Analisis y diseño en sistemas estructurales de concreto armado

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EL ANALISIS Y DISEÑO DE SISTEMAS 
ESTRUCTURALES EN CONCRETO 
ARMADO
Etapas del Análisis y diseño 
estructural
I. La Estructuración del sistema resistente
II. El análisis estructural III. El diseño estructural
 
19.70 
A B C D 
1 
2 
3 
4 
7.50 m 7.50 m 7.50 m 
0.30 
1.50 
6.00 
6.00 
6.00 
0.20 
0.30 
0.30 
0.30 
0.30 
0.30 
0.30 
0.30 
0.30 0.30 0.30 
1.30 0.20 
24.00 
1.20 1.35 
1.60 
2.70 
1.70 
2.85 
0.55 
0.55 
V3
V4F4
F1
F2
F3
V1
V2
V
CR
CM
F
V3
V4F4
F1
F2
F3
V1
V2
V3
V4F4
F1
F2
F3
V1
V2
V
CR
CM
F
V
CR
CM
F
I. LA ESTRUCTURACION DEL SISTEMA 
RESISTENTE
I. La estructuración del sistema 
resistente
Se entiende como la selección de materiales
estructurales, el sistema resistente, arreglo o
disposición de los elementos y dimensiones
preliminares (predimensionado)
Definir los ejes o líneas resistentes en las 
direcciones de análisis
I. Estructuración
Seleccionar el tipo de losa por nivel de acuerdo a 
relación de luces y cargas
I. La estructuración del sistema 
resistente
Seleccionar el sistema resistente vertical
Sistemas dualesSistema a base de pórticos
Sistema a base de muros
Sistema a base de pórticos 
arriostrados
I. La estructuración del sistema 
resistente
Configuración en planta
F1
F2
F1
F2
No recomendable Recomendable
F1
F2
F1
F2
No recomendable Recomendable
Longitud excesiva de la planta
Criterios de configuración antisísmica
Mt
F(t)1
F(t)2 Separar en dos cuerpos
I. La estructuración del sistema 
resistente
Flexibilidad del diafragma (losas)
Configuración en planta
Plantas con longitudes 
excesivas
Losas de 
poco espesor
Plantas con aberturas
I. La estructuración del sistema 
resistente
Criterios de configuración antisísmica
Evitar esquinas
Configuración en planta
Plantas irregulares
Evitar fuertes asimetrías
I. La estructuración del sistema 
resistente
Criterios de configuración antisísmica
Evitar cambios bruscos de masa y rigidez con la
altura
Configuración en altura
I. La estructuración del sistema 
resistente
Criterios de configuración antisísmica
Evitar las masas innecesarias y en pisos superiores
(tanques elevados)
Distribuir las masas de forma simétrica en cada nivel
Tanques 
elevados
Masas asimétricas
Concentración de masas
Configuración en altura
I. La estructuración del sistema 
resistente
Criterios de configuración antisísmica
Rigideces
Masas
Pisos blandos
Configuración en altura
I. La estructuración del sistema 
resistente
Criterios de configuración antisísmica
Efecto de golpeteo entre dos edificaciones
adosadas con diferentes períodos fundamentales
No recomendado Recomendado
Separación
Golpeteo
Configuración en altura
I. La estructuración del sistema 
resistente
Criterios de configuración antisísmica
Efecto de columna corta
Distribución de paredes no recomendada
Distribución de paredes recomendada
Distribución de paredes no recomendada
Distribución de paredes recomendada
Distribución de cerramientos
Configuración en altura
I. La estructuración del sistema 
resistente
Criterios de configuración antisísmica
Redundancia
Continuidad
Configuración del sistema resistente vertical
I. La estructuración del sistema 
resistente
Criterios de configuración antisísmica
Columna fuerte-viga débil
Configuración del sistema resistente vertical
I. La estructuración del sistema 
resistente
Criterios de configuración antisísmica
Distribución de rigidez en planta
Configuración del sistema resistente vertical
I. La estructuración del sistema 
resistente
Criterios de configuración antisísmica
II. EL ANALISIS ESTRUCTURAL
II. El Análisis Estructural
Procedimiento para determinar la respuesta del
sistema estructural ante acciones externas de
diseño
1. El modelo teórico-analítico
3. La Respuesta estructural
2. Las acciones de diseño
1. EL modelo teórico-analítico
En el análisis se requiere seleccionar un modelo
teórico-analítico de la estructura factible de ser
analizado con los procedimientos de cálculo
disponible, debe incluir:
d. El modelo de acciones impuestas
a. El Modelo estructural
b. El modelo de condiciones de continuidad
c. El modelo de comportamiento del material
a. El modelo estructural
En el análisis estático se debe idealizar la geometría
de la estructura y de los elementos mediante un
modelo adecuado que refleje su rigidez
En el análisis dinámico se debe idealizar la
geometría de la estructura y de los elementos
mediante un modelo adecuado que refleje la masa
de los elementos estructurales y no estructurales, la
rigidez lateral y el amortiguamiento de la estructura
El modelo estructural debe ser consistente con el método de 
análisis y debe aproximarse al comportamiento real
La estructura se puede idealizar como un conjunto
de pórticos planos (2D) definidos por juntas y
elementos
Pórtico plano
Elemento
x1
xn
x2
Modelos dinámicos
a. El modelo estructural
La estructura se puede idealizar como un conjunto
de pórticos con arreglo tridimensional (3D)
definidos por juntas y elementos
Pórtico 3D
Elemento
Modelos dinámicos
a. El modelo estructural
Pórtico plano + efecto de la tabiquería
Elementos
Elemento tipo 1
Elemento tipo 2
a. El modelo estructural
Representación vigas
viga
muro
Representación muros
Elementos
Muros conectados o acoplados
columna
Columna
ancha
Shell
a. El modelo estructural
Pórticos + diafragma flexible
Elementos
Modelo dinámico
a. El modelo estructural
U6
Muros acoplados
Pórticos
Pórtico + tabiquería
b. El modelo de condiciones de 
continuidad
U4
U5U6
U1= 0
U3= 0
U2= 0
1
2
M
V
N
M
V
N
U1= 0
U3= 0
U2= 0
1
U5
U4
2
U5
U4
Junta 2
Junta 2
U1= 0
U3
U2= 0
U4 U4
U6
U7
U5
M
V V
M
V
N
Junta viga-muro
Desplazamiento
Fuerza
Respuesta 
elástica
Idealización de la 
respuesta inelástica
Factores de modificación de la 
respuesta elástica
Fuerza
Desplazamiento
E
Elástica
Inelástica
c. El modelo de comportamiento 
del material
Distribuidas en los 
elementos
Nodales
d. El modelo de acciones 
impuestas
Acciones gravitacionales
De forma dinámica
Acelerograma en la base
Nivel 1
Nivel 2
Nivel i
Nivel n-1
Nivel n
De forma estática
Fuerzas laterales
Modelo de acciones impuestas
x 
x
x
 
k 3
k 2
k 1
1
2
m
3
m
m
∆
1
∆
2
∆
3
m ω x
1
2
1
m ω x
2 2
2
m ω x
3 3
2
3
2
1
Sistema 
estructural 
equivalente
Modelo 
dinámico 
equivalente
Desplazamiento 
del nudo 
y deriva
Fuerzas 
laterales en 
los nudos
Combinación modal
De forma cuasi-dinámica
Acciones sísmicas
Norma Covenin-Mindur 2002-88 
(cargas permanentes y variables)
Norma Covenin 1756-2001 (acciones sísmicas)
Acciones sísmicas
Las cargas y otras acciones que introducen
desplazamientos y esfuerzos en la estructura están
definidas por normas de cumplimiento obligatorio
2. Las acciones de diseño
CP4.1U =
CV6.1CP2.1U +=
SCVCP2.1U ±γ+=
SCP9.0U ±=
Combinaciones 
de carga
Norma Covenin 1753-2006
CP = cargas permanentes
CV = cargas variables
S = fuerzas sísmicas (laterales)
γγγγ = 1 para todos los casos excepto en edificaciones 
destinadas a viviendas, en este caso se puede usar 0,50
2. Las acciones de diseño
La respuesta estructural consiste en la
determinación del efecto de las acciones de
diseño sobre la totalidad de la estructura, nivel
global viene representada por fuerzas y
desplazamientos nodales y a nivel de
elementos por esfuerzos y deformaciones
3. La respuesta estructural
Nivel 1
Nivel 2
Nivel i
Nivel n-1
Nivel n
La respuesta estructural se obtiene para dos
casos de análisis:
Dinámico o sísmico
Estático
En el análisis dinámico o sísmico la respuesta
viene dada por los desplazamientos laterales
(verificación de la seguridad y estado límite de
servicio) y por las acciones sísmica de diseño(S)
de acuerdo a la Norma Covenin 1756-2001
Análisis dinámico o sísmico
3. La respuesta estructural
a. Análisis estático
b. Análisis dinámico 
plano
c. Análisisdinámico 
espacial
d. Análisis dinámico con diafragma 
flexible
Análisis dinámico o sísmico
Norma Covenin 1756-2001
3. La respuesta estructural
Análisis estático
En el análisis estático la respuesta viene dada por
los esfuerzos últimos (axiales, cortantes, flectores
y torsores) combinando las acciones por cagas
gravitacionales + fuerzas sísmicas de diseño de
acuerdo a la norma Covenin 1753-2006
3. La respuesta estructural
III. EL DISEÑO ESTRUCTURAL
El sistema estructural debe tener la
resistencia, rigidez y estabilidad para
comportarse satisfactoriamente y con
seguridad bajo la combinación de acciones
que actuando simultáneamente produzcan
el efecto más desfavorable
III. El diseño estructural
III. El diseño estructural
Procedimiento para determinar las dimensiones 
definitivas del sistema estructural y el detallado 
de los elementos de acuerdo a especificaciones 
normativas, de forma que la resistencia de 
diseño de un elemento no sea menor que la 
resistencia última requerida
Norma Covenin 1753-2006
Norma ACI318-2005
Teoría de rotura
Los esfuerzos actuantes (U) se
determinan de un análisis lineal
elástico. Las secciones se diseñan
para las combinaciones de carga
(Norma Covenin 1753-2006)
La capacidad resistente nominal
de las secciones se determina en
la falla del material o
plastificación. Se usan factores de
reducción de resistencia
�� < 0,85�´�
III. El diseño estructural
Vigas
Norma Covenin 1753-2006 (Capítulo 18)
Norma ACI318-2005 (Capítulo 21)
III. El diseño estructural
Columnas
III. El diseño estructural
Juntas viga-columna
III. El diseño estructural