Post on 07-Feb-2016
UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
PRESENTACION
Presento el presente trabajo a Ud. Ing. Cesar Camargo Najar, el
presente trabajo se realizo con todo esfuerzo revisando
bibliografías y a si conociendo lo que es un LA ESTRUCTURA DE
UN PUENTE, el trabajo me servio mucho para aumentar mis
conocimientos ya que me encontré con cosas de mucho interés
para mis conocimientos que voy formando, y relacionando dichos
terminos encontrados con el curso que uD. Dicta.
Los elementos estructurales principales de toda edificación
son las losas, columnas, muros o placas las escaleras de la
estructura y la cimentación las estructuras de edificación están
constituidos generalmente por estos elementos que se
encuentran alguno en compresión y otros en tracción estos
elementos cumplen la función de mantener en pie la estructura.
INTRODUCCION
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
En la vida que uno de estudiante que lleva y cualquier otra
persona que no es ingeniero civil o estudiante de la misma de
seguro que en su recorrido de todo los días ve estructuras de
diferentes tipos edificios que a veces uno cuando las ve ya sea en
forma directa o revistas o otros medios de comunicación no se
explica fácil mente como fueron diseñadas y como se mantienen
rígidos a veces vemos diseños tan fuera de lo común y que solo
con fuerzas mayores a su resistencia pueden llegar a fallar dichos
diseños, para ello con la ayuda de los cursos referentes al tema
de estructuras uno va formando ideas y así llegar también a
diseñar estructuras para el uso tomando en cuenta las mayores
seguridades del caso y todos estas estructuras tienen ancho y
formas diferentes y su perfil longitudinal esta limitado por
diferentes condiciones según sea el caso.
También se puede ver que el material que se usa en su
construcción o el que los compone influye a gran escala en sus
características de la estructura ya sean estos de acero, concreto
(simple, armado, pretensado o prefabricados). Las estructuras de
acero mayor mente en nuestro medio no existen pero en países
adelantados podemos ver construcciones de estas estructuras. En
nuestro medio mayor mente hay estructuras de concreto armado.
Se puede decir entonces que existen una gran variedad de
condiciones que influyen en la forma o estructuración de un
edificio dando lugar a una gran variedad de tipos las cuales no
solo defieren en su geometría sino también en las condiciones
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
con respecto a las cargas que soporten por la se dan lugar a
distintas condiciones de análisis para la determinación de los
efectos de las cargas producidas por los elementos portantes.
Por lo que en el presente trabajo realizare un estudio de las
características estructurales de un edificio y otros aspectos y que
me servirá como una introducción al análisis estructural de dichas
estructuras.
En resumen en esta parte de la introducción se puede decir que
el estudio de un edificio comprende la planeación, diseño,
construcción y operación de estructuras que finalmente faciliten
el trabajo de personas que las utilizaran o materiales que
ocuparan el edificio. Ya que la solución para el cobijo trabajar sin
dificultades, y otros aspectos naturales que nos pueden perturbar
en nuestros que aceres solo la construcción de una vivienda
simple que ya se compone de estructuras asta grandes edificios
son la única solución al respecto.
ELEMENTOS ESTRUCTURALES
I ZAPATAS Y CIMENTACIONES
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Las zapatas y cementaciones son parte de la estructura que se
encuentran colocados. Generalmente por debajo de la superficie
del terreno, esta parte de la estructura tiene la función de
transmitir las al suelo que soportara la carga de la estructura
armada, estos suelos generalmente sufren compresión en forma
considerable ya que son sometidos a cargas, y causan
asentamiento en la estructura soportada, se tienen que cumplir
algunos requisitos en el diseño de la cimentación y los dos
requisitos mas principales son:
Que el asentamiento total de la estructura este limitado a una
cantidad tolerablemente pequeña.
Que el asentamiento diferencial de las distintas partes de la
estructura se elimine en lo posible.
1.1. ZAPATAS SUPERFICIALES:
Las zapatas superficiales pueden clasificarse como zapatas
para muros y zapatas para columnas (en la fig. que se muestra
abajo se pueden distinguir). Una zapata para columnas consiste
simple mente en una franja de concreto mas ancha que el muro,
y que distribuye su presión. Las zapatas para columnas
individuales por lo general son cuadradas y algunas veces en
forma rectangular que representan la cimentación mas sencilla y
económica, algunas veces en zapatas exteriores se pueden
presentar dificultades por propiedades de limites, en estos casos
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
se utilizaran zapatas combinadas o zapatas amarradas para
permitir el diseño de una zapata que no se extienda mas allá del
muro o columna.
Las zapatas individuales o las zapatas combinadas son los
de tipos de cimentación superficial que con mayor frecuencia se
utiliza en suelos con capacidades de cargas razonables si los
suelos son blandos o las cargas de las columnas son grandes las
áreas requeridas para las zapatas que se convierten en
antieconómicas.
Fig. 1 Tipo de zapata superficial (dibujado en autocad 2000)
1.2. ZAPATAS PARA MUROS:
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Los principales elementos en la acción de vigas se aplican
a zapatas que sufren de pequeñas modificaciones en la figura que
se muestra en la parte debajo del presente se ilustran las fuerzas
que actúan sobre una zapata para muro. Si los momentos
flectores se calculan a partir de estas fuerzas, el máximo
momento producirá la mitad del ancho en realidad la rigidez muy
alta del muro modifica esta situación, se ha demostrado que para
zapatas bajo muros de concreto es satisfactorio calcular el
momento en la cara del muro. Para zapatas que soportan muros
de mampostería el momento máximo se calcula en la mitad de la
distancia entre el centro y la cara del muro. Puesto que para la
mampostería en general es menos regida en el concreto.
Fig. 2 zapata para muro. (dibujado en autocad 2000)
1.3. ZAPATAS PARA COLUMNAS:
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Las zapatas para columnas individuales por lo general son
cuadrados se utilizan zapatas rectangulares cuando las
restricciones de espacio obligan a esta selección o si la columna
apoyada tiene una sección transversal rectangular bastante
alargada. En su forma mas simple constan de una losa sencilla.
Otros tipos se muestran en las figuras que se ven a continuación
por ejemplo en la segunda figura se ve que se antepone un
pedestal o dado entre la columna y la losa de la zapata el
pedestal soporta una transferencia de carga mas favorable y en
muchos casos se requiere con el fin de suministrar la longitud de
desarrollo necesario para los bastones en esta forma se conoce
también como una zapata escalonada estas deben vaciarse en la
misma colada con el fin de proveer una acción monolítica algunas
veces se utilizan zapatas acarteladas como se ve en la figura
numero 3 estas zapatas consumen menos concreto que las
zapatas escalonadas son casi siempre las mas económicas en
general las zapatas del primer tipo que se muestra en la figura
son las económicas para alturas asta de 1m.
Las zapatas para columnas individuales representan
voladizo que se proyectan hacia fuera desde la columnas en las
dos direcciones y que se cargan hacia arriba con la presión del
suelo se producen los correspondientes esfuerzos de tensión en
estas dos direcciones en la superficie inferior de consecuencia
estas zapatas se refuerzan mediante dos capas de acero
perpendiculares entre si y paralelas al borde.
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
El área requerida de contacto se obtiene dividiendo la
carga total que incluye el propio peso de la zapata, por la presión
de contacto seleccionada en esta etapa debe estimarse el peso
de la zapata que generalmente esta entre 4% y 8% de la carga de
la columna intervalo en que el primer valor es aplicable a los
tipos de suelos mas fuertes.
Al calcular los momentos flectores y las cortantes
únicamente se consideran la presión hacia arriba generalmente
por las cargas mayores de la columna el peso mismo de la zapata
momentos ni cortantes.
Fig. 3 tipo de zapatas para columnas individuales
(dibujado. En autocad 2000)
1.4. ZAPATAS COMBINADAS:
Las zapatas superficiales que soportan mas de una
columna o muro se conocen como zapatas combinadas y estas a
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su ves pueden dividirse en dos categorías: aquellas que soportan
dos columnas y a las que sostienen mas de dos columnas.
Para el primer tipo se puede ejemplificar lo siguiente, en edificios
donde la presión de suelo es suficiente mente grande para que
puedan proyectarse zapatas individuales en la mayor parte de las
columnas las zapatas para dos columnas se hacen necesarias en
las dos situaciones cuando las columnas están tan cerca del
limite de la propiedad que no se puedan construir zapatas
individuales sin sobre pasar este limite, y cuando algunas
columnas adyacentes están tan cerca entre si que sus zapatas se
traslapan
Cuando la capacidad de carga del suelo es baja de modo
que se hacen necesarias grandes áreas de contacto las zapatas
individuales se reemplazan por zapatas en franjas continuas que
sostienen mas de dos columnas y por lo general todas las
columnas en la misma fila algunas veces estas franjas se
disponen en las dos direcciones en cuyo caso se obtiene una
cimentación reticular, este tipo de cimentación puede
desarrollarse para un área de contacto mucho mayor que son
mas económicas que las zapatas individuales puesto que las
franjas individuales representan vigas continuas cuyos momentos
son mucho menores que los momentos en los voladizos de las
grandes zapatas individuales que se extienden
considerablemente desde la columna en las cuatro direcciones.
Fig. 4 cimentación reticular (dibujado en autocad 2000)
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
1.5. ZAPATAS PARA DOS COLUMNAS:
Se aconseja diseñar zapatas combinadas de modo que el
centroide del área de la zapata coincida con la resultante de las
dos cargas de la columna esto produce una presión de contacto
uniforme sobre la totalidad del área y evita la tendencia de
inclinación de la zapata vistas en planta esta zapatas son
rectangulares trapezoides y en forma de T y los detalles se
acomodan de su forma que coincida el centroide y el de la
resultante.
Otro recurso que se utiliza cuando una zapata sencilla no
puede centrarse bajo una columna exterior, consiste en colocar la
zapata de la columna interior mas cercana con una viga o una
banda de amarre esta viga de amarre al estar balanceada por la
carga de la columna interior, resiste la tendencia a la inclinación
de la zapata exterior excéntrica e iguala las presiones bajo esta.
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Este tipo de cementaciones se conoce como cementaciones con
viga de amarre en voladizo, o conectadas.
Fig. 5 diseño de zapata para dos columnas (dib.
Autocad2000)
1.6. CIMENTACIONES CONTINUAS, RETICULARES Y LOSAS
DE CIMENTACION:
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
En el caso de columnas sometidas a cargas considerable
particularmente si están sostenidas por suelos relativamente
blandos o poco uniformes se recurre a la utilización de
cementaciones continuas estas pueden constar de una zapata de
franja continua que soporta todas las columnas en determinada
fila, o de dos conjuntos de estas zapatas en franjas que se
interceptan formando ángulos rectos de modo que conforman una
cimentación reticular continua para cargas incluso mayores o
suelos mas blandos.
Para el diseño de estas cementaciones continuas resulta
esencial supuestos razonables realistas con respecto a la
distribución de las presiones de contacto que actúan como cargas
hacia arriba sobre la cimentación para suelos comprensibles,
puede suponerse como una primera aproximación que la
formación o asentamiento del suelo en determinado sitio y la
presión en ese sitio son proporcionales entre si las columnas se
encuentran espaciadas a distancias moderadas y de cimentación
continua o reticular o la cimentación es muy rígida los
asentamientos en todos los sitios serán los mismos esto significa
que la presión de contacto, también conocida como reacción de la
sub rasante será la misma siempre y cuando el centroide de
cimentación coincida con las resultantes de las cargas si estas no
coinciden entonces en estas cementaciones rígidas, la reacción
de la sub rasante puede suponeres que no varia linealmente y se
determina mediante la estática.
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Fotografía # 1 cimiento y sobre cimiento de viviendas de
la capilla
II COLUMNAS
2.1. DIFINICION :
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Las columnas se definen a aquellos elementos que
sostienen principal mente cargas a compresión en general las
columnas también apoyan momentos flectores con respecto a
uno o a los dos ejes de la sección transversal aun en estos casos
se hace referencia a las columnas como elementos a compresión
puesto que las fuerzas de compresión dominan su
comportamiento además del tipo mas común del elemento a
compresión como los verticales de estructuras los elementos a
compresión incluyen costillas de arco o elementos de pórticos
rígidos inclinados o no. Es por ello que también en estructuras a
columnas se les conoce como elementos a compresión.
Son los elementos estructurales generalmente verticales
que reciben las cargas de las losas y de las vigas con el fin de
transmitirlos hacia la cimentación y ellos permiten que una
edificación tenga varios niveles en construcción.
Desde el punto de vista sísmico las columnas son
elementos muy importantes pues con las viga van formando los
denominados pórticos que a su vez ellas constituyen el esqueleto
sismo resistente junto con los muros si estos existen pues en vez
de muros se puede llenar en ese vació cualquier material de
aislamiento o separador de ambiente.
2.2. FORMAS:
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Las dos formas principales de columnas de concreto se
conocen a dos que son.
FIG. 6 columnas de C°A° (dibujado en autocad 2000)
2.2.1. COLUMNAS CUADRADAS:
En esta forma de columnas las cuatro barras longitudinales
sirven de refuerzo principal estas se mantienen en su sitio
mediante flejes transversales de acero de diámetro pequeño que
evitan el desplazamiento de las barras principales durante las
operaciones de la construcción y a su ves contra restan cualquier
tendencia de las barras sometidas a compresión al pandeo hacia
fuera rompiendo el recubrimiento exterior delgado del concreto
que lo cubre.
2.2.2. COLUMNAS CIRCULARES:
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Las columnas circulares solo se diferencia en la forma
puesto que también cumplen las mismas funciones que las
columnas cuadradas. Las columnas circulares generalmente
tienen ocho barras como refuerzo principal estas están rodeadas
por una espiral con muy poco espaciamiento que tiene el mismo
propósito que los flejes mas espaciados pero además proporciona
confinamiento al concreto que encierra aumentando a si su
resistencia axial a la compresión.
Cuando se aplica carga axial a un elemento, la deformación
unitaria a compresión es igual sobre toda la sección transversal y
es la misma para el concreto y el acero gracias a la adherencia
entre los dos materiales.
Fig. 7 columna seccion circular (dib. En autocad 2000)
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
2.3. FLEJES TRANSVERSALES Y ESPIRALES:
Para aquellos elementos con grandes fuerzas axiales y
momentos pequeños las barras longitudinales o los aceros se
tienen que distribuir en forma uniforme alrededor del perímetro
de los fieros de menor diámetro.
Cuando los momentos flectores son grandes la mayor parte
del acero longitudinal se encuentra en las caras de mayor
compresión a tensión es decir a las mayores distancias del eje de
flexión.
En columnas fuertemente cargadas y reforzadas con
grandes cuantías de acero, la utilización de una gran cantidad de
aceros o barras, cada una de ellas ubicadas y sostenidas
individual mente entre flejes produce congestión del acero en las
formaletas, y dificultades en el vaciado de la columna en estos
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
casos con frecuencia se emplean barras en paquetes los paquetes
conforman 3 aceros o cuatro barras en contacto directo unidas
con alambre o ajustadas, estos paquetes por lo general se
colocan en las esquinas, se dice y conoce que las barras
empaquetadas de manera apropiada actúan como una unidad es
decir pueden considerarse como si el paquete constituyera una
sola barra se sección circular y con un área igual a la suma de las
áreas de las barras que componen el paquete.
2.4. FALLA DE COLUMNAS:
Una columna confinada con estribos llega a fallar por
aplastamiento y por corte hacia fuera a lo largo de planos
inclinados mientras que el acero longitudinal lo hace por pandeo
hacia fuera entre flejes para una columna reforzada en espiral,
cuando se alcanza la misma carga el acero longitudinal y el
concreto dentro del núcleo no pueden fallar hacia fuera a causa
de la presencia confinante de la espiral sin embargo el concreto
en el cascaron exterior, puesto que no esta confinado. Si presenta
falla es decir el cascaron exterior se desprende cuando la alcanza
la carga Pn. Para este estado de carga es que la acción confinante
de la espiral tiene un efecto significativo y si se proporciona
cantidad suficiente de acero en espiral la carga que producirá la
falla ultima de la columna mediante fluencia o fractura del acero
en espiral puede ser mucho mayor que la carga para la cual se
presento la falla del cascaron además el limite de deformación
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
axial cuando la columna falle va a ser mucho mayor que antes la
tenacidad de la columna se incrementa significativamente.
Fig. 8 falla de columna (dibujado en autocad 2000)
2.5. COMPRESION MAS FLEXION DE COLUMNAS
RECTANGULARES
En edificios y otras estructuras resulta muy inusual que se
presenten elementos cargados axialmente es decir
concéntricamente a compresión algunos componentes como las
columnas o los arcos sostienen fundamentalmente cargas a
compresión pero casi siempre esta presente una flexión
simultánea los momentos flectores se producen por continuidad
es decir por el echo de que las columnas son partes de pórticos
monolíticos en los cuales en los momentos en los apoyos de las
vigas son resistidos en parte por las columnas de soporte bajo
condiciones de cargas horizontales como fuerzas de vientos
frente a cargas aplicadas en forma excéntrica en ménsulas. De
columnas o en arcos en donde el eje del arco no coincide con la
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
línea de presión aun cuando los cálculos de diseño demuestren
que un elemento esta cargado axialmente las imperfecciones
inevitables de la construcción causaran excentricidades y la
consecuente flexión en el elemento construido por esta razón los
elementos que deben diseñarse para compresión y flexión
simultáneas son muy frecuentes en casi todo los tipos de
estructuras de concreto.
Fotografía # 2 columna esquinera de las viviendas de la
capilla
III VIGAS
3.1 DEFINICION
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Las vigas son los elementos que reciben las cargas de las
losas y las transmiten hacia otros elementos estructurales como a
las columnas o los muros.
Generalmente las vigas forman los denominados ejes de la
estructura teniendo las columnas ubicadas en sus intersecciones
el conjunto formado por las vigas y las columnas recibe el nombre
de pórticos.
3.2 TIPOS DE VIGAS
Las vigas pueden ser alargadas o chatas dependiendo de
su altura o el peralte se denomina peralte aquella que tiene su
altura mayor al espesor de la loza estos se les llamara vigas
peraltadas y cuando el espesor igual que la losa se les llamara
viga chata. Como se muestra en la figura.
Fig. 9 viga chata y peraltada (dibujado en autocad 2000)
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
3.3 VIGAS PRINCIPALES Y SECUNDARIAS
Las vigas principales y las vigas secundaria son elementos
estructurales que trabajan en tracción por ello se conoce dos
tipos de vigas.
3.3.1 VIGA PRINCIPAL
Las vigas principales son las vigas que se consideran en la
dirección del armado de la loza estas vigas son los que soportan
la carga de la losa en gran parte son las principales y por tanto se
debe de tener un cuidado en su diseño estructural.
3.3.2 VIGA SECUNDARIA
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Estas vigas son las vigas que van armadas en dirección
contraria al armado de la loza estas vigas trabajan menos que
las principales y en el diseño estructural se tiene que tomar en
cuenta si las dimensiones salen mas grandes que las principales
se tiene que igualar a las principales.
3.4 UNIONES VIGA SECUNDARIA VIGA PRINCIPAL
En construcción de concreto, las vigas secundarias de piso
soportadas por vigas principales, a menudo se supone que las
reacciones generadas por la viga de piso esta mas o menos
distribuida uniformemente en toda la altura de la interfaces de la
viga secundaria y viga principal este supuesto incorrecto
probablemente este fomentado por el método de diseño a
cortante Vc+Vs del código ACI, que utiliza un esfuerzo cortante
nominal promedio en el concreto
Fig. 10 unión de viga principal con secundaria sección
transversal a través de la viga principal que presenta
estribos de suspensión (dibujado en autocad 2000)
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
3.5 VIGAS DE APOYO
En construcción de concreto prefabricado con frecuencia se
utilizan vigas principales en forma de L o T invertidas para
suministrar un asiento a bordo de apoyo que soporta las vigas
prefabricadas que llegan asta la principal de carga desde la
dirección perpendicular las reacciones en los extremos de las
vigas secundarias introduce una gran carga concentrada cerca de
la parte inferior de estas vigas principales que requiere refuerzo
especial en el borde sobresaliente y en el alma de la viga.
Fig. 11 vigas principales de apoyo que soportan vigas T en
la figura la viga principal en L que suministra apoyo
exterior a una viga T (dibujado en autocad 2000)
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Fig. 12 viga T invertida que sostiene las reacciones de
dos vigas T.
3.6 VIGAS DE ACERO:
Las losas de concreto armado, armadas en una dirección
también es usada con frecuencia en edificios donde las columnas,
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
las vigas principales constan de elementos de acero estructural
normalmente la losa se diseña teniendo en cuenta una
continuidad total sobre las vigas de apoyo y siguiendo los
métodos usuales de diseño el espaciamiento entre las vigas por lo
general entre 6 y 8 pies a menudo la losa se vacía de manera que
su lado inferior quede a nivel con el lado inferior del ala superior
de la viga de apoyo esto facilita la construcción puesto que el
testero de madera puede acuñarse contra el ala superior de la
viga probablemente de mayor importancia es el echo que se
proporciona un arriostramiento efectivo contra el pandeo lateral
del ala a comparación de la viga mientras que si la parte inferior
de la losa estuviera al mismo nivel que la parte superior del
acero, solo la fricción suministraría resistencia al movimiento
lateral.
Los edificios de este tipo se diseñan cada vez mas para
acción compuesta en la parte superior de la viga de acero se
sueldan conectores de cortantes que quedan embebidos en la
losa de concreto al impedir el deslizamiento longitudinal entre la
losa y la viga de acero en la dirección del eje de la viga el
elemento combinado resulta mas fuerte y mas regido que si no
desarrolla la acción compuesta expuesto de otra manera esto
significa que para determinadas cargas y limites de deflexión
pueden utilizarse vigas de acero mas pequeñas y mas livianas.
Los entrepisos compuestos también pueden utilizarse vigas
recubiertas de concreto que ofrece la ventaja de una protección
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
total del acero contra el fuego con la desventaja de una formaleta
mas complicada y la dificultad de vaciar el concreto alrededor y
por debajo del elemento de acero estas vigas totalmente
recubiertas no requieren en general la utilización de conectores
de cortante.
Fig. 13 entrepisos compuestos de viga y losa (dibujado en
autocad 2000)
FOTOGRAFIA #3 vigas de las viviendas en construcción en
la capilla.
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
En la figura se ve una viga peraltada y una viga chata que
van formando pórticos con las columnas y también se pueden
apreciar viguetas.
FOTOGRAFIA #4 Encofrado y armado de las vigas del
actual pabellón de ingenierías.
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
En la figura se puede aprecia el armado de la viga los
estribos y los fieros de construcción y la unión entre una columna
y la viga que pasaran a formar un pórtico.
IV LOSAS
4.1 DEFINICION
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
En las construcciones de concreto las losas se usan para
proporcionar superficies planas y útiles, una losa es una amplia
placa plana general mente horizontal cuyas superficies superior e
inferior son paralelas o aproximadamente paralelas entre si
puede estar apoyada en vigas, en muros de mampostería o de
concreto en columnas en forma directa por columnas o continua
por terrenos.
Las losas se pueden apoyar solo en dos lados opuestos cuando la
dirección en una sola puesto que la losa transmite las cargas en
las direcciones perpendicular a la de las viga en apoyo también
es posible que haya vigas en los cuatro lados de modo que se
obtiene acción de la losa en las dos direcciones a si mismo
pueden suministrar vigas intermedias si la relación entre la
longitud y el ancho de un panel de losa es casi mayor que 2 la
mayor parte de la carga se transmite en la dirección corta hacia
las vigas de apoyo y se obtiene en efecto acción en una dirección
aunque se proporcionan apoyos en todo los lados.
Fig. 14 losa en una dirección (dibujado en autocad 2000)
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Fig. 15 losa en dos direcciones (dibujado en autocad 2000)
4.2 TIPOS DE LOSA
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Las losas se clasifican en los siguientes
4.2.1 Losas macizas.- como su nombre mismo lo indica
este tipo de losa tienen un determinado espesor
íntegramente de concreto armado.
4.2.3 Losas nervadas.- tiene un cambio de nervio o
viguetas cada cierta distancia unidas por una losa maciza
superior mas delgada requiriendo de un encofrado que siga
las superficies lateral de las nervaduras y el fondo de la
losa superior.
4.2.4 Losas aligeradas.- son en esencia losas nervadas
pero tiene como diferencia que el espacio existente entre
las nervaduras o viguitas este relleno por un ladrillo
aligerado el encofrado de estas losas esta conformada por
tablas de madera o viguetas de acero independientes y
ubicados exactamente por debajo de las viguetas, a vaciar
en su ancho 10 cm como mínimo a cada lado de tal manera
de permitir el apoyo de los ladrillo entre viguetas.
4.3 DISEÑO DE LOSAS ARMADAS
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
La acción estructural de una losa ramada en una dirección
puede visualizarse en términos de la deformada en la superficie
cargada ilustra una losa rectangular simplemente apoyada en la
extensión de sus dos largos bordes opuestos y libre de cualquier
soporte a lo largo de los dos bordes cortos si se aplica una carga
uniformemente distribuida a la superficie la forma deflectada será
como la que indican las líneas en la figura las curvaturas en
consecuencia los momentos flectores son los mismos en toda las
franjas que se extienden en la dirección corta en los bordes
apoyados mientras no haya curvatura y por consiguiente no
existan momentos flectores para franjas largas paralelas a dichos
bordes. La superficie que se forma es cilíndrica.
Fig. 16 deflexión de una losa (dibujado en autocad 2000)
4.4 LOSAS PLANAS SIN VIGAS CON PANELES CON ABACO
O CAPITELES DE COLUMNA
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Mediante un dimencionamiento y un esfuerzo adecuados
de la losa resulta posible eliminar del todo las vigas de apoyo la
losa queda entonces apoyada directamente en las columnas en
una zona rectangular o cuadrada centrada en las columnas puede
suministrarse un sobre espesor a la losa y las partes superiores
de las columnas pueden acompañarse el sobre espesor de la losa
se llama común mente panel con ábaco y la forma acompañada
de la columna se llama un capital de columna los tienen un
propósito doble aumenta la resistencia a cortante del sistema de
piso en la región critica alrededor de la columna y proporcionan
una altura efectiva que se incrementa al acero deflexión en la
región de alto momento flector negativo sobre el apoyo los
sistemas de vigas con paneles con ábacos o capiteles de
columnas o ambos se llaman sistemas de losa placa plana que no
tienen ninguna proyección por debajo de la losa.
4.5 LOSAS DE PLACA PLANA
Un entrepiso en placa plana esencialmente de un entrepiso
de losa plana donde se omiten los paneles con ábacos y los
capiteles de columnas, prismáticos se encuentra que los
entrepisos de placa plana son económicas y ventajosos por otras
causas, para usos en edificios de apartamentos donde las luces
son moderadas y las cargas relativamente livianas el espesor de
construcción de cada entrepiso se mantiene en el mínimo
absoluto con un ahorro resultante en la altura total del edificio la
parte inferior de lisa de la losa puede pintarse directamente y
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
dejarse expuesta como cielo raso o aplicarse un pañete al
concreto se obtiene un tiempo de construcción mínimo y un bajo
costo de mano de obra gracias a la sencillez de la formaleteria.
FOTOGRAFIA #5 losas de una estructura que se encuentra
en la avenida circunvalación
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
En la figura se puede ver un edificio de tres niveles y las
losas con vigas peraltadas y columnas formando pórticos que
facilitan el análisis estructural.
FOTOGRAFIA #6 vaciado de una losa.
En la fotografia se puede observar el vaciado con concreto
a una losa el vaciado de techos se realiza generalmente con
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
maquinarias como son una mezcladora, vibradora, winche que
cumple la función de subir la mezcla para su vaciado y los
respectivos obreros que finalmente terminaran con la
manejabilidad del concreto.
V MUROS Y PLACAS
5.1 DEFINICION
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Estos elementos son paredes de concreto armado que dada
su mayor dimensión en una dirección muy superior a su ancho
proporciona gran rigidez lateral y resistencia en esa dirección
algunos autores definen a los muros como columnas de sección
transversal muy grandes o alargadas destacando el echo que en
realidad una columna y una placa reciben los mismos esfuerzos
ya que ambos cargan las vigas y las losas y reciben momentos de
estos.
Sin embargo el echo de tener su largo notoriamente
superior a su ancho hace que las placas tengan un
comportamiento interior diferente convirtiéndose en elementos
de gran rigidez lateral y resistencia en la dirección de su largo.
5.2 MUROS DE CERRAMIENTO:
Los muros exteriores de un edificio de concreto armado se
soportan en cada piso por el esqueleto de la estructura y su única
función es encerar el edificio y estos se llaman muros de
cerramiento pueden construirse de concreto y generalmente son
prefabricados bloques de concreto de escoria ladrillos de arcilla o
paneles metálicos o aislamientos y a estos últimos se les puede
dar un aislamiento exterior de aluminio el espesor de estos
muros de aislamiento variara cada uno de estos tipos de muros
de cerramiento variara de acuerdo con el material tipo de
construcción condiciones climáticas. La presión de vientos es por
lo general la única carga que se tiene en cuenta en la
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determinación del espesor estructural del muro de cerramiento
aunque en algunos casos los muros se utilizan como diafragmas
para transmitir las cargas o fuerzas producidas por cargas
horizontales asta la cimentación de los edificios.
5.4 MUROS DE CORTINA:
Estos muros son similares a los muros de cerramiento
exptuando que no se sostienen en cada piso por el entramado del
edificio sino que son autoportantes sin embargo a menudo se
anclan en cada piso por el entramado del edificio para
proporcionar soporte lateral.
5.5 MUROS PORTANTES:
A los muros portantes se les puede definir como aquel que
soporta la carga vertical además de su peso propio pueden
construirse de mampostería de piedra, ladrillo. Bloques de
concreto o concreto armado, proyecciones o pilastras ocasionales
mejoran la resistencia del muro y se utilizan usualmente en los
puntos donde actúan cargas concentradas en edificios
comerciales pequeños los muros portantes se pueden utilizar en
forma económica y expedita. En grandes edificios y de
manufactura cuando el tiempo es un factor importante el periodo
adicional necesario para la construcción del muro portante y el
sobreancho de construcción asociado abligan a menudo a optar
otro tipo de solución.
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Los muros portantes pueden tener espesor sencillo o doble
este ultimo con la ventaja de que el espaciado vacío entre los
muros que hace el interior del edificio se afecte menos por las
variaciones de temperatura externas y que el muro sea mas
impermeable a la humedad por ser mayor el espesor total del
muro doble este tipo de construcción se reduce el espacio
disponible por piso este echo es con frecuencia suficiente por si
mismo para justificar la selección de un muro sólido a menos que
los factores de condensación y de temperatura sean de gran
importancia la construcción con muros de pared doble por lo
general se limita a una altura total aproximada de 12 m.
5.6 MUROS DE SOTANO
Para determinar el espesor de los muros de sótano debe
tenerse en cuenta la presión lateral de tierra si existe, además de
otros aspectos estructurales si forma parte de un muro portante
la parte inferior puede diseñarse bien sea como una losa apoyada
en los pisos del sótano y del primer piso o como un muro de
contención, según el tipo de construcción si las columnas y las
vigas de los muros están disponibles como soportes cada panel
de muro de sótano de concreto armado puede diseñarse para
resistir la presión de tierra como una losa sencilla reforzada en
una o dos direcciones.
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El código ACI 14.5.3 especifica un espesor mínimo de 7 ½
pulg. Para muros de sótano en concreto armado en terrenos
húmedos debe utilizarse un espesor mínimo de 12 pulg. En
cualquier caso el espesor no puede ser menor que del muro
superior.
Debe prestarse atención especial al arriostramiento
efectivo de los muros de sótano desde la parte interior si la tierra
se rellena antes que el muro adquiere la resistencia suficiente
para resistir la presión lateral sin dicha ayuda o si la tierra se
coloca antes de que la losa del primer piso se encuentre en su
posición.
5.7 MUROS DE PARTICION:
Los muros interiores utilizados con el propósito de
subdividir el área de piso pueden construirse en bloques de
escoria, ladrillo, concreto prefabricado, laminas metálicas y
morteros, bloques de arcilla. El tipo de muro seleccionado
depende de los requisitos de resistencia contra el fuego
flexibilidad de redistribución, facilidad para colocar conductos
eléctricos tuberías, etc.
5.8 MUROS ESTRUCTURALES O DE CORTANTE:
Las fuerzas horizontales que actúan sobre los edificios por
ejemplo las que ocasiona el viento o por acción sísmica pueden
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ser resistidas en diferentes formas en mucho casos la resistencia
de pórtico regido de la estructura aumentada por la contribución
de los muros y particiones de mampostería corrientes puede
absorber las cargas de viento sin embargo cuando es posible la
aplicación considerables cargas horizontales como las que genera
un sismo se utilizan muros estructurales de concreto armado,
estos pueden adicionarse solo con el propósito de resistir las
fuerzas horizontales, los muros de concreto que encierran las
escaleras y los núcleos de ascensor también pueden servir como
muros de cortante.
FOTOGRAFIA #7 muro que esta en la capilla cerco de un
complejo deportivo.
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Este muro es un muro de tipo no aporticado sino ha sido
vaciada o encofrada el muro junto con las columnas. Tambien se
puede apreciar el sobre cimiento que es de 60 cm.
VI ESCALERAS
6.1 TIPOS DE ESCALERAS DE CONCRETO:
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La forma mas sencilla de escaleras de concreto armado
constan de una losa inclinada que en sus extremos sostienen la
viga, con escaleras conformadas en su superficie superior. Esta
losa de escalera se diseña en general como una losa sencilla con
una luz igual a la distancia horizontal entre apoyos. Este método
de diseño exige que el acero se coloque solo en la dirección de la
longitud de la losa el acero transversal por lo general una barra
en cada paso, se utiliza únicamente para ayudar en la
distribución de la carga y proporcionar refuerzo de temperatura,
algunas veces es necesario incluir una losa de plataforma en uno
o en los dos extremos de la losa inclinada, indican que el efecto
del ángulo que se presenta en una losa de este tipo puede
ignorarse en forma segura, aunque el refuerzo debe detallarse
con sumo cuidado.
Resulta aconsejable que la luz libre de la losa de escalera
se mantenga relativamente corta. si no se presentan quiebres o
descansos en los tramos entre los pisos pueden utilizarse vigas
intermedias soportadas por el entramado estructural del edificio.
Si la escalera entre pisos se divide en dos o mas tramos pueden
utilizarse vigas como las discretas anteriormente para sostener
el descenso soportando estas a su vez como antes para el tramo
recto mas largo o la losa intermedio se puede suspender de una
viga en el nivel del piso superior mediante barras colgantes
donde las condiciones lo permiten la losa intermedia se puede
soportar en forma directa por los muros exteriores del edificio.
FOTOGRAFIA #8 escaleras de un edificio.
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Las escaleras que se pueden apreciar son las mas tipicas
que hay en nuestro medio ya que facilitan el encofrado y muchos
otros aspectos esta columna no esta soportada por muros
portantes si no por columnas.
VII CONSTRUCCIÓN
7.1 ASPECTOS DE LA CONSTRUCCION DE UN EDIFICIO:
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Los elementos estructurales como las zapatas, columnas,
vigas, losa, etc. Estos elementos se combinan de diferentes
maneras para crear simplemente un sistema estructural para
edificios. O otros tipos de construcciones. Una parte importante
dentro de las responsabilidades del ingeniero civil es seleccionar
a partir de diferentes alternativas el mejor sistema de estructura
para determinadas condiciones la selección acertada del sistema
estructural para determinar a su vez las condiciones de la
economía.
7.2 VERSATILIDAD DE FORMAS:
Como se sabe que en la mayoría de construcciones el
concreto se coloca en forma fluida el material puede adaptarse
con facilidad a una amplia variedad de requisitos y funcionalidad.
7.4 DURABILIDAD:
Con una protección de concreto adecuada sobre el acero de
refuerzo la estructura tendrá larga vida a bajas condiciones
climáticas como del medio y ambientales fuertemente adversas.
7.5 RESISTENCIA AL FUEGO:
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Cuando el refuerzo es apropiado y protege a la estructura
de concreto suministra la máxima protección contra el fuego.
7.6 CONSTRUCCION:
En términos de periodo total de construcción desde la fecha
de aprobación de los planos asta la entrega de la obra es el
tiempo que se considera las construcciones en nuestro medio son
generalmente de concreto armado es por eso se dice que estas
construcciones son mas rápidas que las de acero aunque el
montaje en obra de un edificio de acero es mucho mas rápido.
Esta fase es predicada por la prefabricación de todas las partes
en el taller.
7.7 COSTO:
Los costos básicos de una estructura de concreto son
menores a los costos de una estructura de acero es por ello que
estas estructuras solo se ve en construcción en grandes ciudades
adelantados.
7.8 MANO DE OBRA:
Siempre es posible hacer uso de las fuentes locales de
mano de obra y en muchas áreas en donde no hay fabricas
cercanas de cemento o zonas enaxecibles estos costos se van
aumentando por la topografía accidentada del lugar.
CONCLUSIONES
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Realizando el presente trabajo de identificación de los
elementos estructurales de un edificio, en la revisión de
bibliografía he llegado a la conclusión de que en nuestro país y
mas en nuestro medio nos encontramos realmente atrasados en
el aspecto de la construcción ya que aun seguimos en lo que es la
sencillez de las estructuras y no profundizamos a estructuras de
gran magnitud en su construcción como son las formaletas de
acero para viguetas o columnas de acero combinadas con
concreto armado de viguetas en sus dos direcciones, pero creo el
problema no es de los ingenieros ya que nosotros si podemos
realizarlo el problemas es económico.
BIBLIOGRAFÍA
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UANCV ING CIVIL ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
Diseño de estructuras de concreto – Arthur Nilson, George
Winter
R. B. Peck ingenieria de fundaciones.
Mecanica de suelos K. Terzaghi.
Mecanica de suelos Juares - Badillo.
Richar A. Brandtzaeg, estudio de las fallas de las columnas y
compresión.
Recomendaciones para el diseño de elementos estructurales –
informe del ACI 1985.
Estructura y diseño d estructuras de concreto armado –
Antonio Lilanio Blasco
Curso de análisis estructural I UANCV – dictado por el ing.
Cesar Camargo Najar.
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