ESTRUCTURACION_Y_PREDIMENSIONAMIENTO_edi.pptx

DISEÑODECONCRETO REFORZADO
FACULTAD DE ARQUITECTURA

LAINGENIERÍAESTRUCTURAL
• Ingeniería estructural es la aplicación de los conocimientos de
la Mecánica, ciencia que estudia las fuerzas y sus efectos, al
arte de diseñar estructuras.
• Enel análisis estructural conjugamos conocimientos de ciencias
básicas aplicadas al arte de la ingeniería para encontrar fuerzas
y deformaciones en unaestructura.

OBJETIVOSDELAINGENIERÍAESTRUCTURAL
 Objetivo General
Identificar, estudiar alternativas, seleccionar, analizar y verificar
resultados de la solución estructural a un problema ingenieril,
teniendo presentes los criterios de funcionalidad, economía y
seguridad.
Enel diseño estructural completo sedistinguen dos etapas:
análisis y diseño.

Objetivo delAnálisis
Determinar fuerzas internas (axiales, cortantes, momentos) y
deformaciones de una estructura, sobre la base de: una forma
dada de la estructura, del tamaño y propiedades del material
usado en los elementos y de las cargasaplicadas.

 Objetivo del Diseño
Selección de la forma, de los materiales y detallado
(dimensiones, conexiones y refuerzo) de los componentes que
conforman el sistemaestructural.
Ambas etapas son inseparables, parecería que seempieza por el
diseño, yaque esen esta etapa donde secrea y luego seanaliza,
pero las cosasno terminan ahí, serequiere verificar que las
fuerzas encontradas en el análisis, si son soportadas y resistidas
con los materiales y dimensiones seleccionadas, por lo tanto
volveríamos al diseño, esdecir, el proceso esiterativo.

CAPITULOII
ESTRUCTURACIONYPREDIMENSIONAMIENTO

1.1. ESTRUCTURACIONYPREDIMENSIONAMIENTO
¿QUEE
SESTRUCTURAR?– SISTEMA
ESTRUCTURAL
Es el arte de ensamblaje de miembros o
elementos independientes para conformar un
cuerpo único y cuyo objetivo es darle solución
(cargas y forma) a un problema civil
determinado.
La manera de ensamblaje y el tipo de miembro
ensamblado definen el comportamiento final de
la estructura y constituyen diferentes sistemas
estructurales.

• Enalgunos casoslos elementos no sedistinguen como
individuales sino que la estructura constituye en si un sistema
continuo como esel casode domos, losas continuas o macizas
y muros, y seanalizan siguiendo los conceptos y principios
básicos de la mecánica.

Elsistema estructural constituye el soporte básico, el armazón o
las fuerzas
esqueleto de la estructura total y él transmite
actuantes a sus apoyos de tal manera que se garantice
seguridad, funcionalidad yeconomía.
Enuna estructura secombinan y sejuega con tresaspectos:
FORMA
MATERIALESYDIMENSIONESDEELEMENTOS
CARGAS
los cuales determinan la funcionalidad, economía y estética dela
solución propuesta.

ELECCIÓNDELSISTEMAESTRUCTURAL
ALBAÑILERÍA,
APORTICADO,
MIXTOSISTEMA
DUAL
MUROSY SISTEMADE
PISOS ETC.

EDIFICIOAPORTICADO(VIGASYC
O
L
U
M
N
A
SDEC⁰A⁰)
APORTICADOCONMUROS(TABIQUES)
DERELLENO

MixtoI(PórticosyAlbañilería)

MixtoII(PórticosyMurosEstructurales)
SóloMurosEstructurales

Edificiosdemurosdeductilidad limitada

Sistemadual(murosestructuralesy
pórticos)

• Generalidades.
Importancia de la configuración estructural en el
comportamiento Sísmico. Las recomendaciones para la selección
correcta de la configuración estructural de un edificio incluye la
forma de la construcción en planta y en elevación, así como la
distribución y arreglo de los elementos estructurales que
constituyen el esqueleto resistente deledificio.

• La forma, el tamaño, naturaleza y los elementos que actúan
sísmicamente; son lo que definen la configuración estructural
de un edificio. El número de pisos y sus alturas constituyen un
factor sísmico. Las escaleras constituyen un elemento fijo en la
estructura del edificio que representa un punto de rigidez
localizada. Las escaleras y elevadores representan
interrupciones en los pisos que afectan el comportamiento
sísmico de éste y esta influencia puede ser en mayor o en
menor medida dependiendo de donde su localización. La
recomendación más frecuente de estructuración para zonas
sísmicastiende aedificios regulares yrobustos

Forma de la construcción, tipo y arreglo de los elementosestructurales
 Sencillez, uniformidad y simetría de la construcción
 Evitar “rarezas”Arquitectónicas
 Ladistribuciónsimétrica
 SistemasEstructurales que proporcionan rigidez
 Buscaruna forma regular tanto en planta como enelevación
 Uniformidad de Resistencia y Rigidez
 Sistemasde piso suficientemente rígidos y resistentes
 Lacimentación deberá ayudar aque el edificio y el suelo actúen
monolíticamente

EDIFICIOSSIMPLES
EDIFICIOSCOMPLEJOS

• Recomendaciones para la selección de la correcta
configuración estructural de un edificio, Característica
s
Relevantes
a. Elpeso
 Buscar ligereza
 Evitar masasexcesivas en la parte alta.
 Evitar diferencias en los pesos de pisossucesivos
 Pesodistribuido simétricamente en la planta de
cadap
i
s
o

b. Formasdel edificio en planta
 Evitar asimetrías
 Coincidencia de centro de masacon el detorsión
 Separaciónde cuerpos con juntas sísmicas
 Unir con vigasdeliga
 Evitar alargamientos
 No usar esquinasentrantes
 Planta lo máscompacta posible, para evitar concentracionesde
esfuerzos
c.Formadel edificio en elevación
 Sencillez, regularidad y simetría
 Evitar reducciones bruscasen niveles superiores
 Evitar esbeltez excesivapuede provocar volteo

d. Separaciónentre edificiosadyacentes
Debemosbuscar una separación con respecto aedificios adyacentes,para
evitar que segolpeen unos aotros durante la vibración de unsismo.
Requisitos básicosde estructuración Paraedificios en zonas sísmicas:
a) Configuración de elementos estructurales que brinden resistencia y
rigidez acargaslaterales en cualquier dirección. Usandosistemas
resistentes en dos direcciones ortogonales
b) Estaconfiguración debe permitir un flujocontinuo, regular y eficiente de
las fuerzas sísmicas.
c) Evitar amplificaciones de las vibraciones, las concentraciones de
solicitaciones y las vibraciones torsionales, por esobuscamosuna
estructura sencilla, regular, simétrica ycontinua.
d) Disponer de redundancia y de capacidad de deformación inelásticapara
disipar la energía de un sismo, utilizando amortiguamiento inelástico
elevado.

Requisitos específicos de estructuración El edificio deberá tener un sistema
estructural que le de rigidez y resistencia en dos direcciones ortogonales.
Pueden colocarse muros o contravientos. Es recomendable disponer de una
longitud adecuada de muros alineados en las dos direcciones. Debemos
buscar al mínimo la vibración torsional, evitando la asimetría. También
necesitamos que la estructuración posea una elevada rigidez torsional para
hacer frente a posibles torsiones accidentales, así los elementos mas rígidos
deben estar en la periferia.
Debemos evitar excentricidades, equilibrando la rigidez de los marcos, la
continuidad en elevación del sistema estructural, y evitar los cambios bruscos
de rigidez y resistencia. Ventajas y limitaciones de los sistemas estructurales
básicos Marcos rígidos Permite una gran libertad en el uso del espacio interno
el edificio. Tiene gran ductilidad y capacidad de disipar la energía, utilizando
un requisito llamado viga débil-columna fuerte su comportamiento se rige
por las deformaciones de deflexión, ademásde contar con un altaflexibilidad.

1. Eleccióndel sistemaestructural ⇒ ALBAÑILERÍAOAPORTICADO
OMIXTO(muros ysistemadepisos)
2. Definición de la forma yde la cantidad,continuidad y
distribución de los elementos queforman el sistemaestructural
enplanta yen altura ⇒ Configuracióny estructuración.
 SimplicidadYSimetría.
 ResistenciaYDuctilidad
 HiperestaticidadYMonolitismo.
 Uniformidad YContinuidadDeLaEstructura
 RigidezLateral
 Diafragma Rígida
 ElementosNo Estructurales
 SubEstructuraOCimentación.

1. SIMPLICIDADYSIMETRIA
Laexperiencia ha demostrado repetidamente que las estructuras
simples se comportan mejor durante los sismos. Hay dos razones
principales para que esto sea así. Primero, nuestra habilidad para
predecir el comportamiento sísmico de una estructura es
marcadamente mayor para las estructuras simples que para las
complejas; y segundo, nuestra habilidad para idealizar los
elementos estructurales es mayor para las estructuras simples
que para las complicadas. La simetría de la estructura en dos
direcciones es deseable por las mismas razones; la falta de
simetría produce efectos torsionales que son difíciles de evaluar
y pueden ser muy destructivos.

Simplicidady Simetría.
Acerca de la simplicidad:
• Lasestructuras simples son másfáciles de idealizar y de
predecir sucomportamiento.
• Pesomínimo (sobre todo en los pisosaltos)
Acerca de la simetría:
• Lasimetría evita la presencia de efectos torsionales
(coincidencia entre el centro de masay el centro de rigidez).

Fallasrelacionadasconla
SIMETRÍA
• Torsiónen planta
• Asimetría en planta
• Asimetría en elevación

NO S
I
• Formainadecuada
adecuada
• IrregularSimétrica
Configuracióndeuna
EDIFICACION
sismorresistente
Formaadecuada

Plantas simples y regulares. Lasplantas
con formas de L,T,etc., deberán ser
evitadas o, en todo caso,sedividirán
en formas simples.
Comentario
Lasplantas irregulares en forma de T
,L,H,Z,U
han mostrado tener mal comportamiento
sísmico,por el hecho de que cadazonaestá
sujeta afuerzas de inercias que podrían actuar
simultáneamente en sentidos indeseables, por
tal razón seespecifica desdoblar este
tipo de edificación en bloques simples
mediante juntas verticales

Edificiosconasimetríaenelevación.
(Efectode “latigazo”debido alcambiobrusco de rigidez→
concentraciónde esfuerzos)

2. RESISTENCIAYDUCTILIDAD
Las estructuras deben tener resistencia sísmica adecuada por lo menos en
dos direcciones ortogonales o aproximadamente ortogonales, de tal manera
que se garantice la estabilidad tanto de la estructura como un todo, como de
cada una de sus elementos. La característica fundamental de la solicitación
sísmica es su eventualidad; por esta razón, las fuerzas de sismo se establecen
para valores intermedios de la solicitación, confiriendo a la estructura una
resistencia inferior a la máxima necesaria, debiendo complementarse el saldo
otorgándole una adecuada ductilidad., es la ubicación de las rótulas plásticas.
El diseño debe tender a que estas se produzcan en los elementos que
contribuyan menos a la estabilidad de la estructura, por esta razón, es
conveniente que se produzcan en las vigas antes que en las columnas. Los
criterios de ductilidad deben también extenderse al dimensionamiento por
corte, ya que en el concreto armado la falla por corte es de naturaleza frágil.
Para lograr este objetivo, debe verificarse en el caso de una viga, que la suma
de los momentos flectores extremos divididos por la luz sea menor que la
capacidad resistente al corte de laviga.

• a. Fallasrelacionadasconla RESISTENCIA
• Insuficiente resistenciaa la cortante de entrepiso
• Fallasenvigasy columnas
• Fallasenmurosdecorte (placas)
• Fallaenvigasde acoplamiento
• Fallasrelacionadasconla DUCTILIDAD
• Columnascolapsadasenedificios aporticados
• Fallaennudossinductilidad adecuada
• Insuficienciadelongitud de anclaje

Insuficiente resistenciaal cortante delos entrepisos
Se produce por insuficiente resistencia a carga lateral de los
elementos verticales de soporte: placas ycolumnas.
Muy peligrosa porque puede conducir al colapso total de la
edificación.
SismoHaití 12/01/2010 (M =7.0)
RESISTENCIA

RESISTENCIA
Av.Chapultepec.SismoMéxico
19/09/1985
EdificioTelevisa,Av.Chapultepec,
SismoMéxico 19/09/85

SismoBucarest,Rumanía,
Mar. 1977 (M =7.2)

Fallaen vigas:
• Grietas diagonales→Cortante
• Rotura de estribos→Cortante
• Grietas verticales→Flexión
• Rotura del refuerzo→Flexión
• Aplastamiento del concreto →Flexión

Fallaporflexión en viga(mala evaluación
delascargas actuantes)
Fallaporcortante enviga

Fallaporcorte (traccióndiagonal)
en vigas

Fallaen Columnas:
• Grietas diagonales →Cortante
• Grietas verticales →Compresión
• Desprendimiento del concreto →Compresión
• Aplastamiento del concreto y pandeo de lasbarras
de refuerzo →Flexocompresión
Fallaporcompresiónen columna

Efectocombinadodecargaaxial ymomento flector
sobrecolumnasinyconrefuerzo transversal

Fallafrágil de cortante otraccióndiagonalen columnasovigas,por
insuficiente confinamiento de estribos en los extremos adyacentesalos
nudos.
(Ante el inadecuado confinamiento de estribos, estos seabren y el
concreto estalla, seguido del pandeo lateral del refuerzo longitudinal)

Fallaporcompresiónencolumnaconestribosmuy separados

• Columnascolapsadasenedificios aporticados
(Casode vigas másresistentes que las columnas, las rótulas
plásticas seforman en las columnas antes que en las vigas,
originándose mecanismos de falla)
DUC
TILIDAD

• Resistenciaaflexión delascolumnas,enlascarasdelos
nudos

• Generaciónderótula
plásticaen viga

3. HIPEREST
A
TICIDADYMONOLITISMO
• Como concepto general de diseño sismo-resistente, debe
indicarse la conveniencia de que las estructuras tengan una
disposición hiperestática; ello logra una mayor capacidad
resistente. En el diseño de estructuras donde el sistema de
resistencia sísmica no sea hiperestático, en necesario tener en
cuenta el efecto adverso que implicaría la falla de uno de los
elementos o conexiones en la estabilidad de laestructura.

4. UNIFORMIDADYCONTINUIDADDELAESTRUCTURA
La estructura debe ser continua tanto en planta como en
elevación, con elementos que no cambien bruscamente su
rigidez, para evitar la concentración deesfuerzos.

Discontinuidadde columnaenobra

Efectode“piso blando”
Muros o placasque seeliminan en el primer piso, concentrando
demandas de ductilidad excesivaspara lascolumnas del primer piso,
dado el comportamiento de sólido rígido de las placassuperiores

Colapsodepisosblandosintermedios(SismodeKobe, 1995)

CHOQUE ENTREEDIFICIOS
Si no existe suficiente separación
sísmica entre edificios adyacentes, su
manera distinta de vibrar ante la
solicitación sísmica puede producir el
choque entre ellos.
peligroso cuando
Esto es
más los
edificios
adyacentesno coinciden en susalturas
de entrepiso.

5. RIGIDEZLA
TERAL
Para que una estructura pueda resistir fuerzas horizontales sin
tener deformaciones importantes, será necesario proveerla de
elementos estructurales que aporten rigidez lateral en sus
direcciones principales. Lasestructuras flexibles tienen la ventaja
de ser más fáciles de analizar y de alcanzar la ductilidad deseada.
Susdesventajasson:
que el pórtico flexible tiene dificultades en el proceso
constructivo ya que puede existir gran congestionamiento de
acero en los nudos,
que los elementos no estructurales pueden invalidar el análisis
ya que al ser difíciles de separar completamente de la
estructura es posible que introduzcan una distribución
diferente de esfuerzos y que las deformaciones son
significativas siendo amenudo excesivas.

Edificacionesconinsuficiente
rigidezlateral en la dirección
transversal

6. EXISTENCIADELOSASQUEPERMITENCONSIDERARALA
ESTRUCTURACOMOUNAUNIDAD( Diafragma rígido)
En los análisis es usual considerar como hipótesis básica la existencia
de una losa rígida en su plano, que permite la idealización de la
estructura como una unidad, donde las fuerzas horizontales aplicadas
pueden distribuirse en las columnas y placas de acuerdo a su rigidez
lateral, manteniendo todas una misma deformación lateral para un
determinado nivel. Debe tenerse especial cuidado en las reducciones
de planta con zonas tipo puente. Las estructuras alargadas en planta
tienen mayor posibilidad de sufrir diferentes movimientos sísmicos
aplicados en sus extremos, situación que puede producir resultados
indeseables. Una solución a este problema es independizar el edificio
en dos o más secciones, mediante juntas de separación sísmica, que
deben ser debidamente detallada y construidas para evitar el choque
de dos edificaciones vecinas.

Debe preferirse edificaciones con diafragma rígido y continuo, es
decir, edificaciones en los que las losas de piso, el techo y la
cimentación, actúen como elementos que integran a los muros
portantes y compatibilicen susdesplazamientos laterales.
Diafragmarígidodiscontinuo Diafragmarígidocontinuo

El diafragma rígido es una lámina que no se deforma axialmente ni se
flexiona ante cargas contenidas en su plano. Los techos metálicos o de
madera no constituyen diafragmas rígidos y tampoco arriostran
horizontalmente a los muros, en ellos es indispensable el empleo de vigas
soleras que amarren a todos los muros, diseñadas para absorber las
acciones sísmicas perpendiculares al plano de la albañilería (armada o
confinada), sólo sepermite diafragmas flexibles en el último nivel.

Losdiafragmas deben distribuir la cargade gravedad sobre
todos los muros que componen ala edificación, con los
objetivos principales de incrementarles suductilidad y su
resistencia al corte, en consecuencia, esrecomendable eluso
de losas macizaso aligeradas armadas en dos direcciones. Es
posible el uso de losas unidireccionales siempre y cuando los
esfuerzos axiales en los muros no excedan del valor indicado
en el Artículo19

Fallasrelacionadasconla HIPÓTESISDEDIAFRAGMA
RÍGIDO
• Aberturasgrandesenlaslosasde piso
• Formasrectangularesmuy alargadas
Acercadela HipótesisdeDiafragma Rígido
• Permitir que la losa pueda considerarse rígida en su
plano para poder distribuir las fuerzas horizontales de
acuerdo ala rigidez lateral de los elementosverticales
(placas y columnas).
• Evitar grandes aberturas, reducciones en planta,
formas alargadas en planta, formas T
,LóH.

Posiblessolucionesparaplantasmuyalargadasoconaberturas
importantes:

7. ELEMENTOSNOESTRUCTURALES
Otro aspecto que debe ser tomado en cuenta en una
estructuración es la influencia de los elementos secundarios. Si
la estructura está conformada básicamente por pórticos, con
abundancia de tabiquería, esta no se podrá despreciar en el
análisis, pues su rigidez será apreciable. Si la estructura es rígida,
estando conformada por muros de concreto (placas) y pórticos
esprobable que la rigidez de los tabiques de ladrillo seapequeña
en comparación con la de los elementos de concreto armado; en
estos casos, despreciar en el análisis los tabiques no será tan
importante.

Fallasrelacionadas conla PARTICIPACIÓNDEELEMENTOS
NOESTRUCTURALES
Dañosentabiqueríab
Columnacorta
Acercadela participaciónde elementosNO estructurales
•Independizar los tabiques de albañilería (sobre todoen
estructuras flexibles)
•Analizar la posibilidad de generar columnas“cortas”
•Considerar la participación de los muros portantes de
albañilería confinada como muros de corte (sobre todoen
estructuras conformadas exclusivamente por pórticos)

Dañosen tabiquería deladrillo, vidrios, cornisasyparapetos
(Por tener estructuras muy flexibles, con poca rigidez lateral ysin
detallado especial)
(Enrealidad NOsetrata de una falla estructural, pero causa
problemas de estética y alarma alos residentes del edificio)

Colapsototal detabiquesdivisorios

Falladetabique porausenciadeindependización→pudogenerarse
también columnacorta

Aislamiento adecuadodealféizares

Deformación decolumnacortaconfinadaparcialmente por muros

Soluciónal problema decolumnacortaencentroseducativos:
independizaciónde tabiquesyusodecolumnasestructurales más rígidas

8. SUB- ESTRUCTURAOCIMENTACION
La regla básica respecto a la resistencia sísmica de la sub-estructura es que se
debe obtener una acción integral de la misma durante un sismo; además de
las cargas verticales que actúan, los siguiente factores deberán considerarse
respecto al diseño de lacimentación:
a) Transmisión del corte basal de estructura alsuelo.
b) Provisión para los momentos volcantes.
c) Posibilidad de los movimientos diferenciales de los elementos de la
cimentación.
d) Licuefacción de suelos.
Otro aspecto que debe considerarse en el análisis estructural es la posibilidad
de giro de la cimentación; normalmente los ingenieros están acostumbrados
a considerar un empotramiento en la base de las columnas y muros, lo cual
no escierto en la mayoría de loscasos.

Elsuelo debe ser compatible con el tipo de cimentación empleado.Asípor
ejemplo, un suelo blando puede no ser compatible con cimentaciones
superficiales aisladas convencionales y un suelo rígido no requiere de
cimentaciones profundas. Asímismo, existen taludes que pueden fallar
como un conjunto, por lo que esnecesario determinar la superficie defalla
para garantizar que la cimentación serealice con la profundidad adecuada.

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