ÍNDICE ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS 1.INTRODUCCIÓN 1.1. DEFINICIÓN DE CONCEPTOS DEFICIÓN ANÁLISIS.

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2 ÍNDICE ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS 1.INTRODUCCIÓN 1.1. DEFINICIÓN DE CONCEPTOS 1.1.1. DEFICIÓN ANÁLISIS ESTRUCTURAL 1.2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES 1.2.2. FUERZA 1.2.2. MOMENTO DE UNA FUERZA 1.2.3. FUERZAS CONCURRENTES COPLANARES RESULTANTES 2.ELEMENTOS ESTRUCTURALES 2.1. CIMENTACIÓN 2.2. COLUMNAS 2.3. MUROS 2.4. PLACAS 2.5. VIGAS 2.6. LOSAS 3. CLASIFICACIÓN DE ESTRUCTURAS EN EDIFICACIONES 3.1. ALBAÑILERÍA SIMPLE 3.2. ALBAÑILERÍA CONFINADA 3.3. ALBAÑILERÍA ARMADA 3.4. CONCRETO ARMADO 3.5. ESTRUCTURAS METÁLICAS 4. CÁLCULO DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL 4.1. DEFINICIÓN 4.2. APLICACIÓN 4.3. MÉTODOS

3 ANÁLISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 1. INTRODUCCIÓN El Análisis Estructural, es una ciencia que se encarga de la elaboración de métodos de cálculo, para determinar la resistencia, rigidez, estabilidad, durabilidad y seguridad de las estructuras, obteniéndose los valores necesarios para un diseño económico y seguro. En el Análisis Estructural se calculan armaduras, vigas, pórticos, arcos, losas, placas, bóvedas, cúpulas, cascarones, reservorios, puentes, cables, estructuras sobre bases elásticas e inelásticas, membranas y otros. ¿QUÉ ES UNA ESTRUCTURA? Una estructura es un ensamble de miembros o elementos independientes para conformar un cuerpo único, armazón o esqueleto estructural, el cual transmite las fuerzas actuantes a sus apoyos.

4 ANÁLISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 1.1 DEFINICIÓN DE CONCEPTOS 1.1.1 DEFINICIÓN DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL El objetivo del análisis estructural consiste en calcular las - fuerzas internas y las deflexiones en un punto cualquiera de una estructura. Es un proceso de medición que permite calcular y determinar los efectos de las cargas y las fuerzas internas de una estructura, edificio, u objeto.

5 ANÁLISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 1.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 1.2.1 FUERZA La fuerza es una magnitud vectorial medible que se representa con la letra ‘F’ y su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Newton ‘N’. Denominado así en honor a Isaac Newton, quien describió en su Segunda Ley de Movimiento cómo la fuerza tiene relación con la masa y la aceleración de cuerpo.  Por ejemplo, a mayor masa mayor será la fuerza a ejercer sobre el objeto para lograr moverlo o modificarlo. Fórmula para calcular la fuerza F = m a. F: fuerza necesaria para mover un cuerpo u objeto (en el Sistema Internacional se calcula en Newton). m: masa de un cuerpo (en el Sistema Internacional se calcula en kilogramos). a: unidad de aceleración (en el Sistema Internacional se calcula en metros por segundo al cuadrado m/s2). F F

6 ANÁLISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 1.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 1.2.2 MOMENTOS DE UNA FUERZA Cuando se aplica una fuerza en algún punto de un cuerpo rígido, dicho cuerpo tiende a realizar un movimiento de rotación en torno a algún eje. La propiedad de la fuerza aplicada para hacer girar al cuerpo se mide con una magnitud física que llamamos torque o momento de la fuerza. Entonces, se llama torque o momento de una fuerza a la capacidad de dicha fuerza para producir un giro o rotación alrededor de un punto. Expresada como ecuación, la fórmula es: M = F d Cuando se ejerce una fuerza F en el punto B de la barra, la barra gira alrededor del punto A. El momento de la fuerza F vale M = F d Donde: M es momento o torque F = fuerza aplicada d = distancia al eje de giro a) b)

7 ANÁLISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 1.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 1.2.3 FUERZAS CONCURRENTES COPLANARES RESULTANTES Se conoce como sistema de fuerzas concurrentes a las fuerzas cuyas líneas de acción se intersecan en un punto. La composición de fuerzas concurrentes tiene por objeto, dado un sistema de fuerzas hallar su resultante. La dirección de la resultante se establece según el teorema de los senos, "en todo triángulo los lados son proporcionales a los senos de los ángulos opuestos por el vértice". Al mismo tiempo "los lados del triángulo son proporcionales a los módulos de las fuerzas". De donde se obtiene: F1 F2 R

8 2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 2.1 CIMENTACIÓN DEFINICIÓN: Cimientos : Reciben cargas que influyen en una construcción. Transmiten cargas hacia el terreno. Importancia : Base de toda edificación Sean correctamente calculados, y que su tamaño será directamente proporcional a la carga que transmiten. Es importante conocer las características del suelo o el terreno. Tener en cuenta que, dependiendo el tipo de suelo y si el proyecto se encuentra en una zona símica, los cimientos van a variar.

9 2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 2.1 CIMENTACIÓN TIPOS DE CIMENTACIÓN: Cimentos superficiales Siempre que e posible se emplean cimentaciones superficiales, ya que son el tipo de cimentación no tan costosa y más simple de ejecutar. Una cimentación superficial, se pueden observar en casas de uno o dos pisos. Consiste en una serie de capas de hormigón con piedras pequeñas y grandes dentro de una zanja vertical. Este procedimiento está en desuso. CIMENTACIÓN DE CONCRETO ARMADO. El concreto armado va a sustituir el concreto ciclópeo. Se utiliza una estructura de fierro para obtener una mayor consistencia. CIMENTO CICLÓPEO

10 ZAPATA AISLADA ZAPATA CORRIDA LOSA ZAPATA CORRIDA BAJO MURO EMPARRILLADO ZAPATA MEDIA ZAPATA EN ESQUINA ZAPATA COMBINAD A Zapata Aislada ------------------- Pilar aislado. Zapata Combinada -------------- 2 o más pilar contiguos. Zapata corrida ------------------ Alineaciones de 3 o más pilares. 2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 2.1 CIMENTACIÓN https://geotecniafacil.com/tipos-cimentaciones-superficiales-o-directas/ TIPOS PRINCIPALES DE CIMIENTOS SON: TIPOS DE CIMENTACIÓN: Cimentos superficiales CIMENTO POR ZAPATAS Es la cimentación directa, es poco profunda, en construcciones livianas, son económicas.

11 2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 2.1 CIMENTACIÓN TIPOS DE CIMENTACIÓN: Cimentos superficiales LOSA DE CIMENTACIÓN Es una placa flotante, la cual está apoyada justo sobre el terreno. Estas pueden ser aligerada, maciza, o con refuerzos, las cuales, son especiales para resistir las fuerzas que se ubican bajo los soportes. La apariencia de esta es como un piso de concreto, donde se reparten los muros y columnas uniformemente. TIPOS PRINCIPALES DE CIMIENTOS SON:

12 2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 2.2 COLUMNAS DEFINICIÓN: La columna es un elemento fundamental estructural vertical empleado para soportar y transmitir cargas y distribuir espacios. Se clasifican en : COLUMNA AISLADA COLUMNA ADOSADA HISTORIA En la arquitectura clásica se usaron columnas formadas por elementos y de distintos órdenes como: A.CAPITEL B.FUSTE C.BASA A B C Toscano Dórico Jónico Compuesto Corintio

13 2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 2.2 COLUMNAS TIPOS DE MATERIALES EN COLUMNAS CONCRETO ARMADO PIEDRA ACERO MADERA COMPONENTES DE LAS COLUMNAS ESTRIBOS Barras de acero redondo : llamado armadura “vertical o longitudinal” Estribos : Puestos en forma transversal separados uno de otros o bien de forma espiral continuo atados a la armadura longitudinal. BARRAS DE ACERO

14 2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 2.2 COLUMNAS Es la combinación de concreto y acero. Son miembros verticales a compresión de los marcos estructurales, que sirve para apoyar a las vigas cargadas. También soportan esfuerzos flexionantes por lo que deberán tener refuerzos de acero. Transmiten las cargas de los pisos superiores hasta la parte baja y después al suelo El acero se coloca en la parte interior en la zona de tracción, le da resistencia a la tensión en esta zona Tiene resistencia a la compresión, durabilidad, resistencia al fuego y moldeabilidad del concreto ESFUERZO DE COMPRESIÓN

15 2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 2.2 COLUMNAS El esfuerzo de compresión es la contraria a la de tracción, esta intenta comprimir un objeto en el sentido de la fuerza. Por ejemplo las columnas de un edificio soportan el peso del techo y de los pisos superiores, estos elementos están sometidos a una fuerza que tiende a aplastarlos. ESFUERZO DE COMPRESIÓN

16 2. ELEMENTOS ESTRUCTURALES ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 2.2 COLUMNAS Y X X ey ex FLEXO COMPRESIÓN - BIAXIAL Este tipo de esfuerzo se manifiesta en las columnas que posicionadas en las esquinas de las edificaciones; están sometidas a compresión en los ejes X, Y. Por lo tanto la Flexión Biaxial es la resultante de la aplicación de una carga no alineada en los ejes X,Y en la columna. El esfuerzo biaxial también se presenta por desbalance de carga; que los momentos de las columnas ocasionan. e Pu My = Pu. ex Mx = Pu. ey -My : Momento en “Y” -Mx : Momento en “X” -Pu : Magnitud de la carga -ex : Excentricidad en “X” -ey : Excentricidad en “Y” Imagen 5 Imagen 6

17 SE CONSTRUYE CON LADRILLO COCIDO O ADOBES O PIEDRA ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ Se hace referencia a la forma tradicional y es aplicada sin el empleo de ciertos materiales, simplemente se apoya en el uso de ladrillos y el mortero o argamasa. Es decir, estos serán los sostenedores encargados de resistir todas las potenciales cargas que pueda requerir la construcción, ya que la disposición de los elementos de la estructura logra que las fuerzas actuantes sean preponderantemente de compresión. 3. CLASIFICACIÓN DE ESTRUCTURAS VENTAJAS:  Gran capacidad de aislamiento acústico y térmico DESVENTAJAS:  POCA RESISTENCIA A LAS CARGAS LATERALES POR SISMO  PROCESO DE CONSTRUICCION ES LENTO 3.1. ALBAÑILERÍA SIMPLE

18 ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ Es la técnica de construcción que se emplea normalmente para la edificación de una vivienda. En este tipo de construcción se utilizan ladrillos de arcilla cocida, columnas de amarre, vigas soleras, etc. ALBAÑILERÍA CONFINADA : reforzada interiormente con varillas de acero distribuidas vertical y horizontalmente e integrada mediante concreto líquido, de tal manera que los diferentes componentes actúen conjuntamente para resistir los esfuerzos. A los muros de Albañilería Armada también se les denomina Muros Armados. ALBAÑILERÍA ARMADA Debe su nombre a que emplea el acero como refuerzo en los muros que se construyen. En la albañilería armada, se refuerza los tensores en el plano vertical empotrados en los cimientos y estribos en el plano horizontal, en el caso de los pilares de la construcción. En este caso los ladrillos que se emplean son mecanizados, ya que poseen un diseño estructural que facilita la inserción de los tensores y de esta manera garantizar una gran flexibilidad a las diferentes estructuras que se realizan empleando este tipo de albañilería. 3. CLASIFICACIÓN DE ESTRUCTURAS 3.2. ALBAÑILERÍA CONFINADA / 3.3 ALBAÑILERÍA ARMADA

19 ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ TIPOS DE ALBAÑILERÍA  Es el concreto en el que el acero se incrusta de tal manera que los dos materiales actúan juntos en fuerzas de resistencia.  La técnica constructiva del concreto armado, hormigón armado u hormigón reforzado consiste en la utilización de pasta de hormigón, en cuyo interior se incluye un armado de barras o mallas de acero, denominadas armaduras. También se puede incluir dentro del hormigón fibras, tales como fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido.  El hormigón armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales. La utilización de fibras es muy común en la aplicación de hormigón proyectado, especialmente en túneles y obras civiles en general. 3. CLASIFICACIÓN DE ESTRUCTURAS 3.4. CONCRETO ARMADO

20 ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ La Estructuras Metálicas son las que la mayor parte de los elementos o partes que la forman son de metal (más del 80%), normalmente acero. Como las estructuras están formadas por un conjunto de partes, estas partes deben cumplir condiciones según normas. Recuerda que el acero es una aleación (combinación o mezcla) de hierro (Fe) y carbono (C) siempre que el porcentaje de carbono sea inferior al 2%. Este porcentaje de carbono suele variar entre el 0,05% y el 2% como máximo. A veces se incorpora a la aleación otros materiales como el Cr (Cromo), el Ni (Níquel) o el Mn (Manganeso) con el fin de conseguir determinadas propiedades y se llaman aceros aleados. El acero tiene 3 grandes ventajas a la hora de construir estructuras:  - Soporta grandes esfuerzos o pesos sin romperse.  - Es flexible. Se puede doblar sin romperse hasta ciertas fuerzas. Un edificio de acero puede flexionar cuando se empuja a un lado por ejemplo, por el viento o un terremoto.  - Tiene Plasticidad. Incluso puede doblarse (plasticidad) sin romperse. Esta propiedad permite que los edificios de acero se deformen, dando así a la advertencia a los habitantes para escapar. 3. CLASIFICACIÓN DE ESTRUCTURAS 3.5. ESTRUCTURAS METÁLICAS

21 4. CÁLCULO DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 4.1. DEFINICIÓN El cálculo estructural consiste en dar una dimensión tentativa o definitiva, de acuerdo a ciertos criterios y recomendaciones establecidos basándose en la práctica de muchos ingenieros y a lo estipulado en la Norma Técnica de Edificaciones E-060 de Concreto Armado. El pre-dimensionamiento estructural o cálculo estructural, se vuelve crucial para el diseño inicial de los componentes estructurales, ya que nos permite conocer así las restricciones y las posibilidades de los espacios. Una de las principales cargas que debe soportar una estructura es su propio peso, entonces, es imprescindible conocer este dato para que se puedan dimensionar las diversas partes del edificio.

22 4. CÁLCULO DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 4.2. APLICACIÓN PREDIMENSIONAMIENTO DE LOSAS ALIGERADAS La regla práctica para determinar el espesor de la losa es dividir la mayor longitud de luz libre entre 25. Este espesor considera los 5 cm de concreto que se coloca por encima del ladrillo más la altura del ladrillo. Al ser los ladrillos de sección cuadrada de 30x30 cm con una altura variable de 12, 15, 20 y 25 cm, el espesor de losa a escoger queda restringido aciertos valores. Generalmente se escoge un peralte de 20 cm, para mejorar los aspectos de sonido y al colocarse las instalaciones de desagüe. Además con un aligerado de 20 cm, ya no se verifica deflexiones porque corresponde a un peralte mínimo según la norma E-060.

23 4. CÁLCULO DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 4.2. APLICACIÓN PREDIMENSIONAMINETO VIGAS PERALTADAS Para predimensionar estas vigas, por lo general, se considera como regla práctica usar un peralte del orden del décimo o doceavo de la mayor luz libre entre apoyos. Para el ancho o base de la viga se debe considerar una longitud mayor que 0.3 del peralte, sin que llegue a ser menor de 25 cm. Se recomienda no tener un ancho mayor a 0.5 del 14 peralte, debido a que el ancho es menos importante que el peralte para proporcionar inercia a la viga.

24 4. CÁLCULO DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 4.2. APLICACIÓN PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS CHATAS: Para predimensionar las vigas chatas, se debe verificar que la sección escogida pueda soportar al tabique, esto se realiza comprobando que la fuerza cortante última (Vu) en la sección crítica de la viga sea menor que la fuerza cortante nominal (  Vc) que puede soportar la viga sin necesidad de considerar el acero de refuerzo.

25 4. CÁLCULO DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 4.2. APLICACIÓN PREDIMENSIONAMINETO DE COLUMNAS Las columnas se predimensionarán considerando básicamente la carga por compresión, pues los momentos de flexión son muy bajos, debido a un adecuado número de placas en cada dirección y porque las luces entre columnas son menores a 6 ó 7 m. Por lo tanto, para predimensionar las columnas se considera como regla práctica usar un área total tal que: Si no se cumplen los criterios anteriores se busca una sección de área mínima del orden de 1500 a 2000 cm². Para columnas sujetas a flexo compresión que resistan fuerzas de sismo, el ancho mínimo debe ser 25 cm y la relación de dimensiones, lado corto a lado largo, debe ser por lo menos 0.4.

26 4. CÁLCULO DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 4.3. METODOS Los métodos para el análisis estructural se refiere al uso de las ecuaciones de la resistencia de materiales para encontrar los esfuerzos internos, deformaciones y tensiones que actúan sobre una estructura resistente. METODO DE CROSS Es un método para vigas estáticamente indeterminadas también para marcos o pórticos planos, desarrollados por Hardy Cross. El método sólo calcula el efecto de los momentos flectores e ignora los efectos axiales y cortantes, lo cual es suficiente para fines prácticos en barras esbeltas.

27 4. CÁLCULO DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ING. WILFREDO PITMAN MELENDEZ 4.3. METODOS MÉTODO MATRICIAL Es un método de cálculo aplicable a estructuras hiperestáticas de barras que se comportan de forma elástica y lineal. Basado en el modelo de barras largas, que modeliza los elementos resistentes como elementos unidimensionales sometidos predominantemente a flexión.

28 DERECHO URBANÍSTICO MTRO. ARQ. DANTE URQUIZO ABANTO