As(+) = ( x 1.4) / (0.9 x x 9.89 x 7)= 0.99 cm2 * Separación máxima de varilla positiva: S= (0.71 / 0.99) (100) S = 71 / 0.99 = 72 cm > 31.5 (rige esta ultima separación máxima y se aproxima a 30 cm)

40 *Revisión por cortante Vu = x 1.4 = 704 kg VR = 0.5 x 0.8 x 100 x 7 x 160 = kg > 704 kg (resiste el cortante) Croquis de armado

41 Losas en dos direcciones

42 LOSAS EN DOS DIRECCIONES Llamadas también losas cruzadas, donde la relación entre el lado mayor y el lado menor es menor que dos. Las cargas se transmiten en las dos direcciones hacia los apoyos.

43 Para determinar las cargas muertas y vivas que actúan sobre un elemento estructural, es necesario la obtención de las aéreas tributarias de los elementos estructurales. El procedimiento mas usual en losas apoyadas perimetralmente consiste en trazar por cada una de las esquinas que forman un tablero líneas a 45 grados y cada una de las cargas que actúa en el triangulo o trapecio se aplica sobre la viga que coincide con el lado correspondiente. Estos cálculos son los iníciales para obtener las cargas que actúan en cada tramo de viga y a partir de estos valores, calcular los momentos de empotramiento y reacciones, que a su vez servirán para analizar los marcos o vigas continuas.

44 Con esto entendemos la explicación anteriormente dada:

45 Bajo este estado límite, las fuerzas cortantes que generan las cargas que actúan en los triángulos y trapecios se transmiten directamente a las vigas en las que se sustentan los respectivos triángulos y trapecios.

46 EJEMPLO DE BAJADA DE CARGAS EN DOS DIRECCIONES Se da una losa de azotea (techo) y se pide ---> transmitir la carga hacia los bordes y en uno de ellos con la carga calculada, diseñar una viga de concreto reforzado, en cada extremo (esquina) hay columnas de 3m de alto. También diseñar las columnas.

47 Partes que integran la losa: NEGRO: impermeabilizante ROJO: enladrillado AMARILLO: entortado GRIS: concreto AZUL: yeso NARANJA: tirol

48 DETERMINACIÓN DE CARGAS UNITARIAS PESO VOLUMÉTRICO(KG/M3)<--POR--->ESPESOR(M)<-- IGUAL A-->W (KG/M2) IMPERMEABILIZANTE: 15KG/M3 POR 0.005M =0.075KG/M2 ENLADRILLADO: 1600KG/M3 POR 0.02M =32KG/M2 ENTORTADO: 1900KG/M3 POR 0.04M = 76KG/M2 CONCRETO: 2400KG/M3 POR 0.10M =240KG/M2 YESO: 1500KG/M3 POR 0.015M =22.5KG/M2 TIROL: 35KG/M3 POR 0.015M =0.525KG/M2 CARGA MUERTA::371.1KG/M2(suma de todos los resultados anteriores) SE CONSIDERA UNA CARGA VIVA DE: 170KG/M2(se propone de acuerdo a la construccion) CARGA ADICIONAL: 40KG/M2 CARGA TOTAL WT: 581.1KG/M2 (suma de )

49 LOS KG/M2 ES LA CARGA W(LO QUE PESA CADA METRO CUADRADO DE LA LOSA), LUEGO SE DEBERA CALCULAR LA CARGA QUE SE TRANSMITE HACIA LOS BORDES DE LOS TABLEROS ANALIZADOS, ESTE CALCULO TOMA EN CUENTA EL AREA TRIBUTARIA QUE LE CORRESPONDE A CADA BORDE DEL TABLERO, SE DIVIDE CADA TABLERO RECTANGULAR EN TRIANGULOS Y TRAPECIOS (TRIANGULOS EN LADOS CORTOS Y TRAPECIOS EN LADOS LARGOS).

50 Áreas tributaria-----tablero rectangular A1= LADO CORTO= 5m A2= LADO LARGO = 6m

51 El PESO EN KG DE LAS DISTINTAS AREAS TRIBUTARIAS SE CALCULA MULTIPLICANDO LA SUPERFICIE DE CADA UNA DE ELLAS POR EL PESO W EN KG/M2 DEL SISTEMA ( ES DECIR, EL NUMERO DE METROS CUADRADOS MULTIPLICADO POR LO QUE PESA CADA UNO DE ELLOS) DESPUÉS LO DIVIDES ENTRE LA LONGITUD DEL TRAMO ANALIZADO. ENTONCES PARA ESTE TABLERO : 1.- (AREA TRIANGULO)(CARGA W) /LADO CORTO 6.25X / 5 = KG/M 2.- (AREA TRAPECIO)(CARGA W) /LADOLARGO 8.75 X /6= KG/M 3.- (AREA TRIANGULO)(CARGA W) /LADO CORTO 6.25X / 5 = KG / M 4.- (AREA TRAPECIO)(CARGA W) /LADOLARGO 8.75 X /6= KG/M

52 y ahora si nos propusieran o encargaran diseñar la viga de concreto reforzado para la parte de abajo donde la carga es de y si en cada extremo hubiera columnas quedaría así la viga para empezar a diseñar:

53 Y queda una viga empotrada con carga distribuida de kg/m y ya con esto tienes para empezar a diseñar una viga de concreto reforzado que soporte este peso etc. no olvides revisar algún reglamento de construcción antes de diseñar la viga si estas en México el reglamento mas usado es el del distrito federal o si estas en otro país verifica alguno de tu localidad. Ahora para diseñar las columnas(acuerdate que hay columnas en los extremos) o simplemente saber cuanto peso soportan las columnas tienes que resolver la viga empotrada con carga distribuida y las reacciones que obtengas(ra y Rb) serán el peso que soportaran las columnas

54 Entonces resolviendo tenemos: Reacciones=Ra=Rb= WL / 2 = X6 / 2 Entonces Ra=Rb= kg

55 Encontramos las reacciones Ra=Rb= kg esas cargas son las que soportaran las columnas, con esta carga diseñamos(dimensionamos) las columnas(nota: TAMBIEN TOMAR EN CUENTA LOS MOMENTOS DE EMPOTRAMIENTO EN ESTE PASO PARA DISEÑO DE COLUMNAS,QUE LOS OBTIENESEN ESTE CASO CON LA SIGUIENTE FORMULA= WL²/12) no olvides revisar algún reglamento de construcción antes de diseñar las columnas, si estas en México el reglamento mas usado es el del distrito federal o si estas en otro país verifica alguno de tu localidad. Ya una ves diseñadas y que sepas bien las dimensiones de las columnas podrás también calcular el peso propio de las columnas este se lo sumas a los y entonces este peso lo mandaras a la cimentación.

56 CONCLUSIÓN Podemos decir que al momento de diseñar es de suma importancia tomar en cuenta factores de seguridad como lo marca el código reglamentario de cada zona en donde se construye. Ya que de esta forma se puede evitar desastres; para lograrlo, además de tomar en cuenta los factores del suelo con respecto a los sismos es importante diseñar las losas para que puedan tener una correcta bajada de cargas hacia la cimentación y contar con una estructura firme y segura.

57 BIBLIOGRAFÍA Libros: Diseño estructural de casas habitación AUTOR: Gallo Ortiz, Gabriel O. Espino Márquez, Luis I. Olvera Montes, Alfonso E Edit. Mac Graw-Hill, 1999