PREGUNTAS CONDUCTORAS:
1.- ¿Qué y cuáles son las cargas accidentales?
2.- ¿Qué papel tiene la Cimentación en un Sistema
Estructural?
3.-¿A qué se le denomina bajada de cargas?
4.- Explica que son las losas en una y dos
direcciones
CARGAS ACCIDENTALES
Definición:
Existen cargas que desde el punto de vista de su
permanencia, no pueden ser clasificadas como
vivas o muertas debido a que no son producidas
por la acción de la gravedad, sino que se
distinguen por no tener carácter permanente. A
estas cargas las llamamos cargas accidentales.
Cargas vivas o
cargas muertas.
Se representan
generalmente
de manera
vertical, hacia
abajo.
Cargas
accidentales
Estas cargas
accidentales se
colocan de manera
que incidan
horizontalmente en
la estructura, como
intentando provocar
volteo.
Artículo 973. ACCIONES ACCIDENTALES:
Se consideran acciones accidentales las siguientes:
I. SISMO: Las acciones dinámicas o sus equivalentes estáticas debidas a sismos, deberán considerarse en la forma que se especifica en la (sic) apartado relativo a Diseño por Sismo del presente Capítulo.
II. VIENTO: Las acciones estáticas y dinámicas debidas al viento, se determinarán en la forma que se especifica en el apartado relativo a Diseño por Viento;
III. OTRAS ACCIONES ACCIDENTALES: Estas serán explosiones, incendios y otras acciones que puedan ocurrir en casos extraordinarios. En general, no será necesario incluirlas en el diseño formal, sino únicamente tomar precauciones, en la estructuración y en los detalles constructivos, para evitar comportamiento.
CARGAS ACCIDENTALES DE ACUERDO AL CÓDIGO
REGLAMENTARIO DEL ESTADO DE PUEBLA
CARGAS ACCIDENTALES: VIENTO
-> Una estructura sometida a la acción del viento experimenta una fuerza de empuje en el lado donde actúa el viento y una succión por el lado contrario.
-> Las cargas horizontales del viento se transmiten a la cimentación del edificio por medio de flexión, con uno de los lados del edificio soportando fuerzas de tensión y la otra fuerza de compresión, por lo que es necesario contemplar los refuerzos especiales para aumentar la resistencia a la flexión cerca de la base.
Cargas
accidentales:
viento
Se basa en:
La zona de
construcción
El efecto del viento sobre
una estructura depende
de:
-La densidad y
velocidad del aire.
-Del ángulo de
incidencia del viento.
-De la forma y de la
rigidez de la
estructura.
- De la rugosidad de la
superficie de la
estructura.
-Ubicación de
la estructura.
-De su
altura. -Del
área expuesta
y de la
posición.
Como:
Se manifiesta como:
Presiones
y succiones
En las NTC-
Viento del
RCDF-87 se
especifica el
cálculo de estas
presiones de
acuerdo a las
características
de la
estructura.
CARGAS ACCIDENTALES: VIENTO
En general ni se especifican
normas de diseño para el
efecto de huracanes o
tornados, debido a que se
considera incosteable el
diseño contra estos efectos;
sin embargo, se sabe que el
detallado cuidadoso del
refuerzo, y la unión de
refuerzos en los sistemas de
piso con muros mejora
notablemente su
comportamiento.
CARGAS ACCIDENTALES: SISMO
Los sismos producen cargas
sobre una estructura por
medio de la interacción del
movimiento del suelo y las
características de respuesta
de la estructura. Esas
cargas resultan de la
distorsión en la estructura
causada por el movimiento
del suelo y la resistencia
lateral de ésta. Sus
magnitudes dependen de la
velocidad y tipo de
aceleraciones del suelo, así
como de la masa y rigidez de
la estructura.
El objetivo del diseño sísmico de
las estructuras:
Lograr las tres características que rigen
el buen comportamiento sísmico:
Resistencia, rigidez y ductilidad.
Efectos de los sismos en las
estructuras:
Un “latigazo” generador de
fuerzas de inercia
Se calcula a partir de la
expresión: F8= m(a)
en donde:
F8 = Fuerza sísmica
m = masa de la construcción
a = aceleración sísmica
En donde:
V8= Cortante basal
C8= a/g = coeficiente sísmico
(adimensional)
P = peso de la construcción
La inercia produce efectos mecánicos
en las estructura:
flexiones, cortantes, torsiones
Interviene también la respuesta dinámica,
la rigidez, amortiguamiento y ductilidad de
la estructura.
Es posible calcular el cortante V8 que
actúa en la base de la construcción,
por medio de:
V8 = C8p
Amortiguamiento
critico en los sismos
En una estructura
cuando, al separarla de su
posición original, no oscila
sino que regresa a la
posición de equilibrio.
Depende de:
Los materiales empleados
en la construcción, de las
conexiones y de los
elementos no estructurales.
Las estructuras suelen tener
amortiguamientos del orden
del 3 % al 10 % del critico.
Siendo menor el de las
estructuras de acero
soldadas y mayor el de las
estructuras de concreto y
mampostería.
DUCTILIDAD EN LOS SISMOS
Ductilidad: Es la
capacidad de la
estructura para soportar
grandes deformaciones
inelásticas sin fallar ni
reducir su capacidad de
carga. Por ejemplo, un
puente.
Capítulo III
De los Criterios del Diseño Estructural
ARTÍCULO 146.-
Toda edificación debe contar con un sistema estructural que
permita el flujo adecuado de las fuerzas que generan las
distintas acciones de diseño, para que dichas fuerzas puedan
ser transmitidas de manera continua y eficiente hasta la
cimentación. Debe contar además con una cimentación que
garantice la correcta transmisión de dichas fuerzas al subsuelo.
ARTÍCULO 150.-
En el diseño de toda estructura deben tomarse en cuenta los
efectos de las cargas muertas, de las cargas vivas, del sismo y del
viento, cuando este último sea significativo. Las intensidades de
estas acciones que deban considerarse en el diseño y la forma en
que deben calcularse sus efectos se especifican en las Normas
correspondientes.
Cuando sean significativos, deben tomarse en cuenta los efectos
producidos por otras acciones, como los empujes de tierras y
líquidos, los cambios de temperatura, las contracciones de los
materiales, los hundimientos de los apoyos y las solicitaciones
originadas por el funcionamiento de maquinaria y equipo que no
estén tomadas en cuenta en las cargas especificadas en las Normas
correspondientes.
CAPÍTULO XII
DE LAS PRUEBAS DE CARGA
ARTÍCULO 185.- Será necesario comprobar la seguridad de una estructura por medio de pruebas de carga en los siguientes casos:
I. En las obras provisionales o de recreación que puedan albergar a más de 100 personas
II. Cuando no exista suficiente evidencia teórica o experimental para juzgar en forma confiable la seguridad de la estructura en cuestión
III. Cuando la Delegación previa opinión de la Secretaría de Obras y Servicios lo determine conveniente en razón de duda en la calidad y resistencia de los materiales o en cuanto al proyecto estructural y a los procedimientos constructivos. La opinión de la Secretaría tendrá el carácter de vinculatorio.
ARTÍCULO 186.- Para realizar una prueba de carga mediante la cual
se requiera verificar la seguridad de la estructura, se seleccionará la
forma de aplicación de la carga de prueba y la zona de la estructura
sobre la cual se aplicará, de acuerdo con las siguientes disposiciones:
I. Cuando se trate de verificar la seguridad de
elementos o conjuntos que se repiten, bastará seleccionar una fracción
representativa de ellos, pero no menos de tres, distribuidas en distintas
zonas de la estructura
II. La intensidad de la carga de prueba deberá ser igual a
85% de la de diseño incluyendo los factores de carga que
correspondan
III. La zona en que se aplique será la que produzca los
efectos más desfavorables, en los elementos o conjuntos
seleccionados
IV. Previamente a la prueba se someterán a la aprobación
de la Secretaría de Obras y Servicios, el procedimiento de carga y
el tipo de datos que se recabarán en dicha prueba, tales como
deflexiones, vibraciones y agrietamientos
V. Para verificar la seguridad ante cargas
permanentes, la carga de prueba se dejará actuando sobre la
estructura no menos de 24 horas
VI. Se considerará que la estructura ha fallado si
ocurre una falla local o incremento local brusco de desplazamiento
o de la curvatura de una sección. Además, si 24 horas después de
quitar la sobrecarga la estructura no muestra una recuperación
mínima de 75 % de su deflexión, se repetirá la prueba
VII. La segunda prueba de carga no debe iniciarse
antes de 72 horas de haberse terminado la primera
VIII. Se considerará que la estructura ha fallado si después de la segunda prueba la recuperación no alcanza, en 24 horas, el 75 % de las deflexiones debidas a dicha segunda prueba.
IX. Si la estructura pasa la prueba de carga, pero como consecuencia de ello se observan daños tales como agrietamientos excesivos, debe repararse localmente y reforzarse.
Podrá considerarse que los elementos horizontales han pasado la prueba de carga, aún si la recuperación de las flechas no alcanzaran en 75 %, siempre y cuando la flecha máxima no exceda de 2 mm + L 2 /(20,000h), donde L, es el claro libre del miembro que se ensaye y h su peralte total en las mismas unidades que L; en voladizos se tomará L como el doble del claro libre .
X. En caso de que la prueba no sea satisfactoria, debe presentarse a la Delegación un estudio proponiendo las modificaciones pertinentes, el cual será objeto de opinión por parte de la Secretaría de Obras y Servicios. Una vez realizadas las modificaciones, se llevará a cabo una nueva prueba de carga
XI. Durante la ejecución de la prueba de carga, deben
tomarse las medidas necesarias para proteger la seguridad
de las personas.
El procedimiento para realizar pruebas de carga de pilotes
será el incluido en las Normas.
XII. Cuando se requiera evaluar mediante
pruebas de carga la seguridad de una edificación ante
efectos sísmicos, deben diseñarse procedimientos de ensaye
y criterios de evaluación que tomen en cuenta las
características peculiares de la acción sísmica, como son la
aplicación de efectos dinámicos y de repeticiones de carga
alternadas. Estos procedimientos y criterios deben ser
aprobados por la Secretaría de Obras y Servicios.
BAJADA DE CARGAS
a)Losas en una dirección.
b)Losas en dos direcciones.
BAJADA DE CARGAS
Es el proceso de transmitir cargas,
partiendo del elemento más simple,
como es la losa hasta llegar a la
cimentación, esto a través de las
columnas.
PASOS PARA BAJADAS DE CARGAS
IDENTIFICAR LAS
LOSAS ANÁLISIS DE
CARGAS
OBTENCION DE
ÁREAS
BAJADA DE
CARGAS
REGLA GENERAL:
Como regla general, al hacer bajada de cargas debe
pensarse en la manera como se apoya un elemento sobre
otro; por ejemplo (ver la Fig. 1.1), las cargas existentes en un
nivel se transmiten a través de la losa del techo hacia las
vigas (o muros) que la soportan, luego, estas vigas al apoyar
sobre las columnas, le transfieren su carga; posteriormente,
las columnas transmiten la carga hacia sus elementos de
apoyo que son las zapatas; finalmente, las cargas pasan a
actuar sobre el suelo de cimentación.
Fig. 1.1
Losas en una
dirección
LOSAS
Se denomina como losas a los elementos estructurales
bidimensionales, en donde la tercera dimensión es pequeña
comparada con las otras dos dimensiones básicas. Estas
lozas actúan por flexión, ya que las cargas que actúan sobre
estas son fundamentalmente perpendiculares al plano
principal de las mismas. Se pueden distinguir varios tipos de
losas; según el tipo de apoyo se pueden encontrar, Según la
dirección de trabajo y según la distribución interior del
hormigón.
LOSAS EN UNA DIRECCIÓN Son aquellas en que la carga se transmite en una dirección
hacia los muros portantes; son generalmente losas
rectangulares en las que un lado mide por lo menos 1.5
veces más que el otro.
Estas losas se comportan como vigas anchas, las cuales se
suelen diseñar tomando como referencia un metro de
ancho.
Cuando las losas rectangulares se apoyan en dos
extremos opuestos y carecen de apoyo en los otros dos
bordes restantes, trabajan y se diseñan como losas
unidireccionales.
Cuando la losa rectangular se apoya en sus cuatro lados (sobre vigas o sobre muros), y la relación largo/ancho es mayor o igual a dos, la losa trabaja fundamentalmente en la dirección mas corta, y se suele diseñar unidireccionalmente aunque se debe proveer un mínimo de armado en la dirección ortogonal (dirección larga), particularmente en la zona cercana a los apoyos, donde siempre se desarrollan momentos flectores negativos importantes (tracción en las fibras superiores). Los momentos positivos en la dirección larga son generalmente pequeños, pero también deben ser tomados en consideración.
Altura Mínima de Vigas o Losas en una Dirección
Cuando no se Calculan Deflexiones
Donde:
Ln: claro libre en la dirección de trabajo de la losa,
medido de cara interna a cara interna de los elementos
que sustentan a la losa
EJEMPLO
Diseñar la losa de entrepiso formada por tableros
que actúan en una sola dirección, mostrada en la
figura.
EJEMPLO
Datos:
f´c = 200 kg/cm2
f*c = 0.8 f´c = 160 kg/cm2
fy = 4200 kg/cm2
Carga total aplicada = W = 670 kg/m2
DEFLEXION
Peralte total necesario por deflexión, según el ACI para losas macizas con un extremo continuo
H = L/24 = 200/24 = 8.33 cm - 9.0 cm
Peralte efectivo, considerando un recubrimiento de 2 cm:
d= h – r = 9.0 – 2.0 = 7.0 cm
Haciendo análisis estructural del sistema como una viga continua de un metro
de ancho, 4 m de largo, carga uniforme w = 670 kg/m y apoyada en tres puntos.
Los resultados principales fueron los siguientes:
Momentos positivos en ambos claros: M(+) = 167.5 kg/m
Momentos negativos a ambos lados de apoyo central: M(-) = 335 kg/m
Cortantes a ambos lados de apoyo central: V= 502.5 kg
*DISEÑO POR FLEXION
Armado por flexión, momentos negativos:
As(-) = 33 500 X 1.4 / 0.9 X 4 200 X 0.89 X 7 = 1.99 cm2
Separaciones máximas de varilla:
Por temperatura, P min = 0.002 bd = 0.002 x 100 x 7 = 1.4 cm2
Separación de varilla, considerando varilla # 3 (as = 0.71 cm2):
St = (as / As) (b) S = (0.71 / 1.4) (100) = 50 cm
S= 3.5 h = 3.5 x 9.0 = 31.9 cm < 50 cm
Separación de varilla negativa, considerando varilla #3 (as = 0.71 cm2)
S(-) = [as/ As (-)] [b] S(-) = (0.71 / 1.99) (100) = 35 cm > 31.5 (rige 31.5 cm)
* Armado por flexión, momentos positivos
As(+) = Mu(+) / FRfyJd
As(+) = (16 700 x 1.4) / (0.9 x 4 200 x 9.89 x 7)= 0.99 cm2
* Separación máxima de varilla positiva:
S= (0.71 / 0.99) (100)
S = 71 / 0.99 = 72 cm > 31.5 (rige esta ultima separación máxima y se aproxima a
30 cm)
*Revisión por cortante
Vu = 502.5 x 1.4 = 704 kg
VR = 0.5 x 0.8 x 100 x 7 x √160 = 3 542 kg > 704 kg (resiste el cortante)
Croquis de armado
Losas en dos
direcciones
LOSAS EN DOS DIRECCIONES
Llamadas también losas cruzadas, donde la
relación entre el lado mayor y el lado menor es
menor que dos.
Las cargas se transmiten en las dos direcciones
hacia los apoyos.
Para determinar las cargas muertas y vivas que actúan sobre
un elemento estructural, es necesario la obtención de las
aéreas tributarias de los elementos estructurales.
El procedimiento mas usual en losas apoyadas
perimetralmente consiste en trazar por cada una de las
esquinas que forman un tablero líneas a 45 grados y cada
una de las cargas que actúa en el triangulo o trapecio se aplica
sobre la viga que coincide con el lado correspondiente.
Estos cálculos son los iníciales para obtener las cargas que
actúan en cada tramo de viga y a partir de estos valores,
calcular los momentos de empotramiento y reacciones, que a su
vez servirán para analizar los marcos o vigas continuas.
Con esto entendemos la explicación anteriormente dada:
Bajo este estado límite, las fuerzas
cortantes que generan las cargas
que actúan en los triángulos y trapecios se
transmiten directamente a las vigas en las
que se sustentan los respectivos triángulos
y trapecios.
EJEMPLO DE BAJADA DE CARGAS EN DOS
DIRECCIONES
Se da una losa de azotea (techo) y se pide ---> transmitir la
carga hacia los bordes y en uno de ellos con la carga
calculada, diseñar una viga de concreto reforzado, en cada
extremo (esquina) hay columnas de 3m de alto. También
diseñar las columnas.
Partes que integran la losa:
NEGRO: impermeabilizante
ROJO: enladrillado
AMARILLO: entortado
GRIS: concreto
AZUL: yeso
NARANJA: tirol
DETERMINACIÓN DE CARGAS UNITARIAS
PESO VOLUMÉTRICO(KG/M3)<--POR--->ESPESOR(M)<--IGUAL A-->W (KG/M2) IMPERMEABILIZANTE: 15KG/M3 POR 0.005M =0.075KG/M2 ENLADRILLADO: 1600KG/M3 POR 0.02M =32KG/M2 ENTORTADO: 1900KG/M3 POR 0.04M = 76KG/M2 CONCRETO: 2400KG/M3 POR 0.10M =240KG/M2 YESO: 1500KG/M3 POR 0.015M =22.5KG/M2 TIROL: 35KG/M3 POR 0.015M =0.525KG/M2 CARGA MUERTA::371.1KG/M2(suma de todos los resultados anteriores) SE CONSIDERA UNA CARGA VIVA DE: 170KG/M2(se propone de acuerdo a la construccion) CARGA ADICIONAL: 40KG/M2 CARGA TOTAL WT: 581.1KG/M2 (suma de 371.1 +170+ 40)
LOS 581.1 KG/M2 ES LA CARGA W(LO QUE PESA CADA
METRO CUADRADO DE LA LOSA), LUEGO SE DEBERA
CALCULAR LA CARGA QUE SE TRANSMITE HACIA LOS
BORDES DE LOS TABLEROS ANALIZADOS, ESTE
CALCULO TOMA EN CUENTA EL AREA TRIBUTARIA QUE
LE CORRESPONDE A CADA BORDE DEL TABLERO, SE
DIVIDE CADA TABLERO RECTANGULAR EN TRIANGULOS
Y TRAPECIOS (TRIANGULOS EN LADOS CORTOS Y
TRAPECIOS EN LADOS LARGOS).
Áreas tributaria-----tablero rectangular
A1= LADO CORTO= 5m
A2= LADO LARGO = 6m
El PESO EN KG DE LAS DISTINTAS AREAS TRIBUTARIAS SE CALCULA MULTIPLICANDO LA SUPERFICIE DE CADA UNA DE ELLAS POR EL PESO W EN KG/M2 DEL SISTEMA ( ES DECIR, EL NUMERO DE METROS CUADRADOS MULTIPLICADO POR LO QUE PESA CADA UNO DE ELLOS) DESPUÉS LO DIVIDES ENTRE LA LONGITUD DEL TRAMO ANALIZADO. ENTONCES PARA ESTE TABLERO : 1.- (AREA TRIANGULO)(CARGA W) /LADO CORTO 6.25X 581.1 / 5 = 726.37 KG/M 2.- (AREA TRAPECIO)(CARGA W) /LADOLARGO 8.75 X 581.1 /6= 847.43 KG/M 3.- (AREA TRIANGULO)(CARGA W) /LADO CORTO 6.25X 581.1 / 5 = 726.37 KG / M 4.- (AREA TRAPECIO)(CARGA W) /LADOLARGO 8.75 X 581.1 /6= 847.43 KG/M
y ahora si nos propusieran o encargaran diseñar la viga de concreto
reforzado para la parte de abajo donde la carga es de 847.43 y si en
cada extremo hubiera columnas quedaría así la viga para empezar a
diseñar:
Y queda una viga empotrada con carga distribuida de 847.43 kg/m y ya
con esto tienes para empezar a diseñar una viga de concreto reforzado
que soporte este peso etc. no olvides revisar algún reglamento de
construcción antes de diseñar la viga si estas en México el reglamento
mas usado es el del distrito federal o si estas en otro país verifica alguno
de tu localidad.
Ahora para diseñar las columnas(acuerdate que hay columnas en los
extremos) o simplemente saber cuanto peso soportan las columnas
tienes que resolver la viga empotrada con carga distribuida y las
reacciones que obtengas(Ra y Rb) serán el peso que soportaran las
columnas
Entonces resolviendo tenemos: Reacciones=Ra=Rb= WL / 2 = 847.43X6 / 2
Entonces Ra=Rb=2542.29 kg
Encontramos las reacciones Ra=Rb=2542.29 kg esas cargas
son las que soportaran las columnas, con esta carga
diseñamos(dimensionamos) las columnas(NOTA: TAMBIEN TOMAR
EN CUENTA LOS MOMENTOS DE EMPOTRAMIENTO EN ESTE
PASO PARA DISEÑO DE COLUMNAS,QUE LOS OBTIENESEN
ESTE CASO CON LA SIGUIENTE FORMULA= WL²/12) no olvides
revisar algún reglamento de construcción antes de diseñar las
columnas, si estas en México el reglamento mas usado es el del
distrito federal o si estas en otro país verifica alguno de tu localidad.
Ya una ves diseñadas y que sepas bien las dimensiones de
las columnas podrás también calcular el peso propio de las columnas
este se lo sumas a los 2542.29 y entonces este peso lo mandaras a la
cimentación.
CONCLUSIÓN
Podemos decir que al momento de diseñar es de
suma importancia tomar en cuenta factores de
seguridad como lo marca el código reglamentario
de cada zona en donde se construye. Ya que de
esta forma se puede evitar desastres; para
lograrlo, además de tomar en cuenta los factores
del suelo con respecto a los sismos es importante
diseñar las losas para que puedan tener una
correcta bajada de cargas hacia la cimentación y
contar con una estructura firme y segura.
BIBLIOGRAFÍA
http://cgservicios.df.gob.mx/prontuario/vigente/385.htm
http://www.construaprende.com/Apuntes/01/A1pag04.php
http://www.grupoidesa.com/uploads/boletin_tecnico_6.pdf
http://www.arqhys.com/arquitectura/cargas-accidentales.htmL
http://ingenieria-civil31.blogspot.com/
http://es.scribd.com/doc/10239762/Diseno-de-losas
http://www.lorenzoservidor.com.ar/facu01/modulo7/modulo7.htm
Libros:
Diseño estructural de casas habitación
AUTOR: Gallo Ortiz, Gabriel O.
Espino Márquez, Luis I.
Olvera Montes, Alfonso E
Edit. Mac Graw-Hill, 1999