1.0_CCIP_Concreto_Introducción.pdf

ESTRUCTURACIÓN, ANÁLISIS Y
DISEÑO DE EDIFICACIONES DE
CONCRETO ARMADO
SEGÚN E.060 Y ACI 318-19
SESIONES INTRODUCTORIAS
MSC. ING. EDISSON ALBERTO MOSCOSO ALCANTARA

ESTRUCTURACIÓN, ANÁLISIS Y DISEÑO DE EDIFICACIONES DE CONCRETO ARMADO
✓ Doctorando en Toyohashi University of Technology en Japón.
✓ Maestría en ciencias con mención en Ingeniería Estructural e Ingeniero Civil de la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI)
✓ Docente del Departamento Académico de Estructuras de la UNI y ex docente de estructuras de la UNMSM y otros.
✓ Investigador del Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres (CISMID).
✓ Miembro del comité de Norma E.080 “Diseño y construcción en tierra reforzada” representando al CISMID.
✓ Gerente General e Ingeniero Estructural de EM Ingenieros SAC con experiencia en la realización de proyectos estructuras.
✓ Paper en Journal:
• Convolutional Neural Network-Based Rapid Post-Earthquake Structural Damage Detection: Case Study.
DOI: https://doi.org/10.3390/s22176426
• Structural Response Prediction for Damage Identification Using Wavelet Spectra in Convolutional Neural Network.
DOI: https://doi.org/10.3390/s21206795
✓ Publicación y ponente en conferencias internacionales:
• fib Symposium 2023, Building for the future: Durable, Sustainable, Resilient – Istanbul, Turkey (2023)(Por realizarse en Junio)
• 2nd International Symposium on Civil, Environmental, and Infrastructure Engineering ISCEIE – Yogyakarta, Indonesia (2022)
(elegido como mejor presentador)
• 17th World Conference on Earthquake Engineering 17WCEE – Sendai, Japón (2020-2021)
• International Symposium on Earthquake Engineering “Enhancement of Building Technologies for Resilient Cities” – Lima, Perú (2019)
• XXXVIII Jornadas Sudamericanas de Ingeniería estructural – Lima, Perú (2018)
✓ Investigación para la Norma E.030 “Efecto de diafragmas en Edificios Peruanos de mediana y gran altura con comportamiento No Lineal”
✓ Docente principal en CCIP PERÚ.

HORARIO
(Hora Perú)
Martes de 7:30 pm a 10:00 pm (2.5 hrs)
Sábados de 5:00 pm a 7:30 pm (2.5 hrs)
SESIONES INTRODUCTORIAS
1era Sesión: Martes 11 de Abril – 2 hrs
2da Sesión: Sábado 15 de Abril – 2 hrs
SESIONES ORDINARIAS
MÓDULO I
1era Sesión: Sábado 22 de Abril – 2.5 hrs
2da Sesión: Martes 25 de Abril – 2.5 hrs
3era Sesión: Sábado 29 de Abril – 2.5 hrs
4ta Sesión: Martes 02 de Mayo – 2.5 hrs
5ta Sesión: Sábado 06 de Mayo – 2.5 hrs
...
Consultas:
emoscosoa@uni.pe
(Presentarse e indicar el curso al que asisten o
al que asistieron)
Clases: Todas las clases se cumplen, si es
que es necesario, se podría agregar clases
durante la semana para completarlas o
reemplazarlas.
Posiblemente nos quedemos unos minutos
adicionales al finalizar las clases. Es esto
común en la última sesión de cada módulo.
Sesión libre: La sesión siguiente al finalizar el
módulo I y II será libre. La sesión 01 se retorna
a la siguiente de esa.

TRABAJO ESCALONADO
El trabajo corresponde a realizar el proyecto estructural de una edificación de concreto armado. Entregas:
✓ MÓDULO I: Estructuración
✓ MÓDULO II: Modelamiento y análisis Estructural
✓ MÓDULO III: Diseño de elementos de CA y cimentaciones
En la última sesión de cada módulo se dejara formalmente el trabajo escalonado (un documento con el
enunciado, alcance, etc.) Este comprende de 3 entregas que serán aproximadamente 2 a 3 semanas después
de haberse dejado. Tener en cuenta que el trabajo se puede avanzar durante todo el módulo.
El trabajo será revisado por un Ingeniero Estructural (no el instructor) que hará como el revisor de las entidades
donde se entrega los proyectos, por lo que se debe indicar claramente los criterios utilizados u otros. Sin
embargo, pueden hacer consultas al instructor sobre su trabajo escalonado, es decir, el instructor hará como un
asesor estructural.

Fuente:
www.csiamerica.com
ETABS: Extended 3D Analysis of Buildings Systems
Fundada en 1975, Computers and Structures, Inc. (CSI) es reconocido mundialmente como el líder pionero en herramientas
de software para la ingeniería estructural y sismo. Originalmente se desarrolló el programa TABS, predecesor del ETABS.
El Software de CSI es utilizado por miles de empresas de ingeniería en más de 160 países para el diseño de proyectos
importantes, incluyendo la torre Taipei 101 en Taiwán, One World Trade Center en Nueva York, el 2008 Juegos Olímpicos de
Birds Nest Stadium de Beijing y el atirantado Puente Centenario sobre el Canal de Panamá.
Versión a usar: ETABS v.18.0.2
Versión última: ETABS v.20.0.0

Fuente:
https://www.youtube.com/watch?v=pHuniRkPKtI&list=PLvfsqlqjBW58i-IZCMASzoAVRT05sKqqo
ETABS: Tutoriales by CSI

Fuente:
www.csiamerica.com
SAP2000: Structural Analysis Program 2000
SAP2000 representa la versión más sofisticada y fácil de usar de la serie SAP de programas de computadora. Cuando se
lanzó inicialmente en 1996, SAP2000 fue la primera versión de SAP que se integró completamente en Microsoft Windows.
Cuenta con una potente interfaz gráfica de usuario en términos de facilidad de uso y productividad. La creación y modificación
del modelo, la ejecución del análisis, la verificación y optimización del diseño y la producción del resultado se realizan
utilizando esta única interfaz. Un solo modelo estructural puede usarse para una amplia variedad de diferentes tipos de
análisis y diseño.
Versión a usar: SAP2000 v.20.2.0
Versión a última: SAP2000 v.23.3.1

Fuente:
https://www.youtube.com/watch?v=2povDdw2pTQ&list=PLE2E2B0B1D4F25942
SAP2000: Tutoriales by CSI

Fuente:
www.csiamerica.com
SAFE: Slab Analysis by the Finite Element Method
SAFE es un software innovador y revolucionario para análisis y dimensionamiento de losas y cimentaciones de hormigón
armado. Desde el modelado de objetos a la creación de diseños y detalles, SAFE integra todos los aspectos del proceso de
dimensionamiento. Su combinación de potencia, capacidad y uso intuitivo, proporcionan beneficios incomparables al
ingeniero proyectista.
Versión a usar: SAFE v.16.0.2
Versión a última: SAFE v.20.0.0

Fuente:
https://www.youtube.com/watch?v=SUPcREpni9Q&list=PL7D20E90175F6F307&index=2&t=2s
SAFE: Tutoriales by CSI

Fuente:
https://wiki.csiamerica.com/
SOPORTE TÉCNICO - ACADÉMICO “CSI KNOWLEDGE BASE”

Fuente:
NATGEO

SISMO EN ATICO-AREQUIPA 23 DE JUNIO DEL 2001
Fuente
de
imágenes:
Web

SISMO EN PISCO-ICA 15 AGOSTO DEL 2007
Fuente
de
imágenes:
Web

Fuente:
Imágenes
web
INGENIERÍA CIVIL
➢ CONSTRUCCIÓN
➢ GEOTECNIA
➢ ESTRUCTURAS
➢ HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA
➢ VIALIDAD Y GEOMÁTICA
La ingeniería civil es la más antigua después de la ingeniería militar, de ahí su nombre para distinguir
las actividades no militares con las militares.
El Metropol Parasol en Sevilla, España

Fuente:
INGENIERÍA
ESTRUCTURAL_Una
vista
paralela
para
el
estudiante
UNA VISTA PARA EL ESTUDIANTE DE ESTRUCTURAS
En la época universitaria, al estudiar nuestra carrera Ingeniería Civil, llevamos diferentes cursos de las variadas ramas que esta tiene, obteniendo así
conocimientos generales y mostrándonos las diferentes opciones en las que podremos discernir a partir de nuestras fortalezas e intereses profesionales y
personales. Una de estas ramas es la bien conocida Ingeniería Estructural, es más, es una de las ramas en la que se lleva cursos desde los primeros
hasta los últimos ciclos.
Por ejemplo, si se cuenta con el curso “Física” como un predecesor de la rama de Ingeniería Estructural, podríamos decir que esta rama se estudia desde
el primer ciclo o semestre y que en cada ciclo volvemos a ver uno o dos de estos cursos. Pero, ¿se encuentran estos concatenados? ¿Se encuentran
relacionados tal que realmente defina lo que es esta rama en nuestra carrera? La respuesta es sí, pero muy pocas veces se da cuenta de ello.
Es curioso que los estudiantes después de llevar ciclo a ciclo por lo menos un curso de la rama de Ingeniería Estructural, se decidan finalmente, para su
futuro profesional, por otra rama que incluso en muchos casos llevan cursos relacionados a esta por uno o dos ciclos únicamente. Pero finalmente, esto
¿por qué se da?, ¿qué sucede en el proceso?
Dentro de la rama ingeniería estructural nosotros tenemos procesos que debemos conocer antes de obtener los resultados finales, uno de estos es el
Análisis Estructural y es el que primero se estudia en los cursos de estructuras en la universidad.
Por ejemplo, podríamos mencionar algunos cursos que en general son parte del Análisis Estructural de diferentes estructuras:
✓ Estática
✓ Resistencia o Mecánica de materiales 1
✓ Resistencia o Mecánica de materiales 2
✓ Análisis estructural 1
✓ Análisis estructural 2
¿Quién no ha tenido problemas al inicio al estudiar estos cursos? revisemos un poco sobre esto.

Fuente:
Aslam
Kassimeli_Matrix
Analysis
of
Structures
CLASIFICACIÓN DE ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS LINEALES (barras)
ARMADURAS PLANAS
Una cercha es definida como un ensamble de elementos resistentes conectados en sus extremos por conexiones
flexibles. Estas son sometidas solamente a cargas y reacciones en los nudos. De esta manera, las armaduras
desarrollan únicamente fuerzas axiales (tracción y compresión). Las armaduras reales tienen conexiones empernadas o
soldaduras que no son perfectamente flexibles haciendo que las cargas sean distribuidas a lo lardo de su longitud. Sin
embargo, la flexión y cortante producida es bastante pequeña en comparación con las cargas axiales por lo que no se
consideran en el diseño.

Fuente:
Aslam
Kassimeli_Matrix
Analysis
of
Structures
VIGAS
Una viga es definida como una larga estructura resistente que es cargada perpendicularmente en su eje longitudinal. Se
considera que las secciones de las vigas están representadas por un nudo que pasa por centro geométrico, haciendo así
que su eje longitudinal represente a la viga en su totalidad. Las cargas se concentran generalmente en su eje
longitudinal (plano de simetría) generando fuerzas internas tipo flexión y corte principalmente.

Fuente:
Aslam
Kassimeli_Matrix
Analysis
of
Structures
PÓRTICOS
Los pórticos son elementos rígidos que están compuestos por elementos resistentes y conectados por conexiones
flexibles y/o rígidos (resistentes a momentos). A diferencia de las cerchas, la carga puede ser aplicada en cualquier nudo
de su longitudinal.

Fuente:
Aslam
Kassimeli_Matrix
Analysis
of
Structures
MODELO ESTRUCTURAL
Las estructuras se idealizan en modelos matemáticos tales que represente numéricamente su comportamiento. El
proceso de idealización corresponde desde el material, la sección, el elemento y finalmente la estructura. Así también se
idealiza las cargas aplicadas y sus condiciones de apoyo. A este modelo estructural se le aplica las metodologías del
análisis estructural para obtener las fuerzas internas y deformaciones.

Fuente:
Imágenes
web
/
EM
INGENIEROS

Fuente:
Aslam
Kassimeli_Matrix
Analysis
of
Structures
RELACIONES FUNDAMENTALES PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL
El análisis Estructural en general tiene los siguientes tipos de relaciones:
✓ Ecuaciones de Equilibrio: Las ecuaciones de equilibrio
establecen que las cargas aplicadas externamente sean iguales a
la suma de las fuerzas internas de los elementos en todas las
uniones o nudos de un sistema estructural; dichas ecuaciones son
las más fundamentales en el análisis y diseño estructural.
✓ Condiciones de Compatibilidad: Las condiciones de
compatibilidad se relacionan con las deformaciones de una
estructura, es decir, la forma deformada de la estructura es
continua, no existe espacios o traslapes entre ellos.

Fuente:
Aslam
Kassimeli_Matrix
Analysis
of
Structures
✓ Relaciones Constitutivas: Las relaciones constitutivas (también denominadas relaciones de esfuerzo-
deformación) describen las relaciones entre los esfuerzos y las deformaciones de una estructura de acuerdo con
las propiedades de esfuerzo-deformación del material estructural.
Las relaciones constitutivas proporcionan el vínculo entre las ecuaciones de equilibrio y las condiciones de
compatibilidad que son necesarias para establecer las relaciones de carga-deformación para una estructura o un
miembro.
Ea = 200 000 MPa
Ec = 20 000 MPa
Em = 2 000 MPa
Ea
Ec
Em

Fuente:
Aslam
Kassimeli_Matrix
Analysis
of
Structures
GRADOS DE LIBERTAD
Los Grados de Libertad son las componentes de desplazamientos
independientes de un nudo (traslaciones y rotaciones) que son necesarios
para especificar la forma deformada de una estructura cuando es sometida
a una carga arbitraria.
Cada nudo de un modelo estructural puede tener seis componentes de
desplazamiento:
✓ El nudo puede trasladarse a lo largo de sus tres ejes locales o
coordenadas locales. Estas traslaciones son llamadas U1, U2 y U3
por ejemplo.
✓ El nudo puede rotar alrededor de sus tres ejes locales o
coordenadas locales. Estas rotaciones son llamadas R1, R2 y R3
por ejemplo.
Estas seis componentes de desplazamientos son conocidas como Grados
de Libertad de un nudo.

Fuente:
Aslam
Kassimeli_Matrix
Analysis
of
Structures
RESTRICCIONES
Si bien los Grados de Libertad son las componentes
de los desplazamientos que tiene una estructura, las
restricciones serían las componentes de
desplazamientos en los cuales una estructura no se
puede deformar, es decir, estas componentes están
restringidas.
Las restricciones son diferentes a la omisión de los
Grados de Libertad, es decir, se puede indicar que un
nudo no tiene un grado de libertad, entonces este no
será considerado dentro de las ecuaciones de
equilibrio y compatibilidad.
La restricción de un Grado de Libertad indica que el
desplazamiento en este es cero pero aún será
considerado dentro de las ecuaciones que definen el
comportamiento de la estructura.

Fuente:
Aslam
Kassimeli_Matrix
Analysis
of
Structures
SISTEMA DE COORDENADAS GLOBALES
El Sistema de coordenadas globales, es un sistema de
coordenadas rectangular, tridimensional y que
satisfacen la regla de la mano derecha. Comúnmente
estos son denotados con X, Y y Z. En estos se puede
apoyar para poder definir los Grados de Libertad
Globales o del Sistema.
SISTEMA DE COORDENADAS LOCALES
Dado que es conveniente derivar las relaciones básicas
fuerza-desplazamiento del miembro en términos de las
fuerzas y desplazamientos en las direcciones a lo largo
y perpendicular a los miembros, se define un sistema
de coordenadas local para cada miembro de la
estructura.

Fuente:
Aslam
Kassimeli_Matrix
Analysis
of
Structures

Fuente:
Hibbeler_Análisis
Estructural
/
Apuntes_Phd.
Hugo
Scaletti
MÉTODOS MATRICIALES
Existen dos formas de analizar las estructuras utilizando métodos matriciales. El método de la rigidez es un método de
análisis del desplazamiento. Así también, puede usarse el método de la fuerza o también llamado el método de la flexibilidad.
El método de la rigidez puede usarse tanto para analizar estructuras estáticamente determinadas como indeterminadas,
mientras que el método de la flexibilidad requiere un procedimiento diferente para cada uno de estos dos casos.
Mediante el método de la rigidez se obtienen los desplazamientos y las fuerzas de forma directa.

CONCEPTOS ESTRUCTURALES PRINCIPALES
RIGIDEZ
Capacidad para oponerse a la deformación (K = Fy/Dy)
RESISTENCIA
Capacidad de soportar cargas (Fm)
COMPORTAMIENTO LINEAL
Relación fuerza – deformación es proporcional (F < Fy ; D < Dy)
COMPORTAMIENTO NO LINEAL
Relación fuerza – deformación no es proporcional (F ≥ Fy ; D ≥ Dy)
ENERGÍA HISTERÉTICA
Energía que se disipa debido al daño estructural (área sombreada)
COMPORTAMIENTO ELÁSTICO
No existe o es despreciable el daño estructural (No Energía histerética)
COMPORTAMIENTO INELÁSTICO
Existe daño estructural (Si Energía histerética)
DUCTILIDAD
Capacidad de deformación en el intervalo de comportamiento no lineal (u = D/Dy donde D ≥ Dy)
SOBRERESISTENCIA
Capacidad de soportar cargas en el intervalo de comportamiento no lineal o adicional a la resistencia de diseño ( Ω = F/Fy donde F ≥ Fy)
REDUNDANCIA
Capacidad de redistribuir la fuerza actuante a otros elementos en el comportamiento no lineal.
Gráfica
Fuerza – Desplazamiento / Esfuerzo - Deformación
Aplicaciones:
- Material
- Sección
- Elemento
- Piso
- Estructura

ACERO CONCRETO ALBAÑILERÍA
fy = 3500 kgf/cm²
Es = 2 000 000 kgf/cm²
fc = 210 kgf/cm²
Es = 250 000 kgf/cm²
fm = 65 kgf/cm²
Em = 30 000 kgf/cm²

SECUENCIA DE ANÁLISIS
Fuente
de
imágen:
Jankowiak_Identification
of
parameters
of
concrete
damage
plasticity
constitutive
model
MATERIAL SECCIÓN ELEMENTO PISO ESTRUCTURA
E = s / e
Módulo de
elasticidad
G = t / g
Módulo de
corte
k = EA = F / d
(Rigidez Axial)
k = EI = M / φ
(Rigidez a la flexión)
k = GAs = V / g
(Rigidez al corte)
k = GJ = T / r
(Rigidez a la torsión)
K = EA/L
(Rigidez Axial)
K = EI/L
(Rigidez a la flexión)
K = GAs/L
(Rigidez al corte)
K = GJ/L
(Rigidez a la torsión)
K = Vpiso / dpiso
(Rigidez de corte
del piso)
K = Vbasal / dtop
(Rigidez de corte
del piso)
Vbasal
dtop
¡Objetivo!

SECUENCIA DE ANÁLISIS
Material:
Concreto o acero de refuerzo
Sección:
Esta compuesta de los materiales
concreto y acero.
M
y
y
Elemento:
Esta compuesta del conjunto de
secciones.
M
q
curvatura
Rotación
q
Estructura:
Esta compuesta del conjunto de elementos.

APLICACIÓN DE MATERIAL: Carga monotónica Material:
Eje vertical: Esfuerzo (s = P/A)
Eje horizontal: Deformación unitaria (e = d/L)
P
A
L
d
Elemento: Probeta de concreto
Fuerza: P
Desplazamiento: d
Para una probeta de concreto es mejor tener su curva esfuerzo –
deformación como material que como elemento, esto porque
generaliza para diferentes elementos y materiales.
Las probetas de concreto comúnmente se ensayan a cargas
monotónicas. Estas son cargas lentas, constantes en variación y
dirección, y en aumento hasta llevarlo a la rotura del elemento
Fuente
de
imágen:
Jankowiak_Identification
of
parameters
of
concrete
damage
plasticity
constitutive
model
Módulo de elasticidad (criterio):
1. Acero: 2 000 000 kgf/cm²
2. Concreto: 200 000 kgf/cm²
3. Albañilería: 20 000 kgf/cm²
4. Adobe: 2 000 kgf/cm²
1
2
3
4
E: Módulo de Elasticidad o
Módulo de Young

APLICACIÓN DE MATERIAL: Módulo de elasticidad Normativo
𝐸𝑐 = 15000 ∙ 𝑓′𝑐 𝑓′𝑐 = 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚²
E: Módulo de Elasticidad o
Módulo de Young

APLICACIÓN DE MATERIAL: Carga cíclica
Fuente:
DOI:10.3151/JACT.2.395
carga
descarga

APLICACIÓN DE SECCIÓN - ELEMENTO: Carga cíclica
Fuente:
https://www.youtube.com/watch?v=wRftU835tzM&ab_channel=MariosPanagiotou

Material: Concreto
Material: Acero
Sección: Concreto + Acero
Fuente:
Web

DUCTILIDAD m1
m2
En general, las capacidades de los materiales, elementos u otros se analizan hasta la resistencia máxima, es decir,
cuando esta empieza a degradarse (descender) la estructura puede volver inestable físicamente como numéricamente
(modelos estructurales) es por ello que comúnmente se analiza hasta el punto máximo.
De ser así la ductilidad total de un material, elemento u otro puede evaluarse en toda la zona no lineal hasta su punto de
carga máxima. Sin embargo, existen elementos que no incursionan en la no linealidad intencionalmente, entonces no
requieren de una gran ductilidad. Esto puede usarse como una estrategia de diseño.

APLICACIÓN
Fuente:
CISMID
Muro con Ladrillo Artesanal Muro con Ladrillo Pandereta

DISEÑO POR CAPACIDAD EN EDIFICACIONES DE CONCRETO ARMADO
METODOLOGÍA NORMATIVA
Se permite que la estructura se dañe en un sismo de gran
intensidad pero esta no debe colapsar (no inestable)
Análisis lineal – elástico + Criterios no lineales - inelásticos
Los criterios vienen de la experiencia del profesional:
- Requerimientos mínimos normativos.
- Experiencia obtenida personalmente
- Experiencia aprendida a partir de otros profesionales

DISEÑO POR CAPACIDAD EN EDIFICACIONES DE CONCRETO ARMADO
Preguntas:
1. ¿Cuál es la diferencia entre rigidez y resistencia?
2. ¿Si tengo dos elementos con la misma rigidez y
resistencia, entonces estos son los mismos?
3. ¿Porqué es necesario en los ensayos de probetas de
concreto armado o varillas de acero utilizar gráficas
esfuerzo-deformación unitaria en vez de fuerza-
desplazamiento?
4. ¿Porqué no es común decir “rigidez del material”?
5. ¿Cuál es la secuencia de análisis para obtener el
análisis de un edificio?
6. ¿Cuál es la diferencia entre carga monotónica y carga
cíclica?
7. ¿Qué es la energía histerética? ¿cómo se sabe que un
elemento a disipado energía histerética?
8. Si una viga se deflecta (deformación vertical) debido a
grandes cargas, pero no se ha fisurado, qué se puede
decir de su rigidez y resistencia?
Preguntas:
1. Si por ejemplo, en un diseño estructural obtengo una
cantidad de acero menor que lo requerido por la
normativa, porqué debo cumplir esta?
2. ¿Puedo obtener y usar el modulo de elasticidad de
concretos con f’c = 130 kgf/cm² usando la fórmula Ec
= 15000*raíz(f’c)?

1.0_CCIP_Concreto_Introducción.pdf

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