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UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

CONCRETO ARMADO

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INTRODUCCIÓN

Los ingenieros estructurales se aseguran que sus diseños satisfagan un estándar

para alcanzar objetivos establecidos de seguridad (por ejemplo, que la estructura no se

derrumbe sin dar ningún aviso previo) o de nivel de servicio (por ejemplo, que

la vibración en un edificio no moleste a sus ocupantes). Adicionalmente, son

responsables por hacer uso eficiente del dinero y materiales necesarios para obtener

estos objetivos. Algunos ejemplos simples de ingeniería estructural lo constituyen

las vigas rectas simples, las columnas o pisos de edificios nuevos, incluyendo el cálculo

de cargas (o fuerzas) en cada miembro y la capacidad de varios materiales de

construcción tales como acero, madera u hormigón. Ejemplos más elaborados de

ingeniería estructural lo constituyen estructuras más complejas, tales como puentes o

edificios de varios pisos incluyendo rascacielos.

El presente trabajo tiene la finalidad de analizar las diferentes cargas que

interfieren en el diseño de los elementos estructurales como parte del curso de Concreto

armado, con el compromiso de que los estudiantes estén en la capacidad de conseguir

estructuras seguras, resistentes y funcionales, para el diseño de estructuras que soporten

su propio peso (cargas muertas), más las cargas ejercidas por el uso (cargas vivas), más

las cargas producidas por eventos de la naturaleza, como vientos, sismos, nieve o agua.

Los autores

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CAPÍTULO IASPECTOS GENERALES

1.1. CARGA ESTRUCTURAL

• Esfuerzos externos a que son sometidos los elementos constructivos.

• Las cargas se expresan en unidades de peso, en unidades de peso por longitud o en unidades de peso por superficie unitaria, o sea, kg; kg/m y kg/m², según el Sistema Métrico Decimal.

• Estas cargas son aplicadas a los diferentes elementos de las estructuras de las edificaciones, los que constituyen a su vez, un conjunto de miembros estructurales. Cada uno de estos miembros está constituido por un material con determinada forma volumétrica y sujeto a realizar uno o varios esfuerzos, cuando forman parte de la estructura.

• Como los esfuerzos son consecuencias de las cargas, es necesario conocer o suponer las cargas a que va a estar sometido cada uno de esos miembros.

• Es aquella que debe ser incluida en el cálculo de los elementos mecánicos (fuerzas, momentos, deformaciones, desplazamientos) de la estructura como sistema y/o de los elementos que la componen.

• Las cargas estructurales son generalmente clasificadas como:;;

1.2. Elemento Estructural

Es cada una de las partes diferenciadas aunque vinculadas en que puede ser dividida

una estructura a efectos de su diseño. El diseño y comprobación de estos elementos se

hace de acuerdo con los principios de la

1.2.1. Clasificación de los elementos

En el caso de construcciones estos tienen nombres que los identifican claramente

aunque en el mundo hispano parlante, estos nombres cambian de país a país.

Básicamente los elementos estructurales pueden tener estados de tensión uniaxiales,

biaxiales o triaxiales según su dimensionalidad y según cada una de las direcciones

consideradas pueden existir tanto tracciones como compresiones y finalmente dicho

estado puede ser uniforme sobre ciertas secciones transversales o variar de punto a

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punto de la sección. Los elementos estructurales suelen clasificarse en virtud de tres

criterios principales:

• Dimensionalidad del elemento, según puedan ser modelizados como elementos

unidimensionales (vigas, arcos, pilares,...), bidimensionales (placas, láminas,

membranas) o tridimensionales.

• Forma geométrica y/o posición, la forma geométrica concreta afecta a los

detalles del modelo estructural usado, así si la pieza es recta como una viga o

curva como un arco, el modelo debe incorporar estas diferencias, también la

posición u orientación afecta al tipo de estado tensional que tenga el elemento.

• Estado tensional y/o solicitaciones predominantes, los tipos de esfuerzos

predominantes pueden ser tracción (membranas y

cables), compresión (pilares), flexión (vigas, arcos, placas, láminas)

o torsión (ejes de transmisión, etc.).

Unidimensionales BidimensionalesSolicitaciones predominantes

rectos curvos planos curvos

Flexión viga recta, dintel, arquitrabe

viga balcón, arco

placa, losa, forjado, muro de contención

lámina, cúpula

Tracción cable tensado catenaria membrana elásticaCompresión pilar muro de carga

A. Elementos linealesLos elementos lineales o unidimensionales o prismas mecánicos, están generalmente

sometidos a un estado de tensión plana con esfuerzos tensiones grandes en la dirección

delínea baricéntrica (que puede ser recto o curvo). Geométricamente son alargados

siendo la dimensión según dicha línea (altura, luz, o longitud de arco), mucho mayor

que las dimensiones según la sección transversal, perpendicular en cada punto a la línea

baricéntrica. Los elementos lineales más comunes son según su posición y forma:

• Verticales, comprimidos y rectos: Columna (sección circular)

o pilares (sección poligonal), pilote (cimentación).

• Horizontales, flexionados y rectos: viga o arquitrabe, dintel, zapata

corrida para cimentación, correa de sustentación de cubierta.

• Diagonales y rectos: Barras de arriostramiento de cruces de San Andrés, barras

diagonales de una celosía o entramado triangulado, en este caso los esfuerzos

pueden ser de flexión tracción dominante o compresión dominante.

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• Flexionados y curvos, que corresponden a arcos continuos cuando los esfuerzos

se dan según el plano de curvatura o a vigas balcón cuando los esfuerzos son

perpendiculares al plano de curvatura.

B. Elementos bidimensionales

Los elementos planos pueden aproximarse por una superficie y tienen un espesor

pequeño en relación a las dimensiones generales del elemento. Es decir, en estos

elementos una dimensión, llamada espesor, es mucho menor que las otras dos. Pueden

dividirse según la forma que tengan en elementos:

• Horizontales, flexionados y planos, como los forjados, las losas de

cimentación, y las plateas o marquesinas.

• Verticales, flexionados y planos, como los muros de contención.

• Verticales, comprimidos y planos, como los muros de carga, paredes o

tabiques.

• Flexionados y curvos, como lo son las láminas de revolución, como

los depósitos cilíndricos para líquidos.

• Traccionados y curvos son las membranas elásticas como las paredes de

depósitos con fluidos a presión.

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CAPÍTULO II

TIPOS DE CARGASCARGAS EN LAS ESTRUCTURAS: A través de las definiciones arquitectónicas y de ingeniería de los proyectos de edificaciones es posible estimar, con un grado de precisión aceptable, la magnitud de las cargas que actuarán sobre la estructura. Los códigos de diseño organizan dichas cargas en las siguientes categorías:

1. CARGA CONCENTRADA : Carga que actúa sobre un área muy pequeña o un punto muy concreto de una estructura. También llamada carga puntual.

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2. CARGA DISTRIBUIDA : Carga que se aplica a toda la longitud de un elemento estructural o a una parte de éste. También llamada carga repartida.

Dentro de las cargas distribuidas se subdividen en 3 que son:

a) Cargas distribuidas triangulares y trapezoidales

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b) Cargas distribuidas balanceadas

c) Cargas distribuidas desbalanceadas

3. CARGA MUERTA O PERMANENTE: Carga gravitacional que siempre está actuando sobre la estructura, Dependiendo del elemento estructural que se deba diseñar es necesario incluir, entre otros, el efecto del peso de las losas, las vigas, las columnas, los tensores, los muros y otros elementos estructurales. Además son importantes las cargas arquitectónicas y las cargas de ingeniería que provienen de la mampostería, de los recubrimientos de piso, de los enlucidos, de las jardineras, del peso de ascensores, del peso de la ventilación mecánica, del peso de generadores y transformadores eléctricos, del cableado, de los sistemas de almacenamiento y conducción de agua, etc.

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4. CARGA VIVA: Carga gravitacional que puede actuar o puede dejar de actuar en diferentes partes de la estructura, y varía su magnitud en el tiempo desde un valor nulo hasta un valor máximo estimado. Carga externa movible sobre una estructura que incluye el peso de la misma junto con el mobiliario, equipamiento, personas, etc., que actúa verticalmente, por tanto no incluye la carga eólica. También llamada carga variable.

5. CARGA DE VIENTO: Actúa sobre todas las superficies expuestas tanto como presión o como succión, a barlovento y a sotavento.

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1.- CARGA MUERTA GRAVITATORIA

4.- CARGA VIVA

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Las cargas de viento son las fuerzas ejercidas por la energ a cinética de una masa de aire en movimiento, suponiendo que provenga de cualquier dirección horizontal.

• La estructura, los componentes y el revestimiento de un edificio deben diseñarse para resistir el deslizamiento, el levantamiento o el vuelco inducidos por el viento.

• El viento ejerce una presión positíva en sentido horizontal sobre las superficies verticales de barfovento de un edificio y en sentido normal a las superficies de los techos de barlovento que tengan una inclinación mayor que 30°.

• El viento ejerce ura presión negativa o succión en lados y en las superficies de sotavento y en dirección normal a las superficies del techo de barlovento que tengan una inclinación menor que 30º.

6. CARGA SÍSMICA: Proviene de las ondas que actúan sobre las cimentaciones de la estructura ante eventos telúricos tectónicos y volcánicos.

1.- La masa superior de una estructura desarrolla una fuerza de inercia cuando tiende a permanecer en reposo mientras que la base se desplaza por los movimientos del suelo por el sismo. De la segunda ley de Newton, esta fuerza es igual al producto de la masa por la aceleración.• Una fuerza lateral estáticamente equivalente la fuerza cortante en la base, puede calcularse para estructuras regulares menores que 73 m (240’) de

altura, estructuras irregulares no mayores que cinco pisos de altura y estructuras con un bajo riesgo sísmico.

2.- La fuerza cortante en la base es el valor mínimo de diseño de la fuerza sísmica lateral total en una estructura que se supone responde en cualquier dirección horizontal. Se calcula multiplicando la carga muerta total de la estructura por varios coeficientes que reflejan el carácter y la intensidad de los movimientos del suelo en la zona sísmica, el tipo de perfil del suelo que subyace a la cimentación, el tipo de ocupación, la distribución de la masa y la rigidez de la estructura, y el periodo natural de la estructura —el tiempo que requiere una oscilación completa.

3.- La fuerza cortante en la base se distribuye en cada día grama horizontal arriba de la base de las estructuras regulares proporcionalmente al peso del piso en cada nivel y a la distancia desde, la base.

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7. EMPUJE LATERAL DE SUELOS: Se origina en la presión que producen los suelos sobre los elementos estructurales que contienen a dichos suelos.

8. PRESIÓN HIDROSTÁTICA DE FLUIDOS: Está presente en sitios donde se almacenan liquidos, que actúan simultáneamente con el peso de dichos líquidos.

9. ALTERACIONES GEOMÉTRICAS ESPECIALES: por cambios de temperatura, retracción de fraguado, flujo plástico y asentamientos diferenciales.

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2.- EMPUJE LATERAL DEL SUELO

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BIBLIOGRAFIA

Aguado Crespo, F. Introducción a la Contrucción. Edit. Pueblo y

Educación. La Habana, 1987.

http://centrodeartigos.com/articulos-noticias-

consejos/article_128511.html

http://www.arqhys.com/arquitectura/cargas-estructurales-

tipos.html

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