PC - Semana4 - Grupo Nro 02
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FACULTAD DE INGENIERIA
INTEGRANTES :
ÍNDICE
INTRODUCCION
1. OBJETIVOS ……………….…………………………… 3
2. RESUMEN ……………….…………………………… 3
3. ALCANCE ……………………………………………. 4
4. JUSTIFICACION ……………………………………………. 4
5. MARCO TEORICO ……………………………………………. 4
6. EJEMPLO PRACTICO ……………………………………………. 9
BIBLIOGRAFIA ……………………………………………. 24
ANEXOS ……………………………………………. 25
ESTRUCTURAS Y CARGAS
FACULTAD DE INGENIERIA
INTRODUCCION
El presente trabajo tiene como objetivo principal el diseñar un sistema aporticado de la I.E 82019-LA
FLORIDA de 02 pisos. Esta estructura está integrada principalmente por el marco o pórtico así como
también los demás elementos complementarios que sirven para el soporte y unión de los distintos
elementos estructurales.
La principal característica del pórtico en estudio es que se trata de un Pórtico o marco utilizado en obras
de la ciudad de Cajamarca como Instituciones Educativas, edificios comerciales e industriales, coliseos
deportivos, casas -habitaciones y demás estructuras similares, ya que resulta mucho más económico y
más seguro.
El trabajo presenta un ejemplo preciso y las pautas y pasos necesarios para efectuar el diseño estructural
en pórticos. Esto es tema de suma trascendencia en nuestro desarrollo como futuros profesionales los
cuales nos brindará conocimientos básicos para nuestra formación como ingenieros civiles. Tales
conocimientos se van adquirir a partir de la propia realidad visualizando en el campo las diferentes
estructuras en su conjunto; sirviéndonos para iniciarse en el estudio del diseño estructural.
Se pretende con el presente trabajo de investigación, ir más allá del resultado numérico del análisis y
considerar todos los factores adicionales que uno percibe en la estructura, no limitándose al resultado
obtenido de un elemento, si no tratando de comprender el comportamiento del conjunto de los mismos,
siendo así el diseño estructural no necesariamente el reflejo de inmensos cálculos sino la expresión del
profesional que realiza o ejecutara el diseño.
OBJETIVOS
RESUMEN
El presente informe consta como primera etapa la visita a la edificación I.E 82019-LA FLORIDA, donde
se obtendrá datos para metrar y predimensionar nuestro plano con sistema aporticado, ubicado en Av.
Atahualpa de la ciudad de Cajamarca, en la visita pudimos observar que nuestra edificación pertenece a
un sistema aporticado, rodeado en todos sus lados por áreas construidas. Como segunda etapa nos
agenciamos de los planos de la edificación en estudio y del plano de ubicación de la I.E 82019-LA
FLORIDA de 02pisos; para luego diseñar y predimensionar los elementos estructurales que lo conforman:
vigas, columna s, ancho de cimentación, etc. Seguidamente en la tercera etapa presentar nuestro diseño
del sistema aporticado de la I.E 82019-LA FLORIDA de 02 pisos, juntamente con el plano estructurado,
con columnas, vigas, etc. para concluir al final con el cálculo de los anchos de las zapatas.
ESTRUCTURAS Y CARGAS
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ALCANCE
El presente informe se hace con la finalidad de dar un alcance de información para promociones
posteriores, Puesto que el diseño de estructuras aporticadas pretende ir más allá del resultado numérico
del análisis y considerar todos los factores adicionales que uno percibe en la estructura, no limitándose
al resultado obtenido de un elemento, si no tratando de comprender el comportamiento del conjunto de
los mismos, siendo así el diseño estructural no necesariamente el reflejo de un cálculo sino la expresión
del profesional que realiza el Diseño.
JUSTIFICACION
Este informe nos ayudará a comprender como se enmarca o se realiza el proceso de Diseño de
estructuras aporticadas y a que parámetros se rigen, adquiriendo Los conocimientos a partir de las clases
impartidas por el docente y la practica en la propia realidad insitu.
MARCO TEORICO
1. CONCEPTOS ESTRUCTURALES
La Ingeniería Estructural se basa en los conceptos de los cursos de mecánica racional constituidos por
la estática y la dinámica; mecánica de materiales constituidas por la resistencia rigidez y estabilidad de
estructuras y el análisis estructural.
2. DEFINICIONES PREVIAS
a) Estructuras
Se llama así a un conjunto de elemento resistentes que colaboran entre si para soportar fuerzas o
cargas mintiendo en todo momento su equilibrio, es decir todas las fuerzas que actúan sobre el
estructura se compensan mutuamente.
b) Pórticos
Son estructuras constituidas por una pieza horizontal o viga rígidamente unida en sus extremos sobre
elementos verticales o columnas.
c) Vigas
Son los elementos horizontales o inclinados, de medida longitudinal muy superior a las transversales,
cuya solicitación principal es de flexión; son los elementos que reciben las cargas de las losas, y las
transmiten hacia otras o directamente hacia las columnas o muros.
d) Columnas
Son elementos de apoyo aislados, generalmente verticales con medida de altura muy superior a las
transversales, cuya solicitación principal es de compresión; reciben las cargas de las losas y de las
vigas con el fin de transmitirlas hacia la cimentación, y permiten que una edificación tenga varios
niveles.
e) Losas
Son estructuras utilizadas como pisos o entre pisos en una edificación. Tienes dos funciones
principales desde el punto de vista estructural: la primera, ligada a las cargas de gravedad; y la
segunda, ligada a las cargas de sismo. Las losas se pueden subdividir en: las losas macizas que tienen
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un determinado espesor íntegramente en concreto armado; las losas nervadas que tienen en cambio
nervios o viguetas cada cierta distancia, unidos por una losa maciza superior más delgada; y las losas
aligeradas que son en esencia losas nervadas, pero tienen como diferencia que el espacio existente
entre las viguetas esta relleno por ladrillo aligerado o elementos livianos de relleno.
f) Placas
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.
g) Cargas Muertas
Son aquellas que se deben al peso propio de la edificación, incluyendo la estructura resistente y los
elementos no estructurales tales como tabiques y acabados.
h) Cargas Ocasionales.
Aquellas cuya presencia es eventual como la nieve el viento y el sismo. La dirección y el sentido de la
fuerza o carga con respecto al cuerpo determinan la clase de esfuerzos que se producen.
i) Cargas Vivas
Son las cargas de personas, muebles, equipos, etc. Su magni tud es determinada considerando los
estados de cargas más desfavorables de acuerdo al uso edificación.
j) Pilotes
Son piezas cilíndricas o prismáticas que se clavan o vacían en sitio con la principal finalidad de trasmitir
sus cargas a suelos más profundos que tengan la suficiente resistencia para soportarlas.
k) Vigas de Cimentación
Generalmente se diseñan para conectar a las zapatas, de manera que trabajan en conjunto, pudiendo
actuar como cimiento.
l) Zapatas
Constituyen el cimiento de las columnas. Su dimens ión y forma depende las cargas que sobre ellas
actúan, de la capacidad portante del terreno y de su ubicación. Se denominan zapatas aisladas, a las
que soportan una sola columna; zapatas combinadas a las que sirven de soporte de dos o más
columnas y zapatas conectadas, a las que son unidas por una o más vigas de cimentación.
3. ESTUDIO DE PORTICOS:
a) Conceptos.
Los pórticos o marcos son estructuras cuyo comportamiento está gobernado por la flexión. Están
conformados por la unión rígida de vigas y columnas.
Es una de las formas más populares en la construcción de estructuras de concreto reforzado y acero
estructural para edificaciones de vivienda multifamiliar u oficinas; en nuestro medio había sido tradicional
la construcción en concreto reforzado, pero después de 1991, con la «apertura económica» se hacen
cada vez más populares las estructuras aporticadas construidas con perfiles estructurales importados,
desde nuestros países vecinos: Venezuela, Brasil, Ecuador y de otros, tan lejanos como el Japón o
Polonia.
Los pórticos tienen su origen en el primitivo conjunto de la columna y el dintel de piedra usado por los
antiguos, en las construcciones clásicas de los griegos, como en el Partenón y aún más atrás, en los
trilitos del conjunto de Stonehenge en Inglaterra (1800 años a.C.). En éstos la flexión solo se presenta
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en el elemento horizontal (viga) para cargas verticales y en los elementos verticales (columnas) para el
caso de fuerzas horizontales.
Con la unión rígida de la columna y el dintel (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.
Columnas
Al estructurar se buscara que la ubicación de las columnas y vigas tengan la mayor rigidez posible de
modo que el SISMO al atacar estas soportan dichas fuerzas sin alterar la estructura.
Losas
El espesor de la losa estará en función de la separación entre los apoyos si la losa es aligerada, las viguetas se
armarán en la dirección en que la separación entre apoyo sea la menor. Según el reglamento Peruano de Concreto
Armado el espesor de la losa será:
Cimentaciones
Las estructuras aporticadas se caracterizan porque las columnas reposan sobre zapatas, la zapata
aparece cuando las capacidad de resistencia de la columna no soporta el peso que recibe y es necesario
ensanchar la base para que las cargas se trasmitan al suelo las zapatas pueden ser aisladas si solo
reciben una columna o combinadas en este caso reciben dos columnas. Una vez levantado los pórticos
los espacios vacíos se cubren con muros no portantes denominados así porque estos no tienen función
estructural la figura uno es el caso de zapatas aisladas con cimentación corrida. Los primeros soportan
el peso de las losas, vigas, columnas cargas vivas etc. Y la última soporta el peso de los muros no
portantes.
c) Predimensionamiento
De Elementos Estructurales
Podemos ver que toda estructura aporticada
está constituida por losas, vigas,
columnas y zapatas y además
presentamos cimentación corrida que es la
base donde irán los muros no portantes.
ESTRUCTURAS Y CARGAS
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En el articulo 10.4.1.2 dice: En losas macizas continuas con sobrecargas menores a 300 Kg./m2 y luces
menores de 7.5 m cuando se cumple que:
Predimensionamiento de Vigas
Para predimensionar vigas consideramos como luz libre la luz entre vigas y tendremos en cuenta la
sobrecarga que soportara. Al igual que las vigas la sección de las columnas l as estimamos
preliminarmente en base al proyecto arquitectónico. Si la estructura es aporticada, habrá vigas
principales y vigas secundarias según sea el armado de la losa. Para predimensionar la viga tendremos
que determinar su ancho (base) y si alto (peralte).
Para predimensionar la altura de viga tendremos en cuenta la sobrecarga y nos basamos en la siguiente
tabla
Nota importante:
El ancho tributario de las vigas perimetrales tanto principales como secundarias deberá tener otras
dimensiones respecto al ancho ya que la parte tributaria que reciben es menor. Por motivo
arquitectónicos es frecuente uniformizar las dimensiones de la estructura y si lo hacemos siempre será
del lado de la seguridad es decir será con las dimensiones de las vigas que soportaran tendrán las
mismas dimensiones que las de los pórticos interiores.
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Predimensionamiento de Columnas
Donde :
C1 Columna central.
C2: Columna externa de un pórtico interior principal.
C3 :Columna externa de un pórtico interior secundario.
C4 : Columna de esquina.
d) Metrado de cargas:
OBSERVACIONES:
Para hacer análisis por sismo se considera la altura de columna desde la parte superior de la zapata .
Consideramos viga a la luz l ibre entre columnas .
Cons ideramos columna desde la parte superior de la zapata hasta la parte superior del entre pi so
(losa).
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2. PREDIMENSIONAMIENTO
A. VIGAS PRINCIPALES.
a) Viga: V101, V103 (primer piso) y Viga: V201, V203 (segundo piso).
Modificación:
B. VIGAS SECUNDARIAS.
b) VA 2: (Primer piso).
Modificación:
c) VA 3: (segundo piso).
Modificación:
C. ESPESOR DE LOSA.
Por Formula:
Dónde: L= 4m = 400cm
D. COLUMNAS.
Para estimar las dimensiones de las secciones rectas de vigas y columnas asumimos
los siguientes valores iníciales por metro cuadrado:
PESO MUERTO
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COLUMNAS.
Para estimar las dimensiones de las secciones rectas de vigas y columnas asumimos los siguientes valores iníciales por metro
cuadrado:
PESO MUERTO
a) COLUMNA C1
TIPO DE COLUMNA K n
Columna interior primeros pisos 1.11 0.3
Columna interior últimos pisos 1.11 0.25
Columnas extremas de pórticos interiores 1.25 0.25
Columna de esquina 1.5 0.2
Reemplazando valores:
K = 1.25
P = 53273.75 Kg
n = 0.25
f´c = 210.00 kg/m2
bxh = 1248.45 cm2
b 25 cm
h 50 cm
AREA 1250 cm2
b) COLUMNAS C2
TIPO DE COLUMNA K n
Reemplazando valores:
K = 1.25
P = 36167.50 Kg
N = 0.25
f´c = 210.00 kg/m2
bxh = 861.13 cm2
B 25 cm
H 50 cm
AREA 1250 cm2
c) COLUMNA C3
TIPO DE COLUMNA K n
Columna interior primeros pisos 1.11 0.3
Columna interior últimos pisos 1.11 0.25
Columnas extremas de pórticos interiores 1.25 0.25
Columna de esquina 1.5 0.2
Reemplazando valores:
K = 1.11
P = 29512.50 Kg
n = 0.25
f´c = 210.00 kg/m2
bxh = 623.98 cm2
b 25 cm
h 25 cm
AREA 625 cm2
d) COLUMNA C4
TIPO DE COLUMNA K n
Columna interior primeros pisos 1.11 0.3
Columna interior últimos pisos 1.11 .25
Columnas extremas de pórticos interiores 1.25 0.25
Columna de esquina 1.5 0.2
Reemplazando valores:
K = 1.25
P = 5376.25 Kg
n = 0.25
f´c = 210.00 kg/m2
bxh = 128.01 cm2
b 15 cm
h 25 cm
AREA 375 cm2
ESTRUCTURAS Y CARGAS
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B. ZAPATAS.
a) ZAPATAS: Z1
σ= 0.86 Kg/cm2
A= P/σ
A= L2 =52227.42 cm2
L = 228.69 * 228.69 Cm
b) ZAPATAS: Z2
σ = 0.86 Kg/cm2
A = P/σ
A = L2 = 49637.23 Cm2
L = 222.79 * 222.79 Cm
c) ZAPATAS: Z3
METRADO DE CARGAS PRIMER PISO
A = P/σ
A = L2 = 29775.47 Cm2
L = 172.56 * 172.56 cm.
d) ZAPATAS: Z4
σ = 0.86 Kg/cm2
A = P/σ
A = L2 = 38362.0907 Cm2
L = 195.86 * 195.86 Cm
C. ESCALERA.
a) Especificaciones:
- Sobrecarga: 500 Kg/m2.
- Ancho de paso: 30 cm.
- Altura de contrapaso: 16 cm.
- Dimensionamiento:
- Espesor de losa (e)
Luego :
ESTRUCTURAS Y CARGAS
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TRAMO INCLINADO:
- Carga Muerta (CM)
Peso propio: 2400 x 0.42 x 1.93 = 1945.44 Kg /ml
Acabado: 100 x 1.93 = 193 Kg /ml. C. M. 213844 Kg /ml.
- Carga Viva (CV)
Sobrecarga500 X 1.93 = 965 Kg /ml CV 965 Kg /ml
- Carga última de rotura
Wu = 1.5 CM + 1.8 CV
Wu = 1.5 x 2138.44 + 1.8 x 965
Wu = 4944.66 Kg /ml
Tramo horizontal
IDEALIZAMOS LA ESTRUCTURA
- ∑ 𝑀𝑅1 = 0
-9249.53 x 1.125 -22251 x 4.50 + R2 x 6.75 = 0
R2 = 16375.6 Kg.
- ∑ 𝐹𝑦 = 0
R1 + 16375.6 = 8935.65 + 22251
R1 = 14811.1 Kg.
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CIMENTACIÓN DE LA ESCALERA
PREDIMENSIONAMIENTO.
A=bxL
TRAMO INCLINADO:
- Carga Muerta (CM)
Peso propio: 2400 x 0.42 x 1.93 = 1945.44 Kg /ml
Acabado: 100 x 1.93 = 193 Kg /ml. C. M. 2138.44 Kg
/ml.
TRAMO HORIZONTAL
Idealizamos la estructura
4110.9 Kg.
4450.19 Kg.
R4
R3
- ∑𝑀𝑅3 = 0
-4450.19 x 0.45 - 13771.5 x 2.575 + R4 x 64.25 = 0
R4 =8815.11 Kg.
- ∑ 𝐹𝑦 = 0
R3 + 8815.11 =4450.19 + 13771.5 R3 = 9406.58 Kg.
ESTRUCTURAS Y CARGAS
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES :
Se logró estructurar y predimensionar los elementos constitutivos de la estructura aporticada de la I.E 82019-
LA FLORIDA. Se consiguió Metrar la edificación teniendo en cuenta las normas peruanas de edificación.
Se logró dimensionar la estructura y calcular el ancho que debe tener las zapatas de la I.E 82019-LA FLORIDA.
Para estructuras aporticadas en zonas de alto riesgo sísmico, se recomienda incrementar el peralte de vigas
en 20% como mínimo, con respecto a las dimensiones obtenidas de un Predimensionamiento clásicos para
losas armadas en dos direcciones
Por motivos arquitectónicos es frecuente uniformizar las dimensiones de la estructura; y si lo hacemos siempre
debemos hacerlo del lado de la seguridad, es decir con las dimensiones de vigas y columnas que soportan
mayor carga.
En la Actualidad para aumentar la rigidez lateral de un diseño estructural la se está optando por estructuras
duales; es decir que al diseño de pórticos se le adiciona placas o muros de concreto.
Para un mejor comportamiento de las estructuras con respecto a las cargas de sismo se debe diseñar las
columnas en forma de T y/o L para darle mayor momento de inercia, es decir aumentar la rigidez en ambas
direcciones.
BIBLIOGRAFÍA :
Apuntes de clases.
SEPARATAS DEL CURSO.-INGº MAURO CENTURION VARGAS.
Normas Técnicas E – 020
Estructuración y diseño de edificaciones de concreto armado / segunda edición/colegio de ingenieros del
Perú./ ing. Antonio blanco Blasco, Lima Perú
Diseño estructural en acero / primera edición / colegio de ingenieros del Perú / ing. Luis F. Zapata Baglieto.
Tesis para optar el título de ingeniero CIVIL / construcción del edificio de ingeniería de sistemas.
Estructuras y construcción /ACI- capitulo peruano / ing. Roberto Morales
Diseño de estructuras porticadas de concreto armado / octava edición: agosto del 2006 / ING. Genaro
Delgado Contreras.
Reglamento de metrados para obras de edificación /octava edición / CAPECO.
ESTRUCTURAS Y CARGAS
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ANEXOS :