estructuración y predimensionamiento

CURSO: DIBUJO DE ESTRUCTURAS
TEMA XI: ESTRUCTURACIÓN Y PREDIMENSIONAMIENTO
Preparado por: Ing. PATRICK K. AMBROCIO B.
ESTRUCTURACION Y DIMENSIONAMIENTO
El objeto del análisis de estructuras consiste en la determinación de las reacciones,
esfuerzos cortantes, momentos flectores y torsores por efecto de las cargas actuantes. El
cálculo y diseño se refiere exclusivamente al dimensionamiento de los elementos y la
cuantificación del acero que deben tener para resistir las cargas aplicadas; por lo tanto para
la creación de una estructura se requiere, pues, de dos etapas: el “análisis y el diseño
respectivamente.
LA ESTRUCTURACIÓN
Podemos decir que de una adecuada estructuración dependerá el comportamiento ante las
distintas solicitaciones que se presenten; la estructuración debe ser sencilla para que luego
su modelaje o idealización matemática se represente de la manera más real, racional y
simple posible.
Consideraciones Estructurales para el Cálculo.
Una estructura está constituida por elementos que forman un todo, que tienen la capacidad
de soportar cualquier sistema de cargas. Se requiere conocer:
1. Características de la estructura y sus elementos:
1.1. Seguridad (Resistente)
1.2. Funcional (estética)
1.3. Económica en condiciones de servicio.
2. Características de las solicitaciones:
2.1. Cargas Verticales (Carga permanente ó Carga Muerta CM),
2.2. Cargas Horizontales (Cargas de Sismo CS, Viento V, Impacto I)
2.3. Sobrecargas (Carga Viva CV)
3. Efectos que las solicitaciones tienen sobre la estructura:
3.1. Vibraciones
3.2. Deformaciones
3.3. Agrietamiento

A diferencia de las estructuras isostáticas como vigas y losas simplemente apoyadas, donde
la determinación de las fuerzas internas no representan mayor dificultad, evaluándose por
equilibrio estático, las hiperestáticas como pórticos (conjunto de vigas y columnas) y las
losas son elementos continuos que requieren criterios adicionales, tales, como giro en las
uniones y deflexiones (distorsiones) para la determinación de sus fuerzas internas.
Estructuración por Carga vertical:
Para estructurar una edificación por carga vertical, debe tenerse en cuenta que las cargas
por gravedad que actúan en determinado nivel, se transmiten a través de la losa de techo
hacia los ejes portantes (vigas, columnas, placas y zapatas) y de aquí al suelo de
cimentación.
Estructuración por Carga Sísmica:
Las fuerzas sísmicas en edificaciones son fuerzas de inercia producidas por el hecho que los
niveles tienen masa sujeta a aceleraciones (F=m.a), donde la mayor parte de la masa se
encuentra concentrada a la altura de los elementos horizontales o de piso (vigas, losas,
acabados, sobrecarga, tabiquería etc.), mientras que la masa actuante en los elementos
verticales o entrepiso (muros, placas, columnas) es menor, por lo que para un análisis
sísmico traslacional, puede suponerse que la masa se encuentra concentrada a la altura de
los pisos. Sísmicamente la estructura ideal es aquella que tiene poca masa y gran rigidez
lateral.
Algunas recomendaciones para una buena estructuración son:
1. Iniciar este trabajo conjuntamente con el anteproyecto arquitectónico y/o realizando
algunas interconsultas con los especialistas de las distintas especialidades,
Eléctricas, Sanitarias, Suelos, Hidráulica, etc. según el tipo de proyecto.
2. Determinación de los ejes resistentes (normalmente ortogonales)
3. Distribución uniforme de elementos resistentes (placas, columnas vigas)
4. Reducir masas e incrementar la rigidez
5. Simetría en planta y elevación (forma y masas)
6. Proporcionalidad en planta y elevación (volumetría)

7. Dar mejor capacidad torsional aprovechando el perímetro.
8. Es conveniente que la estructura sea lo más hiperestática posible.
9. Necesidad de variar la arquitectura si fuese necesario.
En caso de los sismos se debe considerara que este actuará en las dos “direcciones
principales”, (eje XX - eje YY) según la Norma E-030 – DISEÑO SISMO RESISTENTE
Análisis Estructural:
Se hará en función de la estructura que se optó. Para efectos de diseño, debe trabajarse con
la envolvente de esfuerzos en condición de rotura; para obtener estas envolventes, es
recomendable efectuar el análisis estructural en condiciones de servicio para las tres
solicitaciones básicas:
1. Carga permanente (Carga muerta: CM (D) (DL)).
2. Sobrecarga (Carga viva: CV (L) (LL))
3. Cargas horizontales (Sismo: S (E) (EL)) Viento V (WL), Impacto I (IL)
Luego se efectuará las cinco combinaciones de carga de acuerdo a la Norma E-060 de
CONCRETO ARMADO.
Resistencia Requerida mínima U
En Rotura
U = 1.4 CM + 1.7 CV
U = 1.25 (CM + CV) ± CS
U = 0.9 CM ± CS
U: Similar tanto para Fuerzas, Cortantes y Momentos (flectores y/o torsores)
Cada combinación genera un diagrama de esfuerzos (momentos o cortantes) y para el
diseño se emplea la curva que “envuelve” a estos diagramas (a la que llamamos envolvente
de esfuerzos en condición de rotura).
Los momentos, esfuerzos cortantes y reacciones máximas no ocurren cuando la estructura
está totalmente cargada, lo que podemos verificar al observar las deformaciones de un
entrepiso cargado. En la figura siguiente se muestra los diagramas de deflexión debidos a
cuatro diferentes hipótesis de carga, cada una de las cuales deben considerarse para

determinar los momentos, cortantes y reacciones máximas, este proceso es conocido como
alternancia de cargas. Se entiende que en cada caso la carga permanente (muerta) debe
actuar en todos los tramos o luces mientras que la carga viva alterna en tramos diferentes.
DIAGRAMA DE DEFLEXIONES PARA DISTINTAS HIPOTESIS DE CARGA
Figura a
Figura b

Figura c
Figura d

Diagrama De Esfuerzos Por Cargas De Gravedad Y Sismo

ANÁLISIS Y DISEÑO PARA CARGA DE GRAVEDAD DISTRIBUIDA
Uso: Cuando la relación de luces es igual o mayor a dos.
Análisis: Se efectúa por el procedimiento de la Teoría Elástica (Cross, Kany, etc.),
teniendo en cuenta la alternancia de cargas o el empleo de los coeficientes
del ACI si cumple las limitaciones.
Coeficientes del ACI - :
El método de los coeficientes del ACI es útil para calcular, de manera aproximada, los
momentos flexores y las fuerzas cortantes en vigas continuas y en losas en una dirección,
cuando estos son debidos a cargas gravitacionales y solo se puede usar si se cumple lo
siguiente:
 Se tienen dos o más luces
 Las luces aproximadamente son iguales, o en todo caso la más larga de dos luces
adyacentes no puede ser mayor que la más corta en más de 20%.
 Las cargas son uniformemente distribuidas.
 La carga viva unitaria no excede tres veces la carga muerta unitaria.
 Los elementos son prismáticos.
Coeficientes de diseño
Los momentos flectores y fuerzas cortantes son función de la carga última aplicada, de la
luz libre entre los tramos y de las condiciones de apoyo. El código propone las siguientes
expresiones para determinarlos:
Dónde: (expresada en unidades usuales como: Tn, Kg, m)
M = Momento (expresado en kg.m ó Tn.m)
Wu = Carga lineal (expresada en Kg/m ó Tn/m)
L = Longitud (expresada en m)
𝑴 =
𝑾𝒖. 𝒍 𝟐
𝒏

Momento positivo
Tramo exterior
Extremo discontinuo no solidario con el apoyo
Extremo solidario con el apoyo
Tramos interiores

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