Trabajo de Analisis

2013

ANALISIS DE PORTICO DE 2 PISOS (PREDIMENSIONAMIENTO

Y METRADO)

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

ANALISIS ESTRUCTURAL I

CATEDRÁTICO: M.Sc. Ing. RONALD SANTANA TAPIA

ALUMNO : CHACÓN QUINTO CHARLES LEMAN

SEMESTRE : VII

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ANALISIS ESTRUCTURAL I INFORME

INTRODUCCIÓN

El análisis de las estructuras es de vital importancia en todo tipo de diseño de proyectos

de construcción, ya que engloba su comportamiento frente a diversas eventualidades a

la que una futura estructura va a estar.

En nuestro país se toma mucho énfasis en este punto ya que nos encontramos en la línea

del cinturón del fuego, el cual es la zona más sísmica del mundo. Una de las estructuras

que tiene mayor auge son las estructuras aporticadas debido a su comportamiento y

seguridad frente a efectos de sismo y viento, para el análisis se tiene que tener en cuenta

un buen predimensionamiento de losa, columna, viga, zapatas y otros.



MARCO TEÓRICO

1. ANALISIS ESTRUCTURAL

El análisis estructural de las edificaciones es de mucha importancia, ya que con estas se determina el comportamiento de la futura estructura así como sus posibles problemas debido a agentes sísmicos, agentes de cargas estáticas, cargas móviles.

2. CARGAS DE DISEÑO

CARGA:Fuerza u otras acciones que resulten del peso de los materiales de construcción, ocupantes y sus pertenencias, efectos del medio ambiente, movimientos diferenciales y cambios dimensionales restringidos.

NORMAS EMPLEADAS.

Consideradas en el Reglamento Nacional De Construcción (RNC):

E-020, Cargas. E-030, Diseño Sismo Resistente. E-050, Suelos y cimentaciones E-060, Concreto Armado. E-070, Albañilería.



CARGA MUERTA:Es el peso de los materiales, dispositivos de servicio, equipos, tabiques y otros elementos soportados por la edificación, incluyendo su peso propio, que sean permanentes o con una variación en su magnitud, pequeña en el tiempo.

CARGA VIVA:Es el peso de todos los ocupantes, materiales, equipos, muebles y otros elementos movibles soportados por la edificación.Estas cargas varían a lo largo del tiempo y especialmente, si la función para acopio de cargas del edificio cambia.



CARGA DE SISMO:Son aquellas que se generan por la acción sísmica sobre la estructura siguiendo los parámetros establecidos en la Norma E-030 de Diseño Sismo resistente. Son debidas al movimiento acelerado del suelo en las direcciones horizontal y vertical y expresadas en función de la gravedad g. Cuando la base de una estructura está sujeta a una aceleración súbita del suelo, fuerzas de inercia que siguen la segunda ley de Newton (F= m*a) se desarrollan. Un análisis dinámico basado en las ecuaciones de movimiento de Newton para estructuras localizadas en regiones de riesgo sísmico debe ser seguido.

Los movimientos del terreno generados por las fuerzas de terremotos provocan oscilaciones en los edificios. suponiendo que el edificio esta fijo en la base, el desplazamiento de los niveles varían desde cero en la base hasta un máximo en la azotea.

ASENTAMIENTOS EN LAS ZAPATAS:Aunque no son cargas definidas dentro de la estructura es recomendable conocer que estas generan cambios en la geometría de la estructura y a su vez esfuerzos que antes no se tenían contempladas.

3. PORTICO



En las construcciones clásicas de los griegos, como en el Partenón y aún más atrás se evidencio los inició del uso de los pórticos. En éstos la flexión solo se presenta en el elemento horizontal (viga) para cargas verticales y en los elementos verticales (columnas) para el caso de fuerzas horizontales:

COMPOSICION DE LOS PORTICOS

Con la unión rígida de la columna y la viga se logra que los dos miembros participen a flexión en el soporte de las cargas, no solamente verticales, sino horizontales, dándole al conjunto una mayor «resistencia», y una mayor «rigidez» o capacidad de limitar los desplazamientos horizontales. Materiales como el concreto reforzado y el acero estructural facilitaron la construcción de los nudos rígidos que unen la viga y la columna. La combinación de una serie de marcos rectangulares permite desarrollar el denominado entramado de varios pisos; combinando marcos en dos planos perpendiculares se forman entramados espaciales. Estos sistemas estructurales son muy populares en la construcción, a pesar de que no sean tan eficientes como otras formas, pero permiten aberturas rectangulares útiles para la conformación de espacios funcionales y áreas libres necesarias para muchas actividades.



4. CRITERIOS PARA PREDIMENSIONAMIENTO EN LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.

A. LOSAS ALIGERADAS

Elementos que permiten la existencia de los pisos y techos de una edificación. El peralte de las losas aligeradas podrá ser dimensionado considerando los siguientes criterios:

Si se considera la sobrecarga según el tipo de uso, se emplea el siguiente criterio:

SOBRECARGA ≤ 350 kg./cm2 h = LL / 25

SOBRECARGA > 350 kg./cm2 h = LL / 20



B. VIGAS

Las vigas se dimensionan generalmente considerando un peralte del orden de 1/10 a 1/12 de la luz libre (LL), esta altura incluye el espesor de losa de techo o piso.

El ancho de las vigas puede variar entre 0.3 a 0.5 de la altura. Sin embargo la Norma Peruana E-060 de Concreto Armado indica que para vigas que forman parte de pórticos o elementos sismo resistente estas deben tener un ancho mínimo de 25 cm

C. COLUMNAS

Para edificios con una densidad de placas adecuada, las columnas se dimensionan estimando la carga axial que van a soportar, para columnas rectangulares los efectos de esbeltez son más críticos en la dirección de menor espesor, por lo que se recomienda utilizar columnas con espesores mínimos de 25 cm.

Para edificios que tengan muros de corte en las dos direcciones, tal que la rigidez lateral y la resistencia van a ser principalmente controlados por los muros, las columnas de pueden dimensionar suponiendo un área igual a referencia.

Otra consideración para el predimensionamiento de columnas es teniendo en cuenta las zonas de alto riesgo sísmico.

SEGÚN ENSAYOS EXPERIMENTADOS EN JAPÓN:



Dónde:

- AT: Área tributaria.- C1: Columna Central- C2: Columna Extrema de un pórtico principal interior- C3: Columna Extrema de un pórtico secundario interior- C4: Columna Extrema en esquina

Las

columnas se predimensionan con:

b*D ¿ Pn∗f ´ c

donde:

D = Dimensión de la sección en la dirección del análisis sísmico de la columna

b = la otra dimensión de la sección de la columna

P = carga total que soporta la columna

n = valor que depende del tipo de columna y se obtiene de la tabla anterior.

f'c = resistencia del concreto a la compresión simple

PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS USANDO EL CRITERIO DEL ÁREA TRIBUTARIA

Ag = K*At

Tipo C1(Para los primeros pisos)

Columna interiorN <3 pisos

P=1.10PGn=0.30

Tipo C2(Para los4 últimos pisos superiores)

Columna interiorN >4 pisos

P=1.10PGn=0.25

Tipo C2, C3 Columnas extremas dePórticos interiores

P=1.10PGn=0.25

Tipo C4 Columna de esquina P=1.10PGn=0.20



Donde:

Ag = Sección de la columna

At = Área tributaria acumulada

Valores de “K” TIPO DE COLUMNA

PISO LUZ Área Trib.

(m) Por piso 1 2 3 4

m2

Antepenúltimo 4 16 0,0013 0,0025 0,0022 0,0040

Antepenúltimo 6 36 0,0011 0,0020 0,0016 0,0028

Antepenúltimo 8 64 0,0011 0,0017 0,0015 0,0023

Segundo 4 16 0,0011 0,0014 0,0014 0,0021

Segundo 6 36 0,0012 0,0014 0,0014 0,0015

Segundo 8 64 0,0012 0,0014 0,0014 0,0015

Procedimiento de dimensionamiento

1. Determinar las secciones Ag de las columnas del segundo y del antepenúltimo piso mediante la siguiente fórmula: Ag = K At , donde se obtiene de la tabla y At es el área tributaria de la columna considerada.

2. Determinar los lados de las columnas de los pisos considerados suponiéndolas cuadradas.

3. Calcular las dimensiones de las columnas de los pisos intermedios por interpolación lineal.

4. Calcular las dimensiones de las columnas del primer piso de la siguiente manera:

a) Por extrapolación lineal, si la altura del primer piso es igual a la del segundo piso.

b) Sumando 7 cm a las del segundo piso, si la altura del primer piso es 1.5 veces la del segundo.

c) Por interpolación o extrapolación lineal, entre los valores calculados según a y b para otras proporciones entre las alturas del primer y segundo piso.

5. Usar las dimensiones de la columna del antepenúltimo piso para los pisos superiores.



MARCO DESCRIPTIVO

1. DIMENSIONES DEL PROYECTO:

El proyecto es una estructura aporticada de dos pisos y cuatro vanos en ambas direcciones de concreto armado, donde las dimensiones son:

Datos preliminares:

N Letras Residuo

APELLIDO PATERNO CHACÓN 6 2 6APELLIDO MATERNO QUINTO 6 2 6

NOMBRESCHARLESLEMAN 12 0 VIVIENDA

Entonces:

L1: 5+ n/2 = 6 L2: 5 + n/2 = 6 VIVIENDA (h1 = 3.0m; h2 = 2.5m)

CONSIDERACIONES DE LOS MATERIALES:

----> LUZ ENTRE EJES

----> SEPARACIÓN TRANSVERSAL

Fy(kg/cm2) 4200

F'c(kg/cm2) 210

h1(m) 3 m

h2(m) 2.5 m

L1(m) 6 m

L2(m) 6 m

USO VIVIENDA



VISTA EN PERFIL:

VISTA EN PLANTA:

2. PREDIMENSIONAMIENTO:



A. PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS

PESO ALIGERADO 350 kg/m²PESO ACABADO 100 kg/m²PESO VIGAS 100 kg/m²PESO COLUMNAS 60 kg/m²SOBRECARGA 200 kg/m²PESO TABIQUERIA 200 kg/m²

POR LO TANTO:

PS = 1010 kg/m² -----> CARGA A CONSIDERARSE POR PISO

PREDIMENSIONAMIENTO DE LA COLUMNA INTERIOR:

Columnas Ancho Largo AreaColumnas Interiores 6 6 36Columnas Laterales 6 3 18

Columnas de Esquinas 3 3 9

Columnas de segundo nivel:

PESO ALIGERADO 350 kg/m²PESO ACABADO 100 kg/m²PESO VIGAS 100 kg/m²PESO COLUMNAS 60 kg/m²SOBRECARGA 200 kg/m²

Por servicio: Cu = CM + CV --------> Carga última = 810 kg/m²

b*D ¿ Pu∗f∗número de pisosn∗f ´ c

Donde:

Pu = A*Cu



ColumnasÁrea Pu n f

f'c (Kg/cm) Ac (cm2) b = D b = D

Columnas Interiores 362916

0 0.3 1.1 2101018.285

71 31.911 35

Columnas Laterales 181458

00.25

1.25 210

347.142857 18.632 25

Columnas de Esquinas 9 7290 0.2 1.5 210

260.357143 16.136 25

Columnas del primer nivel:

PESO ALIGERADO 350 kg/m²PESO ACABADO 100 kg/m²PESO VIGAS 100 kg/m²PESO COLUMNAS 60 kg/m²SOBRECARGA 200 kg/m²PESO TABIQUERIA 200 kg/m²

Por servicio: Cu = CM + CV --------> Carga última = 1010 kg/m²

Columnas Area Pu n f\ f'c (Kg/cm)

Ac (cm2) b = D b= D

Columnas Interiores 36 36360 0.3 1.1 210 1224.650025

34.995 35

Columnas Laterales 18 18180 0.25 1.25

210 865.7142857

29.423 30

Columnas de Esquinas 9 9090 0.2 1.5 210 649.2857143

25.4811

30

Tomando en cuenta todas las columnas iguales a las columnas interiores, por lo tanto la columna tendrá las siguientes dimensiones:

b = D = 0.35 m

entonces:

b*D = 0.35m x 0.35m



B. PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS

h = L/10 a L/12

Entonces :

5.65/10 = 0.565 m

h = por lo tanto ---> h = 0.60 m

5.65/12 = 0.471 m

0.60/3 = 0.20 m

b =

0.60/2 = 0.30 m

Por comodidad de tener la misma dimensión de la columna se tuvo que considerar una base de b = 0.35 m.

Por lo tanto las vigas serán de 0.35m x 0.60m

C. PREDIMENSIONAMIENTO DE LOSA ALIGERADA

Si: SC ≤ 350 Kg/m² → e = L/25 ---->

Si: SC > 350 Kg/m² → e = L/20 ---->

Como SC ≤ 350 Kg/m² entonces (6-0.35)/25 = 0.226

Por lo tanto se considerara como espesor de losa:

e = 0.25m

D. PREDIMENSIONAMIENTO DE ZAPATAS

e= 0.226

e= 0.282



ZAPATA CÉNTRICA

ZAPATA CENTRICA

LOSA ALIGERADA DE 25 cm 350 kg/m2

VIGA PRINCIPAL 0.35 x0.60 m2

VIGA SECUNDARIA 0.25 x 0.60 m2

COLUMNA 0.35 x 0.35 m2

SOBRECARGA 200 kg/m2

ALTURA COLUMNA 3 m

Metrado de cargas para predimensionamiento de zapata centrica:

PESO LOSA 350 x 5.65 x 5.651117

3PESO VIGA PRINCIPAL 0.35 x 0.60 x 5.65 x 2400 2848

PESO VIGA SECUNDARIA 0.25 x 0.60 x 5.65 x 2400 2034PESO COLUMNA 0.35 x 0.35 x 3 x 2400 1176



S/C 5.65 x 5.65 x 200 638523615

σ suelo = 2 kg/cm2

σ = P / A A = 11807.488

t x t = 108.66x 108.66 cm2

Zapatas centrales de 1.10 x 1.10 m2 con una altura minima según reglamento de 0.60 m

ZAPATA EXCÉNTRICA



ZAPATA EXCENTRICA

LOSA ALIGERADA 350 kg/m2

VIGA PRINCIPAL0.35 x0.60 m2

VIGA SECUNDARIA0.25 x 0.60 m2

COLUMNA0.35 x 0.35 m2

SOBRECARGA 200 kg/m2

ALTURA COLUMNA 3 m

TABIQUERIA 200 kg/m2

Metrado de cargas para predimensionamiento de zapata centrica:

PESO LOSA 350 x 5.15 x 5.65/2 5092

PESO VIGA PRINCIPAL0.35 x 0.60 x 2.5 x

2400 1260

PESO VIGA SECUNDARIA0.25 x 0.60 x 5.65 x

2400 2034

PESO COLUMNA0.35 x 0.35 x 3 x

2400 882S/C 5.65 x 5.65/2 x 300 4788

PESO TABIQUERIA 5.65 x 5.65/2 x 200 319214056.4

σ suelo = 2 kg/cm2

σ = P / A A =7028.187

5

t x t = 83.83 x 83.83 cm2

Entonces se trabajará con zapatas excéntricas de 0.90 cm x 0.90cm con una altura mínima según reglamento de 0.60m



3. METRADO DE CARGAS:

METRADO DEL PRIMER NIVEL:

CARGA MUERTA:Peso propio de la viga : 0.35*0.60*2400 = 504 kg/m

Peso de la losa : 350*(6-0.35) = 1977.5 kg/mAcabados :100* (6) = 600 kg/mTabiqueria :200*6 = 1200 kg/m

C.M.= 4281.5 kg/mCARGA VIVA:

Sobrecarga : 200 kg/m2Carga viva : 200*6 = 1200 kg/m

C.V.= 1200 kg/m

METRADO DEL SEGUNDO NIVEL:

CARGA MUERTA:Peso propio de la viga : 0.35*0.60*2400 = 504 kg/m

Peso de la losa : 300*(6-0.35) = 1977.5 kg/mAcabados :100* (6) = 600 kg/m

Tabiqueria :200*0 = 0 kg/mC.M.= 3081.5 kg/m

CARGA VIVA:Sobrecarga : 200 kg/m2

Carga viva : 200*6 = 1200 kg/mC.V.= 1200 kg/m

RESULTADOS:

PRIMER PISO SEGUNDO PISOCARGA MUERTA : 4281.5 3081.5 kg/mCARGA VIVA : 1200 1200 kg/m

CARGA MUERTA :4.2815 3.0815

ton/m

CARGA VIVA :1.2 1.2

ton/m

ACCIONES SISMICAS:SEGÚN NORMA E-030

Fuerza Sísmica en el Primer Nivel 8 ton

Fuerza Sísmica en el Segundo Nivel 11.5 ton



PRIMER ESTADO DE CARGA:



SEGUNDO ESTADO DE CARGA:

TERCER ESTADO DE CARGA:

TERCER ESTADO DE CARGA

CUARTO ESTADO DE CARGA:



QUINTO ESTADO DE CARGA:

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