ESTRUCTURAS II

ESTRUCTURAS II

1. CONCRETO

   • DISEÑO EN CONCRETO
     • ESPECIFICACIONES DE LOS MATERIALES
       • CONCRETO, f´c = 100 kg/cm². Para firmes y plantillas. f´c = 150 kg/cm². Para dalas y castillos. f´c = 200 kg/cm². Para zapatas, dados y contratrabes. f´c = 250 kg/cm². Para losas y trabes. f´c = 300 kg/cm². Para columnas y elementos preesforzados. f´c = 350 kg/cm². Para muros de contención.
       • ACERO DE REFUERZO Fy = 4200 kg/cm².
       • MALLA ELECTROSOLDADA Fy = 5000 kg/cm².
       • TABICÓN DE JALCRETO f*p = 40 kg/cm² (Pieza) f*m = 20 kg/cm² (Mampostería) V* = 2.0 kg/cm² (Cortante)
       • MORTERO Tipo III Proporción: Cemento-Cal-Arena 1:1:6 Resistencia normal a la compresión = 40 kg/cm²
       • FIRME O RELLENO PARA PENDIENTES Azotea Espesor máximo = 10 cm Peso Volumétrico = 1100 kg/m³ Entrepisos Espesor máximo = 5 cm Peso Volumétrico = 1100 kg/m³
     • RECUBRIMIENTOS DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES
       • 8.0cm Para zapatas sin plantilla. 7.5cm Para contratrabes con contacto directo con el suelo. 7.5cm Para pilas. 6.5cm Para dados. 5.0cm Para zapatas con plantilla. 4.0cm Para contratrabes sin contacto directo con el suelo. 4.0cm Para muros con contacto directo con material. 4.0cm Para columnas. 4.0cm Para trabes. 2.0cm Para muros sin contacto directo con material. 2.0cm Para losas. 1.5cm Para castillos. 1.5cm Para dalas.
   • ELEMENTOS ESTRUCTURALES
     • LOSAS LLENAS
       • Se usa como sistema de cimentación. - Para suelos de plasticidad alta - Casas de molde.
       • Se usa como sistema de cubierta. - Para baños - Para escaleras - Para techos inclinados - Para volados y balcones
     • LOSAS ALIGERADAS EN UNA Y DOS DIRECCIONES
       • En una dirección tienen una nervadura de carga y una de temperatura; y en dos direcciones, las dos nervaduras son de carga.
     • TRABES
       • Viga que sirve para reforzar y darle firmeza a una construcción, su función es llevar las cargas de la cubierta a las columnas o castillos
     • COLUMNAS
       • La función de las columnas es bajar las cargas de la estructura a la cimentación.
     • ZAPATAS
       • función es distribuir las cargas al suelo. Consta de un dado, el cual por lo general mantiene el mismo armado de la columna. Pueden ser centrales, de lindero y corridas.
   • CÁLCULO DE CONCRETO ARMADO
     • ANÁLISIS DE CARGAS
       • AZOTEA
       • ENTREPISO
       • LOSA LLENA
     • DISEÑO DE LOSAS LLENAS
       • Datos para el cálculo: W = Carga. (Obtenida en el análisis anterior, se considerara entrepiso). L = longitud del elemento a analizar. f´c = Resistencia del concreto. Fy = Resistencia del acero. µ = Factor de sobrecarga. r = recubrimiento. b = Base. d = Altura Ø = Factor de reducción a la flexión. β = Factor de reducción a la adherencia.
       • Diseño por cortante, Se revisaran dos condiciones las cuales se deben de cumplir, en caso de cumplir alguna se tendrá que rediseñar.
       • Diseño por flexión, Se obtendrá el área de acero Se elegirá la parrilla más adecuada a utilizar Se revisara que la cuantidad de acero este dentro de los límites
     • DISEÑO DE LOSAS NERVADAS
       • Como se calculara como una viga simplemente apoyada usaremos: R1 = V1 = (W x L) / 2 R2 = V2 = (W x L) / 2 M = (W x L²) / 8
       • DISEÑO POR CORTANTE
         • Se revisaran dos condiciones las cuales se deben de cumplir, en caso de cumplir alguna se tendrá que rediseñar.
     • DISEÑO DE TRABES
       • Se obtendrán sus cargas analizando las fuerzas que actúan sobre de ella y su peso propio
     • DISEÑO DE COLUMNAS
     • DISEÑO DE ZAPATAS
       • Datos para el cálculo: Pµ = Carga de la zapata. σt = Resistencia del terreno. f´c = Resistencia del concreto. Fy = Resistencia del acero. µ = Factor de sobrecarga. b = Base. h = Altura. R = recubrimiento. d = Altura libre desde donde termina la varilla a final zapata (d = h – R) Ø = Factor de reducción a la flexión. β = Factor de reducción a la adherencia.

2. DISEÑO ESTRUCTURAL, Se requiere producir un sistema estructural que satisfaga las necesidades, este sistema se incorpora a un modelo matemático se evalúa la validez del análisis para poder aplicar las tolerancias apropiadas, en la deformación y la estática.

   • ACERO
     • es uno de los más importantes materiales estructurales, sus propiedades en los usos estructurales son, la alta resistencia, la ductilidad, amplia disponibilidad y durabilidad
     • se produce por la refinación del mineral de hierro y metales de desecho, junto con agentes de fundición apropiados, coque (para el carbono) y oxígeno, en hornos a alta temperatura, para producir grandes masas de hierro llamadas arrabio de primera fusión.
     • MÓDULO DE ELASTICIDAD, E. El rango típico para todos los aceros de 28 000 a 30 000 k/pulg.
     • MÓDULO DE CORTANTE. El módulo de cortante de cualquier material elástico se calcula como, G= E/(2(1+μ))
     • COEFICIENTE DE EXPANSIÓN TÉRMICA, puede tomarse como, α = 11.25 X 10^(-6) por "C”
     • PUNTO DE FLUENCIA Y RESISTENCIA ÚLTIMA. se dan los puntos de fluencia de los varios grados de acero
     • OTRAS PROPIEDADES DE INTERÉS, como la densidad de masa del acero, el peso unitario, la gravedad específica
     • PRODUCTOS DE ACERO
       • PERFILES W, es doblemente simétrico y consiste en dos patines de forma rectangular conectados por una placa de alma también rectangular. Las caras del patín son esencialmente paralelas con la distancia interior entre patines para la mayoría de los grupos, con una dimensión constante.
       • PERFILES S, perfiles doblemente simétricos, consideraciones generales de diseño, el ancho del patín del perfil S es menor, la cara interna del patín tiene una pendiente de aproximadamente 16.7°, el peralte teórico es el mismo que el peralte nominal.
       • PERFILES L, pueden ser angulares de lados iguales o desiguales, las dimensiones de los lados del angular pueden tener una variación de ± 1 mm en el ancho.
       • PERFILES T, son miembros estructurales que se obtienen cortando perfiles W (para WT), S (para ST), o M (para MT).
     • CONEXIONES, ensamblaje de los miembros estructurales que constituyen su armazón.
       • El diseño de las conexiones implica la producción de una junta que sea segura, económica en el uso de los materiales, y que se pueda construir.
       • EL MÉTODO DE SUJECIÓN, como son los remaches (casi nunca), tornillos, o soldadura.
       • RIGIDEZ DE LA CONEXIÓN, que puede ser simple, rígida o de rigidez intermedia.
         • CONEXIONES RÍGIDAS que desarrollan la capacidad total de momento de los miembros que se conectan y que mantienen un ángulo relativo constante entre las partes conectadas, bajo cualquier rotación de la junta.
         • ESTRUCTURACIÓN SIMPLE sin transferencia de momentos entre las partes conectadas.
         • CONEXIONES SEMIRRÍGIDAS donde se transfiere menos de la capacidad total de momento de los miembros conectados.
       • FUERZAS TRANSFERIDAS a través de la conexión estructural
         • FUERZAS CORTANTES: corrientes para vigas de piso y viguetas.
         • MOMENTO: ya sea a flexión o torsión.
         • CORTANTE Y MOMENTO: como en las conexiones del tipo 1 ó 3.
         • TENSIÓN O COMPRESIÓN; como para los empalmes de columnas y para miembros "articulados" de las armaduras.
         • TENSIÓN O COMPRESIÓN CON CORTANTE: como para el contraventeo transdiagonal.
       • LA GEOMETRÍA DE LA CONEXIÓN
         • CONECTORES A BASE DE ANGULARES que se usan para unir las viguetas de piso y los largueros a las vigas y columnas.
         • CONEXIONES SOLDADAS que usan placas y angulares.
         • PLACAS TERMINALES en vigas o alfardas.
         • PLACAS O ANGULARES usados a un lado de una vigueta de piso o viga.
         • ANGULARES de asiento con o sin atiesadores.
       • EL SITIO DONDE SE FABRICAN
         • CONEXIONES DE TALLER, hechas en el taller de fabricación.
         • CONEXIONES DE CAMPO, las partes de la junta se fabrican en el taller, pero se arman en el sitio de la obra.
       • LA RESISTENCIA DE LA JUNTA, Cuando se considera la resistencia de la junta
         • CONEXIONES DE FRICCIÓN, se supone que su resistencia primaria se desarrolla como cortante en los conectores en el plano potencial de deslizamiento entre las partes conectadas.
         • CONEXIONES DE APLASTAMIENTO, la resistencia de la junta se toma como una combinación de la resistencia a cortante del conector y el aplastamiento del material conectado contra el conector.
     • LOS REMACHES, el proceso requiere punzonar o barrenar agujeros con una sobre medida de aproximadamente 1/16 pulg.
       • En la actualidad no se usa el remachado en las estructuras de ingenieria, ni en los talleres de fabricación, ni en el campo por:
         • 1. Los costos
         • 2. La cuidadosa inspección que se requiere
         • 3. El desarrollo y la alta confiabilidad de los tornillos de alta resistencia.
         • 4. El desarrollo y la alta confiabilidad de la soldadura.
         • 5. El alto nivel de ruido asociado con el remachado
     • TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA Las aplicaciones corrientes de tornillos de alta resistencia requieren el uso de una roldana endurecida bajo el elemento que se hace girar.
     • SOLDADURA, es un proceso por el cual se unen piezas de metal, calentándolas hasta alcanzar el estado fluido o casi fluido, con o sin aplicación de presión .
       • SOLDADURA DE ARCO METÁLICO PROTEGIDO (SAMP), es el método que más se usa en el campo, usa electrodos de barra, el tamaño mayor de soldadura producido en un solo pase, es alrededor de 5/16 pulg u 8 mm.
       • SOLDADURA DE ARCO METÁLICO PROTEGIDO CON GAS (SAMPG), se usa con mayor frecuencia para soldador en taller, donde se usan electrodos sin cubrir en una unidad mecánica de soldadura.
       • SOLDADURA DE ARCO SUMERGIDO (SAS),se usa en talleres de fabricación, se alinea la junta y se cubre con una capa de material en gránulos fusible.
       • SOLDADURA DE ELECTROESCORIA, usa una escoria electroconductiva que se mantiene en posición entre las dos piezas de metal por soldar por medio de placas de retención enfriadas con agua.
     • VIGAS
       • son miembros estructurales que soportan cargas transversales que producen momentos flectores y fuerzas cortantes, siendo la resistencia a la flexión el parámetro de diseño de particular significación.
         • TRABES: miembros principales de carga en los cuales se conectan las vigas de piso.
         • VIGUETAS: miembros que se usan para soportar el techo y los pisos de los edificios.
         • DINTELES: vigas que se usan para soportar las cargas del muro sobre las aberturas de los mismos.
         • VIGAS DE BORDE O FACHADA: vigas exteriores a nivel de piso, usadas en la construcción de edificios para soportar parte de la carga de piso y del muro exterior.
         • LARGUEROS: miembros usados en los puentes, paralelos al tráfico para soportar la losa de cubierta, y que se conecta por lo general a los miembros transversales.
         • VIGAS DE PISO: miembros secundarios en un sistema de piso, y miembros principales en la construcción de puentes a las que se conectan los largueros.
       • ESFUERZO MÁXIMO PERMISIBLE A FLEXIÓN, Fb
         • GEOMETRÍA DE LA SECCIÓN, basada en la relación ancho del patín/espesor y la relación peralte/espesor del alma.
         • APOYO LATERAL, espaciamiento del soporte lateral.
       • DISEÑO
         • LOS CABLES DE ACERO, usados en los puentes colgantes y en los techos soportados por cables son miembros de acero sometidos a tensión.
           • MIEMBROS A TENSIÓN. Perfiles estructurales usados como miembros a tensión. Barra con rosca sobrepuesta. Barra roscada y uso de un templador para ajustar la longitud de la barra.
         • COLUMNAS, miembros verticales a compresión en una estructura se les llama montantes. Los miembros diagonales a compresión que forman parte de la cuerda superior de los accesos del puente son los postes terminales.
           • El diseño de columnas es considerablemente menos exacto que el diseño de una viga, por diversas razones, que incluyen las siguientes:
             • 1. La dificultad de determinar el punto exacto de demarcación entre los bloques de compresión y las columnas.
             • 2. Las columnas, aunque parezcan rectas y homogéneas, pueden tener pequeñas imperfecciones y siempre tienen esfuerzos residuales de las operaciones de fabricación.
             • 3. A menudo es difícil aplicar una carga por el centro del área.
             • 4. El carácter de las restricciones en los extremos afectan de manera pronunciada el comportamiento de la columna.
         • MIEMBROS COMPUESTOS. La resistencia de diseño de un miembro en compresión es función del parámetro de esbeltez λ_c, deben determinarse los ejes principales y los correspondientes radios de giro respecto a esos ejes.
       • ARRIOSTRAMIENTO
         • es la acción de rigidizar o estabilizar una estructura mediante el uso de elementos que impidan el desplazamiento o deformación de la misma.
       • CALCULO DE VIGUERÍA
         • ANALISIS DE CARGAS Para calcular una estructura debemos conocer la carga que debe resistir, Las cargas muertas, Las cargas vivas, Factor de Sobrecarga “µ”
         • DISEÑO DE TABLEROS Se limpiara el plano dejando solo elementos estructurales. Se cerrara la periferia con vigas o cerramientos. Se colocaran cerramientos o vigas en la parte interna. Se numeraran los tableros y se procederá a su cálculo.
         • VIGAS SECUNDARIAS Criterios: La separación mínima entre vigas es de 70 cms. La separación máxima entre vigas es de 120 cms.
         • AREAS TRIBUTARIAS
         • VIGAS PRINCIPALES, Todo muro en planta alta deberá ser soportado por una viga. Se acostumbra obtener la carga “W” mediante sus áreas tributarias.
   • Con base en las propiedades de los materiales, la función estructural, las consideraciones ambientales y estéticas, se efectúan modificaciones geométricas en el análisis del modelo.
   • La seguridad, como preocupación de diseño tiene precedencia sobre todas las otras consideraciones de diseño.

3. TIPOS DE ESTRUCTURAS

   • PUENTES, Para ferrocarriles, carreteros, y de peatones.
   • EDIFICIOS, marco rígido, marcos simplemente conectados, muros de carga, soportados por cables, y en voladizo, armaduras simples y alternadas.
   • OTRAS ESTRUCTURAS, torres para transmisión de potencia, torres para instalaciones de radar y TV, torres de transmisión telefónica, servicios de suministro de agua, y servicios de terminales de transporte, ferrocarriles, camiones, aviación y marina.

4. CARGAS POR VIENTO Y FACTOR DE SEGURIDAD.

   • Las cargas de viento se estudian para las grandes estructuras de muchos pisos, para determinar las fuerzas del viento sobre la estructura. Se considerarán los efectos aerodinámicos cuando el viento se aplique contra edificios con techos en pendiente.
   • Como el viento es una carga transitoria, los códigos de construcción por lo general permiten un aumento de un tercio en los esfuerzos permisibles de diseño con el viento incluido como parte de las condiciones de carga