diseño estr. concreto - [Download PPT Powerpoint]

Predimensionamiento estructuras de

concreto

Vigas con una capa de refuerzo

Peralte efectivo (d) de la sección de vigas y losas

Para losas

d = h – 6 cm

Usos prácticos

As

Predimensionamiento estructuras de concreto

Bhd

b

ln

d = h – 3 cm

Momento flector último de una sección

Mu =(Wu B)ln²

α

Wu = Carga por unidad de área ln = longitud libre. B = ancho tributario. α = coeficiente de momento, referencia coeficientes ACI

Ecuación 1

Predimensionamiento estructuras de concreto

En general, diseñando solo para tracción. ACI-318-11.

igualando las ecuaciones 1 y 2, tenemos:

Despejamos d, tenemos:

Ecuación 2

Ecuación 3

Predimensionamiento estructuras de concreto

n

ω = Coeficiente en función de la resistencias del acero y hormigón

Diseñando para el momento positivo máximo y asumiendo los siguientes coeficientes:

α = 16

bmín. = 25 cm (vigas) ɸ = 0.90

b =B

=Ancho tributario

20 20(uso práctico)

f’c = 210.00 kg/cm²fy = 4200.00 kg/cm² ρ = 0.007(0.7%).W = ρfy/ f’c = 0.007*4200.00/210.00 = 0.14 d = h/1.10 (uso práctico).

(uso práctico)

Predimensionamiento estructuras de concreto

Reemplazando en la ecuación 3, tenemos:

aplicando y despejando tenemos:

Diseño para el momento positivo máximo

Ecuación 4

Predimensionamiento estructuras de concreto

n

Para un hormigón de f’c = 210.00 kg/cm²Wu = carga por unidad de área, en kg/cm²

s/c = 200.00 kg/m² Wu = peso aligerado = 350.00 kg/m² Peso acabados = 100.00 kg/m² Tabiquería móvil = 150.00 kg/m² WD = 600.00 kg/m²WL = 200.00 kg/m²Wu = 1.20 * 600.00 + 1.60 * 200.00 = 1040.00 kg/m² En la práctica: Wu = 0.10 kg/cm² = 1t/m²

Predimensionamiento estructuras de concreto

1) Viviendas

Análisis de casos:

Peralte para vigas con losas armadas en un solo sentido

Reemplazando en la ecuación 4

2) Oficinas y departamentos

Peralte para vigas con losas armadas en un solo sentido

ln: en cm

s/c = 250.00 kg/m²Wu = peso aligerado = 350.00 kg/m² Peso acabados = 100.00 kg/m² Tabiquería móvil = 150.00 kg/m²WD = 600.00 kg/m²WL = 250.00kg/m².

Predimensionamiento estructuras de concreto

n n

Wu = 1.20*600.00+1.60*250.00 = 1120.00 kg/m²Wu = 0.112 kg/cm²

3) Garajes y tiendas

S/c = 500.00 kg/m²Peso aligerado = 350.00 kg/m² Peso acabados = 100.00 kg/m²WD = 450.00 kg/m² WL = 500.00 kg/m²

ln : en cm

Predimensionamiento estructuras de concreto

n

Wu = 1.20*450.00+1.60*500.00 = 1340.00 kg/m²Wu = 0.13 kg/cm²

s/C = 750.00 kg/m²h =

ln

9.7ln : en cm

s/C = 1000.00 kg/m²

h =

ln8.73

ln : en cm

ln: en cm

Predimensionamiento estructuras de concreto

n n

4) Depósitos

5) Depósitos

1).-Al elemento se considera trabajando únicamente a flexión

Recomendación del ACI 318-11 para el prediseño de elementos estructurales en zonas de alto riesgo sísmico

Pu ≤ Ag f’c

10

3).- Si no cumple se considera una columna que trabaja a flexo-compresión

1) ln ≥ 4h2) b ≥ 0.3 h3) b ≥ 0.25 m4) ρmáx = 0.0255) b < bc + 1.5 h

ln = luz libre b = ancho de viga h = altura de viga ρmáx = As/bd ρmáx = cuantía máxima de acero As = área acero (varillas colocadas) d = peralte efectivo d = h - 6cm bc = ancho columna

Predimensionamiento estructuras de concreto

2).-

Vigas simplemente apoyadas

Predimensionamiento de vigas

b = B/20 B: ancho tributario hs = 1.4 h h = altura calculada con las ecuaciones dadas anteriormente

Vigas semiempotradas

b = B/20 hs = h*1.25

Predimensionamiento estructuras de concreto

b = A/20 b: ancho de vigahA = A/α h: peralte de la viga A: dimensión menor de la losahB = B/β B: dimensión mayor de la losa. α, β: coeficientes de la tabla 1

Predimensionamiento de vigas para losas en dos direcciones

A

B

Predimensionamiento estructuras de concreto

A

Predimensionamiento de vigas para losas en dos direcciones

A/B kg/m² sobrecarga

αβ

A/B>0,67 A/B = 1,0

250 13 13500 11 11750 10 10

1000 9 9

A/B<0,67

250 13 12500 11 11750 10 10

1000 9 9

Predimensionamiento estructuras de concreto

Tabla 1. coeficientes para el predimensionamiento de vigas - losas en dos direcciones

1) hm/D ≥ 4 para que exista falla dúctil

Predimensionamiento de columnas para zonas alto riesgo sísmico

D

b

Predimensionamiento estructuras de concreto

Sismo D hm

Predimensionamiento de columnas para zonas alto riesgo sísmico

2) Índice de aplastamiento

m = P/f’c bd

m = índice de aplastamiento

Si m>⅓ - Falla frágil por aplastamiento debido a cargas axiales excesivas

Si m<⅓ - Falla dúctil

D

b

Predimensionamiento estructuras de concreto

Sismo D hm

3) bD = P/μf’c D: dimensión de la sección en la dirección del análisis sísmico de la columna.

b: la otra dimensión de la columna.

P: carga total que soporta la columna

μ: valor tabla 2 y depende del tipo de columna

f`c: resistencia del concreto a la compresión simple

Predimensionamiento de columnas para zonas alto riesgo sísmico

Predimensionamiento estructuras de concreto

C1

C3C4

C2

AT

Pc: carga vertical que baja por la columna por gravedad

Pc : carga tributaria de columna debido a carga de gravedadP : debido a carga de sismo

Tipo C1 (para los primeros pasos)

Columna interior N < 3 pisos

P = 1.10 Pc μ = 0.30

Tipo C1 (para los 4 últimos pisos superiores)

Columnas interior N > 4 pisos

P = 1.10 Pc μ = 0.25

Tipo C3Columnas externas

de pórticos interiores P = 1.25 Pc μ = 0.25

Tipo C4Columnas de

esquinaP = 1.50 Pc μ = 0.20

Predimensionamiento de columnas para zonas alto riesgo sísmico

Predimensionamiento estructuras de concreto

Tabla 2. coeficientes para el predimensionamiento de columnas – zonas de alto riesgo

σn : esfuerzo neto del terreno (Mecánica de suelos)

σn : σt-hf γm - s/c σt = esfuerzo admisible terreno

s/c : sobrecarga sobre el nivel piso terminado- npt

γm : densidad promedio del suelo.

hf : altura del suelo sobre la zapata

Cimentaciones

Azap = P/σn

Trabajamos con condiciones de carga de servicio (sin factorar las cargas)

Predimensionamiento estructuras de concreto

P : actuando sin excentricidad (caso sencillo)

Cimentaciones

H7

P

hz

T

Lvi = luz

Predimensionamiento estructuras de concreto

hf

hz

ntn = nivel terreno natural

npt = nivel piso terminado

st2luz

Lvit1

T

Az = área de la zapata

Estas dos ecuaciones deben cumplirse para que Lv1 = Lv2

Predimensionamiento estructuras de concreto

Cimentaciones

La condición más crítica para determinar el peralte efectivo de las zapatas, se basa en que la sección debe resistir de cortante por penetración [cortante por punzonamiento]

WU = Pu/A zapata

Vu = Pu – Wu*m*n Vu = cortante por punzonamiento actuante Vc = resistencia del concreto al punzonamiento

Dimensionamiento de la altura hz de la zapata

Predimensionamiento estructuras de concreto

m

nd/2

T

d/2

T

bo: perímetro de la sección crítica

Dimensionamiento de la altura hz de la zapata

βc = Dmayor/Dmenor para βc ≤ 2

Predimensionamiento estructuras de concreto

a)

b)

c)s

utilizamos

Dimensionamiento de la altura hz de la zapata

αs = 40

αs = 30

αs = 20

bo = 2m + 2nSe debe cumplir Vu/ɸ ≤ Vc ɸ = 0.75

Predimensionamiento estructuras de concreto

Peralte mínimo =15 cm

Datos PD = 180.00 t. PL = 65.00 t P = PD + PL = 245.00 t σt = 3.50 kg/cm² (terreno) = 35.00 t/m² D7 = 1.70 m. γm = 2.10 t/m³ f’c = 210.00 kg/m²s/c piso = 500.00 kg/m² fy = 4200.00 kg/cm2

Predimensionamiento estructuras de concreto

Ejemplo-diseño de columna y zapata

Dimensionar la columna (tipo tres), con los siguientes datos: m = 0.25Pu = 1.25 Pf’c = 280.00 kg/cm² bD = P/μf’c

hf = 2.00m D7 = 1.70m

npt + 0.30

ntn

Predimensionamiento estructuras de concreto

nfc = – 1.70 m

Dimensionamiento de la columna

Usemos: 0.55*0.80m²

Columna

0.80m

0.55m

σn = σt - γprom*hf - s/c = 3.50 - (2.10*2.00) - 0.50 = 30.30 t/m²

Tomamos una zapata de 2.85*2.85 m²Para cumplir Lvi = luz debemos hacer

Esfuerzo neto del terreno

Azap =P

=245.00 t

= 8.09 m²σn 30.30 t

m²

Finalmente adoptamos 3.00*2.75 m²Reacción esfuerzo de contacto σc = 245.00t/3.00*2.75 = 29.70 t/m² σc = 29.70 t/ m² < 35.00 t/m² (esfuerzo admisible del terreno). Ok

Predimensionamiento estructuras de concreto

Losa en una dirección son paneles de piso de concreto para los cuales la relación de la luz mayor a la luz menor > 2.0 < 2.0 losa en 2 direcciones.Para diseño se asume en espesor ln/21.00.Para cargas típicas no requieren refuerzo por corte .Se diseña como un paño de viga de 1m de ancho.

Losas en una dirección

f’c = 280.00 kg/cm² fy = 4200.00 kg/cm² WD = 0.56 t/m² WL = 0.50 t/m²Tomamos ω = 0.18 t/m², para no chequear deflexión

Wu = 1.20*0.56+1.60*0.50 = 1.472 t/m²Mu = Wu ln²/8 = 1.472*3.60/8 = 2.38 t-mMu = ɸ f’c bd² ω (1-0.59ω)Mu = ɸ f’c bd² (0.18)(1-0.59*0.18)Mu = 0.9*280*bd²*[0.18-0.11*0.18]

3.60m.

Predimensionamiento estructuras de concreto

Ejemplo