722
P R OF ES O R : I C O CHEA AG U I RRE, FELI X AU G U S TO
PORTAFOLIO 2021 -2
ESTRUCTURAS III PAULA BECERRA
20183645
Facultad de Ingeniería y Arquitectura Carrera de Arquitectura - Área de Construcción y Estructurasx
2021-2
Portafolio 2021-2
Portafolio 2021 - 2 En el presente portafolio se presentarán los trabajos realizados durante el curso de Estructuras III de la carrera de Arquitectura de la Universidad de Lima.
Contenidos
ESTRUCTURAS III
EVALUACIÓN PARCIAL 01 02 ― 03
Tarea 01 / Investigación en la WEB (CG1 / CG6)
04 ― 05
Tarea 02 / Metrado de cargas (CG8 / CG10)
06 ― 11
Práctica calificada 01
EVALUACIÓN PARCIAL 02 12 ― 13
Tarea 03 / Armadura metálica - propuesta (CG8 / CG10)
14 ― 17
Tarea 04 / Selección perfil viga - LRFD (CG1 / CG8)
18 ― 23
Tarea 05 / Edificios en altura - investigación (CG1 / CG6)
24 ― 29
Práctica calificada 02
EVALUACIÓN FINAL 30 ― 33
Tarea 06 / Selección perfil columna - LRFD (CG1 / CG8)
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CV
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Información del curso
Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
TAREA 01 / INVESTIGACIÓN EN LA WEB CG1 - CG6
OBJETIVO Para este primer ejercicio del curso, tuvimos que identificar los diferentes tipos de estructuras metálicas indicando ventajas y desventajas. Las estructuras que debimos investigar fueron las siguientes: aporticadas, tensionadas y de cáscara.
PROCESO Para realizar este ejercicio, comenzamos por definir cada tipo de estructura metálica para entender su funcionamiento. Para realizar este trabajo, utilizamos la herramienta de Google docs. Así, cada integrante del grupo comenzó a escribir las ventajas y desventajas aprendidas durante la clase y todos pudimos ver los comentarios de cada uno. También buscamos información sobre este tipo de estructuras en textos y páginas web relevantes. Decidimos también por dividir las ventajas y desventajas en dos ámbitos: arquitectónicas y estructurales ya que son las dos formas que un arquitecto e ingeniero perciben este tipo de estructuras. Asimismo, cada integrante del grupo escogió un proyecto ejemplo para cada tipo de estructura y terminamos delimitando solo dos para cada uno. Editamos la presentación con varias imágenes que representaran correctamente el tipo de estructura y resumimos la información para que sea concisa y correcta. Finalmente, unimos todas las láminas para completar la presentación.
REFLEXIÓN Este fue un ejercicio muy interesante ya que aplicamos la teoría vista en clase a proyectos existentes. Considero que este proceso de analizar estructuras me ayudó a comprender cómo funciona cada tipo. Asimismo, mediante el análisis de imágenes entendimos, principalmente, las ventajas de estos tipos de estructuras ya que son más fáciles de captar tanto cómo el rápido armado y la libertad de diseño que le da a los espacios. También entendimos que los aspectos negativos se ven más en el mismo funcionamiento de los elementos dado por los materiales que las componen. Finalmente, creo que delimitar las ventajas y desventajas en arquitectónicas y estructurales fue una buena decisión ya que demostraba cómo este tipo de estructuras son analizadas dependiendo de la especialidad que la trata. Considero que, como arquitectos, debemos reconocer a las estructuras metálicas no solo como un elemento que pueda embellecer o malograr visualmente una construcción. Debemos entender todas sus características para elegir las estructuras correctas a la hora de diseño.
MILLENNIUM BRIDGE / FOSTER AND PARTNERS https://i.pinimg.com/originals/2d/23/56/2d235653710a84356dd203d6c544f8f9.jpg
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Tarea completa Investigación en la WEB
CALIFICACION = 4/5
/3
Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
TAREA 02 / METRADO DE CARGAS CG8 - CG10
OBJETIVO Para este ejercicio tuvimos que realizar el metrado de viguetas interiores y exteriores al igual que pórticos interiores exteriores de una nave metálica aporticada. El ejercicio fue brindado por el profesor durante la clase de Cargas y combinaciones
PROCESO Para realizar este ejercicio tuve que volver a ver la clase de Cargas y distribuciones para entender claramente el proceso. Comenzando por el metrado de viguetas, debí comprender cuáles iban a ser los datos que necesitaba encontrar para realizar el ejercicio. El peso propio era un dato dado por el problema mientras que los datos de peso de cobertura y de instalaciones se debía multiplicar por la distancia de la vigueta; el cuál era distinto dependiendo si era exterior (1.1m) e interior (2.2m). Estos tres datos sumados era el peso muerto y la carga viva se calculaba multiplicando la distancia de la vigueta por el dato del ejercicio. Luego, mediante el cálculo de reacciones estudiados durante el curso de Estructuras II se encontraron las reacciones de los apoyos en ambos casos. Con estos datos, calculé el metrado de los dos tipos de pórticos. Diagramé el pórtico y dependiendo de su posición en la nava cambiaba el número de fuerzas que llegaban a los nodos. En clase aprendimos que si es una externa le llegaba solo una fuerza por un lado mientras que las centrales recibían dos fuerzas por las dos viguetas que llegaban a ellas. Finalmente, se realizó el cálculo de las reacciones en ambos casos.
REFLEXIÓN Antes de hablar del ejercicio, hay que precisar que el tema del estudio de cargas fue de gran interés para mí. Considero que en estructuras más complejas se ven mucho más presentes y se debe tener en consideración todas las que afectarán la estructura. En cuanto al ejercicio, considero que fue muy importante ya que la nave aporticada es una estructura relativamente más sencilla ya que presenta menos partes. Al utilizarla como ejemplo para metrarla pude entender de forma más simple este proceso. Entendí que el metrado es desde la cobertura hasta los elementos más grandes. Asimismo, aprendí cómo funcionan las viguetas en este tipo de sistema. Fue interesante aprender la diferencia entre los elementos exteriores e interiores ya que el cálculo difiere en la cantidad de cargas que los elementos transfer en a otros. Finalmente, considero que este ejercicio me ayudó a recordar procesos estudiados en el cuso de Estructuras II y a aprender este nuevo procedimiento que es el metrado de cargas.
Tarea completa Metrado de cargas
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CALIFICACION = 5/5
/5
Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
PRÁCTICA CALIFICADA 01 OBJETIVO Resolver la primera práctica calificada utilizando todos los conocimientos aprendidos hasta la semana 04 del curso.
PROCESO Para realizar correctamente la práctica calificada tuve que repasar todos los temas hasta la cuarta semana del curso. Fue de gran importancia repasar los ejercicios de metrados de carga ya que era uno de los temas más complicados para mí. Asimismo, fue importante repasar todo el tema relacionado con las estructuras metálicas y sus tipos. En este caso, fue de gran ayuda recordar la primera tarea. Del mismo modo, repasé todo el tema en relación con las armaduras y puede practicar viendo diferentes imágenes de estructuras mientras identificaba sus componentes. Finalmente, durante la práctica resolví todos los ejercicios de la teoría brindada por el curso ya que eran temas que había repasado antes de la práctica.
REFLEXIÓN Considero que solo me fue bien en la práctica porque repasé varias veces la teoría y resolví todos los ejercicios brindados por el profesor. Considero que todos los temas de la práctica fueron fáciles de entender y los resolví rápido. No obstante, considero que no expliqué de forma completa las preguntas 03 y 09 y por eso no obtuve el puntaje completo. Finalmente, creo que esta práctica demuestra que pude comprender correctamente los conocimientos sobre las estructuras metálicas y sus tipos al igual que la composición de sus elementos y su proceso de metrado.
CONDOMINIOS DE SURFSIDE https://www.eluniversal.com.mx/mundo/lo-que-sabemos-del-edificio-que-colapso-en-miami-beach
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Práctica completa PC1
CALIFICACION = 18/20
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Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
1. De acuerdo a lo desarrollado en clase explique cuál es la composición química del tipo de Acero estructural A572Grado50 indique además su diferencia vs un Acero A36. ( 2.0pts) - El acero A572 es un acero de alta resistencia y de baja aleación. En cuanto a su composición química, es un acero con un porcentaje reducido de carbono y otros elementos de aleación También posee hierro. La diferencia principal con el acero A36 es que este posee un mayor porcentaje de carbono y de manganeso. Esto hace que este tipo de acero responda peor al esfuerzo que el de A572. 2. Cuál es la diferencia entre estructuras aporticadas y las estructuras geodésicas, explique con ejemplos gráficos para aclarar su respuesta. ( 2.0pts) - Las estructuras aporticadas se forma por elementos que se unen entre sí para formar pórticos ya sean vigas y columnas y la dirección de estos perfiles son perpendiculares entre ellos mientras que las estructura de geodésicas presenta una mayor cantidad de perfiles cuyas direcciónes son diversas y las fuerzas. Además, las fuerzas se transmiten por igual en todos los nudos de la geodésica. 3. Explique y grafique esquemáticamente fueron los 02 tipos de falla que se produjeron en el colapso del edificio de Miami revisado en clase. ( 2.0 pts) - Punzonamiento – falta de vigas. Se ve presente en las imágenes del sótano. Es cuando una losa se apoya contra una columna y la columna pasa de lado a lado. Se produce por una carga puntual sobre la losa. Las cargas no se reparten a la columna. Esto generó que la losa del sótano del edificio colapsara y fue la primera parte que llevó a que se derrumben los edificios. Este fenómeno se dio porque el edificio no presentaba vigas que lleven las cargas a las columnas. - Compresión de columnas del sótano: la luz vertical de las columnas del sótano del primer edificio se duplica ya que la losa que las separaba las atraviesa. Esto genera compresión sobre una columna de una altura mayor, por lo que se pandea y finalmente se rompe; generando el colapso del edificio.
8/
2
4. En el contexto normativo, el diseño de las estructuras tienen las normas nacionales E020, E030, E090.Explique la importancia de su aplicación, alcances y consideraciones que se tiene en el diseño de las estructuras y/o Edificaciones metálicas. (2.0pts) Son importantes ya que cada una de las normas se ve presente en el proceso de diseño y construcción de la estructura metálica. La E020 habla sobre las cargas. Es importante su aplicación ya que la información y cálculos de esta parte nos mostrará que dependiendo de las cargas que afectan el diseño, cambiará la estructura final. Si no se realiza este proceso se generaron problemas estructurales. En cuando a la E030, se habla del diseño sismorresistente. Es importante aplicar y seguir esta norma ya que es un análisis previo de las combinaciones que afectan a la estructura y así elegimos cuál serán los parámetros para el diseño. Finalmente, la E090 habla sobre estructuras métalicas. Es importante leer y comprender esta parte de la norma ya que es la base de la elección del tipo de acero, su resistencia y factores químicos que debemos conocer a la hora de escoger un tipo de estructura y acero. 5. Realizar el metrado de carga de las vigas VM-12 de borde e interior y además idealizar el pórtico del eje B. Asumir que la nave tendrá apoyos articulados. (5.0pts)
Datos: Peso propio: W6x12 Peso de cubierta= 10 kg/m2 Peso instalaciones=6 kg/m2 Sobrecarga Viva = 25kg/m2
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Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
6. En la determinación de la fuerza sísmica para evaluar las cargas de diseño de las estructuras interviene el factor S, indique a continuación que representa dicho término.(1.0pto) a) b) c) d)
9. En la siguiente imagen por favor describa los elementos estructurales que componen una nave aporticada que se encuentra en fase de montaje. ( 2pts)
Factor de Uso Factor de Reducción sísmica Factor de Zona Sísmica Tipo de Suelo
7. En la concepción y diseño de estructuras en base a armaduras es fundamental el empleo de triángulos. Explique cuál es la razón de este principio y que tipos de esfuerzos tienen sus elementos componentes. Grafique con un ejemplo su respuesta.(2.0pts) El triángulo es el único polígono indeformable. Las fuerzas impactan a la estructura de todos los lados. Es por esto que las triangulaciones rigidizan la estructura ya que evitan que deformen generando un equilibrio.
a. b. c. d. e. 8. Cuál de las siguientes opciones de combinación de tipo de armaduras NO corresponde a algún tipo de armadura según su forma.(1.0pto) a. b. c. d.
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Pratt, Warren, lenticular Howe, flat, scisors Warren, polynesian,squarred Virendell, King post, fink
Columnas: soportan la armadura. Armadura – tijeral – cercha Vigas Montante diagonales
10. Explique porque es ventajoso la prefabricación de los componentes de las estructuras metálicas. (1.0pto) Es ventajoso ya que podemos trabajar las piezas del acero en el taller. Esto significa que podemos ir armando la estructura sin tener que estar en el área de construcción. Asimismo, si no tenemos las licencias para comenzar a trabajar en el área de construcción, la prefabricación hace posible no perder tiempo e ir avanzando la construcción en talleres. Trabajar en taller reduce los fallos ya que es posible un mejor control de calidad antes de enviar las piezas al área de construcción.
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Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
TAREA 03 / ARMADURA METÁLICA - PROPUESTA CG8 - CG10
OBJETIVO El objetivo de este ejercicio fue realizar un diseño inicial para algún tipo de pórtico. Este podría ser de tijeral o de alma llena. Debimos diseñar la altura de las columnas, al igual que la luz libre y la distancia entre viguetas.
PROCESO Realizar este diseño fue simple ya que el profesor nos recomendó un intervalo de medidas para cada tipo de elemento estructura. Asimismo, nos recomendó seguir una simple lógica estructural para no diseñar una nave de un tamaño extremo. Consideré una luz de 15 metros ya que me pareció una medida regular. Asimismo, no quise exagerar con la altura de las columnas para evitar problemas en el futuro cuando tenga que escoger los perfiles.
REFLEXIÓN Considero que, aunque fue un ejercicio corto, me ayudó a entender que siempre se debe tener una mirada lógica hacia el diseño de estos tipos de estructuras. Considero que es lógica común, al menos para este tipo de estructuras, diseñar unas columnas mucho más altas que la luz libre. Asimismo, creo que el proceso se repite con la longitud de la luz libre. Finalmente, considero que la parte más complicada fue el del tijeral y escoger la cantidad de viguetas que iba a tener la nave. Sin embargo, creo que realicé un buen diseño ya que tuve en consideración la teoría aprendida en clase al igual que el primer ejercicio que realizamos durante el curso.
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CALIFICACION = 2/2
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Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
TAREA 04 / SELECCIÓN DE PERFIL VIGA - LRFD CG1 - CG8
OBJETIVO Para este ejercicio tuvimos que continuar el procedimiento de predimensionamiento de los elementos de un pórtico. En este caso, tuvimos que predimensionar el perfil para viga de tijeral según el método LRFD
PROCESO Antes de comenzar el predimensionamiento para viga, tuve que corregir unos datos del pórtico de la tarea 03. El dato que no se encontraba dentro de los parámetros era la altura del tijeral. Para arreglarlo, tuve que escoger una altura dentro del intervalo de el largo entre 8 y el mismo entre 15. Así, escogí que la nueva altura del tijeral sería 1.4 Para realizar el predimensionamiento, comencé calculando las reacciones y los momentos. Con los datos proporcionados por el profesor, calculé que las 7 cargas puntuales eran de 0,44 toneladas. Con este dato, pude calcular el momento máximo que se puede colocar al centro de la vigueta para generarle una deflexión importante. Así, debía buscar un perfil que pudiera aguantar esta reacción. Luego, seleccioné el perfil adecuado. Comencé realizando un cálculo rápido y obtuve un intervalo para la altura del perfil. Opté por una altura de 18cm. Utilizando el manual del Instituto Americano de construcción de acero pude escoger un perfil adecuado. En este caso el Mu del perfil C7x9.8 era lo suficientemente correcto para ser el de esta viga. Finalmente, se calculó la viga del tijeral mediante el análisis de equilibrios de fuerzas de una parte de este.
REFLEXIÓN Considero que la parte más interesante del ejercicio fue aprender a leer el manual del Instituto Americano de acero. Al inicio me sentí un poco intimidada por la cantidad de páginas y nueva terminología que contenía. Sin embargo, durante la clase, pude entender que encontrar los datos es un proceso más simple de lo que parece. Los datos están totalmente relacionados con el tipo de perfil y es fácil entender en qué parte está cada uno. Asimismo, me pareció complicado el proceso de predimensionamiento. El profesor mencionó múltiples veces que es un proceso de prueba y error entender este procedimiento y considero que si continúo practicando podré realizar de forma más rápida los problemas. Finalmente, lo que más rescato del ejercicio fue comenzar a entender cómo leer el manual, y será un proceso que incluiré en futuros diseños ya que, aunque no pueda realizar un predimensionamiento completo, podré escoger perfiles que al menos tengan un sentido en cuánto al funcionamiento de la estructura.
Tijeral https://www.istockphoto.com/es/foto/construcci%C3%B3n-de-casa-de-techo-de-metal-cerchas-met%C3%A1licas-construcci%C3%B3n-de-techos-gm677719352-124217683
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Tarea completa Predimensionamiento de vigas
CALIFICACION = 5/5
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Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
PARTE 01_PREDIMENSIONAR EL PÓRTICO DE LA TAREA 03
PARTE 02_CÁLCULO DE PERFIL DE VIGAS Y VIGUETAS POR EL MÉTODO LRFD
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
A_PÓRTICO ENTREGADO EN LA TAREA 03 2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
Datos
Cálculo para viga típica interior
Carga amplificada = 1.2DL + 1.6LL
- Peso propio de viguetas: 12 kg/m - Peso de cobertura: 6 kg/m2 - Cargas colgadas: 8 kg/m2 - Sobrecarga viva: 30 kg/m2
- Wpp = 12 kg / m - Wpc = 2.5 x 6 = 15 kg/m - Wpi = 2.5 x 8 = 20 kg/m - Wcm = 12 + 15 + 20 = 47 kg/m - Wcv = 2.5 x 30 = 75 kg/m - Wservicio = 47 + 75 = 122 kg/m
W = 1.2(47) + 1.6(75) = 176.4 kg/m
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
7,5
2,5
2,5
A_CÁLCULO DE REACCIONES Y MOMENTOS Mmax = (WL^2)/8 Mmax = 551.25 kg-m (0.55Ton-m) = 3.97Kip-ft
R+R = W x L = 176.4 x 5.0m = 882 kg R= 441 Kg (0.44 ton)
El máximo que se le puede colocar en el centro de una vigueta que puede generar una deflexión importante
Cualquier perfil que pueda resistir más de 176.4 kg/m se podrá usar en el diseño
B_SELECCIÓN DE LOS PERFILES ADECUADOS B.1_VIGUETAS L = 5.00M
15
L/30 o L/20
H= 15/8
H= 15/15
H= 1.875
H= 1
4.62 kips-ft <= 19.4 kips-ft
H = 18 cm
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
H= L/15
Mu≤ fbMn ≤ fbMpx
B
B_CÁLCULO PARA LA ALTURA H= L/8
0.16m o 0.25m
5/30 o 5/20
FS = 4.89
C7x9.8, donde 7 es el valor del peralte en pulgadas. 7” es igual a 18cm
Zx ≥ 3.97kip/ft(12")/(0.9 x 50ksi) Zx ≥ 1.06 in3
H=1.4M PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
B.2_VIGA TIJERAL
B.3_BARRAS PRINCIPALES
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
0.55 Ton
Equilibrio de fuerzas
2,5
2,5
2,5
7,5
2,5
15 0.55 Ton
TBD
B C
TBE
R = 2.25
Tbe - Tbd = 8.93 Tbe + Tbd = 12.5 2Tbe = 21.43 Tbe = 10.72 (T) Tbd= 1.75 (T)
TEC
1.4
7.5
Carga = 6.25 ton x 2.2 kips = 13.75 kips 2,5
rx= 0.605 pulg ry= 0.605 pulg rz= 0.387 pulg
Y/1.4 = 5/7.5
2,5Y = 0.93 2,5
7,5
2,5
5
2,5
-R X 2.5 + 0.5X2.5 - Tec x 0.35 = 0 Tec = 12.5 Ton
1,4
2,5
A
5.09
2,5
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
Mayor tracción: 10.72 ton Mayor compresión: 12.5ton
0.55 Ton
2R 2,5 = 7 X 0.5 2,5 R = 1.75 ton
0.55 Ton
1,4
2,5
0.55 Ton
15
Tec + Tbe x cos θ + Tbd x cos θ = 0 -12.5 + Tbe 5/5.02 + Tbd = 0 Tbe + Tbd = 12.5 7,5
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
7,5
2,5
2.25 - 0.5 - 0.5 + Tbd x sen θ - Tbe x sen θ = 0 2.25 - 0.5 - 0.5 + Tbd x 0.14 - Tbe x 0.14 = 0 0.14 Tbd - 0.14Tbe = 1.25
Si elegimos el perfil L 2 x 2 x ¼” (pág 59 AISC)
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
16/
0.55 Ton
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
La altura del primer pórtico presentado no cumplía con los requisitos de altura. Se tuvo que cambiar la altura de 2.5 m a 1.4 m
2,5
0.55 Ton
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
15
0.55 Ton
2,5
0.55 Ton
1,4
2,5
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
2,5 PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
2,5
1,4
2,5
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
2,5
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
2,5
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
2,5
KL / rx = 1.0 x 2.5 / 0.605pulg KL / rx = 59.5
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Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
TAREA 05 / EDIFICIOS EN ALTURA - INVESTIGACIÓN CG1 - CG6
OBJETIVO Para esta tareea tuvimos que analizar dos ejemplos de edificios en altura. Tuvimos que presentar un análisis de su material estructural al igual que su tipo de núcleo estructural. Asimismo, debimos presentar los datos generales de cada edificio.
PROCESO Esta fue una tarea relativamente sencilla. Luego de entender la clase de edificios en altura, fue sencillo realizar el análisis de dos edificios. Escogimos el Shanghai World Financial Center y IFC Guangzhou como ejemplos para el análisis. Comenzamos buscando los datos generales de cada edificio tales como la ubicación, los arquitectos e ingenieros encargados al igual que el número de pisos y la altura máxima. Luego, comenzamos a analizar la materialidad estructural. En ambos casos, al ser edificios famosos, pudimos encontrar una vasta cantidad de información sobre la materialidad. Asimismo, fue importante definir el sistema de arriostramiento exterior para cada caso. Finalmente, la parte más importante analizar el núcleo de la estructura. Este fue un proceso simple ya que encontramos varias imágenes y diagramas de los núcleos de cada edificio.
REFLEXIÓN Considero que el tema de edificios en altura fue mi tema preferido del curso. Aprender que estos tipos de edificios son una combinación de una gran cantidad de sistemas fue de gran interés. Asimismo, siempre me preguntaba por qué se escogían el diseño de los arriostres y ventanas para estos tipos de edificio y durante estas clases pude aprender que dependen totalmente de las cargas laterales. Asimismo, al realizar esta tarea entendí el alto grado de complejidad que presenta diseñar este tipo de edificios. No obstante, la idea de los núcleos centrales o perimetrales (dependiendo del diseño) es un concepto que se repite en edificios comunes. Rescato mucho lo que aprendí sobre su importancia estructural y que siempre se deben considerar a la hora del diseño para evitar tener partes del edificio más sensibles a sismos que otros.
Burj Khalifa https://www.klm.com/destinations/pe/es/article/high-higher-highest-burj-khalifa
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Tarea completa Edificios en altura
CALIFICACION = 4/5
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Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
SHANGHAI WORLD FINANCIAL CENTER EDIFICIOS EN ALTURA 01_INFORMACIÓN
02_NÚMERO DE PISOS Y ALTURA MÁXIMA
Ubicación: Shanghái, China
Número de pisos: 101
Arquitectos: Kohn Pedersen Fox Associates / Flag of Japan Irie Miyake Architects and Engineers
Altura máxima: 494,3 metros
Superficie: 381 600 m²
La altura del edificio en relación con los demás que lo rodean. Se encuentra en el top-10 rascacielos más altos del mundo. En estos 101 pisos, el edificio ocupa principalmente oficinas; sin embargo, albergará también habitaciones de hotel, salas de conferencias y tiendas.
03_MATERIALIDAD ESTRUCTURAL
04_DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE NÚCLEO ESTRUCTURAL
Ingeniero esturcutral: Leslie E. Robertson Associates Usos: Oficinas, hotel, museo, observatorio, estacionamiento, etc. Inicio: 27 de agosto de 1997 Finalización: 30 de agosto de 2008
Materialidad en el proyecto:La materialidad utilizada para el edificio, es de hormigón armado y acero, se decidió envolver al proyectos con vidrio laminado que genera una visual de color plata al edificio desde el exterior, pero desde el interior total transparencia.
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La estructura del edificio es principlamente de hormigón armado y acero, pasa de una planta cuadrada a una rectangular en altura, lo que a vista genera un edifcio bastante esbelto con aparente ligereza El edificio sufrió algunos cambios estructurales importantes llevados a cabo por el equipo de Ingenieros LERA con Leslie Robertson a la cabeza, se consiguió mejorar de forma positiva la estructura mediante un nuevo diseño a base de vigas Outrigger (en voladizo) diagonales, que redujeron el peso del edificio en más de un 10%; también se mejoró el diseño final del ojo superior con una forma más cuadrada, ya que en su primer boceto era redonda. Mediante estos cambios innovadores se redujeron las cargas transversales por la acción horizontal del viento ganando también 32 metros más de altura con respecto a su diseño anterior.
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Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
IFC GUANGZHOU EDIFICIOS EN ALTURA 01_INFORMACIÓN
02_NÚMERO DE PISOS Y ALTURA MÁXIMA
Ubicación: Guangzhou, China
Número de pisos: 103
Arquitectos: WilkinsonEyre
Altura máxima: 438,6 metros
Ingeniero esturcutral: ARUP Usos: Hotel y oficinas Inicio: 2006 Finalización: 2010 La altura del edificio en relación con los demás que lo rodean.
03_MATERIALIDAD ESTRUCTURAL
04_DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE NÚCLEO ESTRUCTURAL
El edificio está hecho mediante un sistema de materiales estructurales compuestos. El centro está hecho de concreto reforzado. Las columnas son tubos de aceros rellenos de concreto, formando una trama tipo somier que se va cruzando cada 54 m. El piso es de acero. La forma del edificio fue diseñada para reducir el efecto de los vientos, de esta manera se reduce el peso de la estructura necesaria.
Para el edificio de IFC GUANGZHOU, se utilizó la estructura una estructura, que por su forma y carácter, fue fundamental en la creación y concepción del edificio. La estructura se va formando a partir de tubos de acero, los cuales están rellenos de hormigón, proporcionando rigidez, resistencia y protección contra incendios. Este tipo de consrucción no requiere de un sistema de amortiguación adicional. La estructura varía a lo largo la altura del edificio. En la base el diámetro de los miembros estructurales incia en 1800 mm, mientras que en la parte superior, llega a solo tener 900 mm de diámetro.
El núcleo estructural tiene gran parte de la carga de gravedad de los pisos del edificio, vinculándose a la estructura perimetral a través de vigas que se encuentran en el piso, creando un sistema estructural rígido de “tubo dentro de tubo”. La rigidez en la estructura minimiza el tonelaje de acero, proporcionando resistencia a la aceleración y oscilación, asegurando los niveles de confort a sus habitantes. La forma del edificio fue diseñada para reducir el efecto de los vientos, de esta manera se reduce el peso de la estructura necesaria.
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Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
PRÁCTICA CALIFICADA 02 OBJETIVO Resolver la primera práctica calificada utilizando todos los conocimientos aprendidos de las semanas 05 y 07 del curso
PROCESO Para realizar correctamente la práctica calificada tuve que repasar los temas de edificios en altura al igual que los elementos de las vigas aporticadas. Durante la práctica, fue sencillo resolver las tres preguntas que contenían estos temas ya que eran de teoría y estaba preparada para contestarlas. Asimismo, tuve que practicar los tres tipos de ejercicios que vimos durante las clases: predimensionamiento de viga y el área neta y fallas en platinas. Pude realizar correctamente estos dos ejercicios ya que volví a realizar los problemas estudiados en clase al igual que los brindados por el profesor para el repaso personal.
REFLEXIÓN Fue sencillo realizar esta práctica ya que repase varias veces todos los temas vistos durante esas tres semanas. Lo que más rescato fue que todos los procedimientos de ejercicios se volvieron más sencillos luego de realizarlos varias veces. Para el predimensionamiento de la viga, considero que solo lo pude realzar bien ya que vimos el tema varias veces durante la clase. Finalmente, considero que la información de la teoría fue sencilla de aprender porque siempre utilizamos ejemplos e imágenes para entender cómo funcionan los edificios en altura o el esqueleto metálico de una estructura.
Esqueleto metálico https://www.alamy.es/edificio-de-estructura-metalica-o-construir-el-esqueleto-o-estructura-o-estructura-del-edificio-fuera-de-la-estructura-del-edificio-image247535160.html
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Práctica completa PC2
CALIFICACION = 19/20
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Portafolio 2021-2
ESTRUCTURAS III
PREGUNTA 01. (01 PUNTOS) INDIQUE CUAL DE LAS COMBINACIONES DE MECANISMOS DE AMORTIGUAMIENTO DESCRITOS A CONTINUACION SE UTILIZAN PARA CONTRARRESTAR EL EFECTO SISMICO EN LOS EDIFICIOS. a) TENDONES ACTIVOS, AISLADORES SISMICOS. b) AMORTIGUADOR POR FRICCION, AMORTIGUAMIENTO AERODINAMICO c) AMORTIGUADOR POR VISCOSIDAD, AMORTIGUACIÓN POR DEFORMACIÓN PLASTICA.
PREGUNTA 02. (03 PUNTOS) EN LAS IMÁGENES ADJUNTAS SE APRECIA LOS TIPO DE ESTRUCTURA CONSIDERADA PARA EL DISEÑO DE UN EDIFICIO A GRAN ALTURA. INDIQUE QUE TIPO DE ESTRUCTURA TIENE SEGÚN SU SISTEMA DE ARRIOSTRAMIENTO.
PREGUNTA 04. (5 PUNTOS) SELECCIÓN DEL PERFIL DE SECCION W ADECUADO PARA LA VIGA PRINCIPAL DEL PORTICO DE LA IMAGEN SEGÚN MANUAL DE AISC 15TH. Asumiendo: o
o o o
Que tiene 10 cargas puntuales de 0.30Ton cada una correspondientes a la correas de techo. 𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊 𝑥𝑥 𝐿𝐿2 MU=Mmax= 8 Mn <= Mpx 1Ton= 2.2KLbs y 1m=3.28ft
Para la primera imagen podemos apreciar una estructura de tubo dentro de tubos con una caja de ascensores de conreto armado. En este caso los arriostres son rectos y se colocan por piso, amarrando toda la estructura exterior. Por otro lado, en la segunda imagen vemos que el edificio posee una estructura de megarriostres diagonales (estructura de retícula diagonal) que abarcan varios pisos al mismo tiempo y generan triangulaciones a lo largo del edificio.
PREGUNTA 03. (03 PUNTOS) EN LA FOTOGRAFÍA ADJUNTA SE MUESTRA UNA NAVE INDUSTRIAL APORTICADA. CON UNA LUZ LIBRE DE 18M EN LOS PORTICOS PRINCIPALES.
EXPLIQUE Y DETERMINE: -
LOS ELEMENTOS QUE LA COMPONEN. ( 01 PUNTO) PREDIMENSIONAMIENTO DE LA VIGA DE PORTICO CENTRAL ( 02 PUNTOS)
Los elementos que componen esta estructura son los pórticos interiores compueestos por vigas rígido y columnas (color amarillo). Asimismo encontramos cruces de San andres o de arriostres fachada (color verde). Tenemos las vigas perimetrales (rojo) y también 2 encontramos las viguetas o correas en la cobertura (azul) y correas de fachada (naranja). Encontramos un tensor que va a lo largo de la viga y cimentaciones sobre la tierra en dónde se apoyan las columnas (columna empotrada) Para predimensionar la viga se divide el largo del pórtico entre 25 y 15: 18/25 y 18/15 lo que serían datos de 0.72 a 1.2. ese es el rango del peralte de la viga. Se escogío una viga de 0.9 metros de peralte.
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ESTRUCTURAS III
PREGUNTA 05. (5 PUNTOS) SE DESEA CONECTAR DOS PLATINAS METÁLICAS QUE CUENTAN CON LA SIGUIENTE SECCIÓN TRANSVERSAL: PLATINA 1, DE 110 X 12 MM PLATINA 2, DE 120 X 10 MM. PARA CONECTARLAS POR TRASLAPE SE EMPLEARÁ DOS HILERA DE PERNOS DE 19 MM DE DIÁMETRO. DETERMINE EL AREA NETA EFECTIVA DE LA PLATINA N°2. CONSIDERAR EL DIÁMETRO DE LAS PERFORACIONES CON 2 MM MÁS QUE EL DIÁMETRO DE LOS PERNOS.
PREGUNTA 06. (3 PUNTOS).SE MUESTRA EL ESQUELETO METÁLICO DE UN EDIFICIO DE VARIOS PISOS. FALTA MOSTRAR LA PLACA COLABORANTE Y LA LOSA. INDIQUE LOS ELEMENTOS COMPONENTES, LOS NIVELES ESTRUCTURALES Y LA FORMA DE TRANSMISIÓN DE CARGAS HASTA LLEGAR A LA CIMENTACION.
Material: Acero ASTM A-36
120MM
Niveles estructurales a. Primer nivel: Aunque no estén en la imagen, el primer nivel estructural serían la placa colaborante y la losa. Están son las encargadas de crear una superficie para que las personas puedan caminar. b. Segundo nivel: Este nivel está compuesto, en la imagen, por elementos tales como las viguetas y vigas principales que en este caso son de perfil H. estos se encargan de transmitir las cargas del primer nivel a las columnas y muris c. Tercer nivel: en este caso, son columnas de perfil H que se encargas de soportar las cargas del segundo nivel y llevarlos a la cimentación. En cuanto la forma de transmisión de cargas, podemos ver que en este caso se genera una continuidad vertical, Todas las piezas tales como columnas y vigas no han sido cortadas o desfazadas, lo que genera que las cargas lleguen verticalmente a los cimientos. Utilizando una parte de la placa colaborante del último piso, vemos como las viguetas llevan las cargas (flecha roja) del primer nivel estructural a las vigas primarias y estas las transmiten hacia las columnas (flecha verde) y finalmente como estas cargas bajan verticalmente hacia los cimientos (flecha azul) 5
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ESTRUCTURAS III
TAREA 06 / SELECCIÓN DE PERFIL COLUMNA - LRFD CG1 - CG8
OBJETIVO Para esta tarea tuvimos que analizar realizar el último presimensionamiento del pórtico; las columnas. Para esto utilizamos el cálculo de compresión de columna aprendido en clase.
PROCESO Para realizar el predimensionamiento, primero tuve que calcular las reacciones que cada vigueta transfiere. En el caso de mi diseño, cuenta con 7 reacciones separadas cada 2.5 metros. Asimismo, en la tarea 03 realicé el cálculo de cada una y este fue de 0.44 toneladas. Entonces, para calcular el Pu, tuve que idealizar el pórtico y calcular el momento. Este proceso fue simple ya que se ha repetido a lo largo del curso y fue estudiado durante Estructuras III. Así, pude calcular que Pu era 1.69 toneladas. Esto significaba que mi columna debía sostener más de esta cantidad. Para el predimensionamiento de la colúma, escogí el perfil W10X22. Tuve que bucar en el manual el área y su radio de giro para X y Y. Luego, fue importante convertir estos datos que estaban a pulgadas cuadradas a cm cuadrados. Utilizando la altura de la columna predimensionada que era 7.5 calculé la longitud efectiva. Luego, en el cálculo de esbeltez pude determinar que el mayor valor era para el eje Y con 221.89 y fue importante multiplicar la parte de la superior de la división por 100. Seguí con el cálculo de el pandeo crítico, el cuál resultó ser 400.91 kgcm2. Luego de calcular que era elástico, utilicé el dato anterior para calcular el Fcr (351.59 kg/cm²). Finalmente, se calculó la capacidad de carga axial de la columna según LRFD el cuál fue 14.06ton. Este, al ser mayor, comprueba que es un perfil correcto para este tipo de estructura.
REFLEXIÓN Creo que este ejercicio, en completo, fue la forma más simple de entender el proceso de predimensionamiento de una nave. Al realizar la elección de cada perfil por partes, pude aprender cuáles eran las fórmulas necesarias para calcular cada una. Asimismo, pude entender el proceso y la razón de cada una de ellas. Por ejemplo, comprendí que este cálculo realizado en esta última parte necesita del dato de cuál es el máximo que puede soportar un pórtico, relacionandolo con el tema de piezas a compresión. Finalmente, considero que este fue un proceso más simple que el predimensionamiento de vigas ya que los pasos fueron más delimitados y no debía tantear a la hora de elegir datos.
NAVE INDUSTRIAL CON TIJERALES METÁLICOS https://casablancainversiones.com/trabajos-ejecutados/mision-campo-santo-parque-del-recuerdo/1-nave-industrial-con-tijerales-metalicos-distrito-lurin/
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Tarea completa Predimensionamiento de columnas
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ESTRUCTURAS III
PARTE 01_CÁLCULO DE REACCIONES Y Pu PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
- Peso propio de viguetas: 12 kg/m - Peso de cobertura: 6 kg/m2 - Cargas colgadas: 8 kg/m2 - Sobrecarga viva: 30 kg/m2
W = 1.2(47) + 1.6(75) = 176.4 kg/m R+R = W x L = 176.4 x 5.0m = 882 kg R= 441 Kg (0.44 ton)
Cálculo para viga típica interior - Wpp = 12 kg / m - Wpc = 2.5 x 6 = 15 kg/m - Wpi = 2.5 x 8 = 20 kg/m - Wcm = 12 + 15 + 20 = 47 kg/m - Wcv = 2.5 x 30 = 75 kg/m - Wservicio = 47 + 75 = 122 kg/m
0.44 ton 0.44 ton PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
Carga amplificada = 1.2DL + 1.6LL
2,5
2,5
2,5
2,5
0.44 ton 0.44 ton 0.44 ton 0.44 ton 0.44 ton
A
Σ Fy = 0 Σ Fy = Ay + By - (0.44)*7 = 0 Ay + By = 3.08 ton Σ MA = 0 Σ MA = 0.44*2.5 - 0.44*5 - 0.44*7.5 - 0.44*10 - 0.44*12.5 - 0.44*15 + By*15 = 0 -20.9 + 15By = 0 15By = 20.9
By = 1.39 Ay= 1.69
B
15
Pu
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
Datos
2,5
1,4
2,5
7,5
A_DISEÑO DE PÓRTICO
Pu: 1.69 ton
El perfil deberá superar 1.69 toneladas
Pu
PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION
PARTE 02_CÁLCULO DE PERFIL
A_PRESELECCIONAR PERFIL W
7.5 m
Se escogió el perfil W10X22
B_DETERMINAR SI LA FUERZA NOMINAL DEL PERFIL ES MAYOR A Pu PASO 01
PASO 04
Longitud física Lx = 7.5 m Ly = 7.5 m
4.71*(√2000000/2530) = 132.43
Longitud efectica KLx = 1*7.5 = 7.5 m KLy = 1*7.5 = 7.5 m
Es elástico
221.89 > 132. 43
Comprobamos que el W10X22 cumple ya que
PASO 02
PASO 05
KLx/rx = 1*7.5*100/10.85 = 69.12
Fcr = 0.877 (400.91) Fcr = 351.59 kg/cm²
peril
14.06 ton > 1.69 ton
KLx/rx}y = 1*7.5*100/3.38 = 221.89
No olvidar convertir los datos a cm Ag = 6.49 in² = 41.87 cm²
Datos E = 2000000 kg/cm² Fy = 2530 kg/cm²
32/
rxx = 4.27 in = 10.85 cm ryy = 1.33 in = 3.38 cm
PASO 03
PASO 06
Fe = π2*E ⁄ (KL⁄r)2
OcPn = 0.90 * 351.59* 41.87 = 13248.96 kg
Fe = π2 * 2000000 / (221.89)² = 400.91kg/cm²
14.06ton
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ESTRUCTURAS III
INFORMACIÓN DEL CURSO
PAULA BECERRA Estudiante de sexto ciclo de la carrera de Arquitectura de la Universidad de Lima perteneciente al tercio superior. Interesada en las prácticas en las áreas de desarrollo de diseño de proyectos y urbanismo. Conocimientos en inglés y francés fluido, Autocad, Sketchup, Vray, Revir y habilidades para expresiones gráficas y visuales.
Paula Becerra
paulabecerra99@hotmail.com
+51 919471457
pau.becerra99
NOMBRE DEL CURSO Estructuras III
SECCIÓN 722
Idiomas
Educación
Español
Avanzado
Primaria
Colegio Magister
2006-2011
NOMBRE DEL PROFESOR
Inglés
Avanzado
Secundaria
Colegio Magister
2012-2016
Felix Augusto Icochea Aguirre
Frances
Intermedio
Pre-grado
Universidad de Lima
2018-Actualidad
SUMILLA DEL CURSO Estructuras III es una asignatura teórica obligatoria donde se analizan las fuerzas en los elementos fundamentales: zapatas, cimientos columnas, muros, vigas y losas, dentro de los sistemas convencionales de muros portantes y pórticos.
Reconocimientos
Programas
Proyecto final del curso Proyecto de Arquitectura II
Autocad
Avanzado
Revit
Intermedio
OBJETIVO GENERAL
Sketchup
Intermedio
Photoshop
Intermedio
Describir el comportamiento estructural en los elementos que conforman un sistema arquitectónico, desarrollando el conocimiento del mundo físico el pensamiento creativo.
Illustrator
Intermedio
2019-1 / Seleccionado para exposición Proyecto final del curso Proyecto de Arquitectura IV 2020-1 / Seleccionado para exposición
OBJETIVO ESPECÍFICOS Hobbies e intereses
Actividades de extensión
Voley (a nivel competitivo 2011-2016)
Asistencia a la conferencia “Arquitectura efímera” -
Pintura
Universidad de Lima - 3/09/19
Literatura japonesa Filosofía
Asistencia a la conferencia “Iquitos Monumental” Universidad de Lima - 19/09/19 Asistencia a la conferencia “Metodologías proyectuales”
1. Identificar las diferentes cargas que debe soportar un sistema estructural y la manera en la que estas cargas son transportadas al suelo portante, desarrollando el conocimiento del mundo físico. 2. Resolver sistemas isostáticos usando las ecuaciones de equilibrio y la mecánica de materiales para obtener diagramas de fuerzas internas y esfuerzos en vigas, desarrollando el conocimiento del mundo físico y las competencias matemáticas. 3. Calcular el pre dimensionamiento de los elementos de concreto armado que constituyen una estructura a porticada, desarrollando planos estructurales vinculando el del mundo físico y las competencias matemáticas en proyectos de baja complejidad.
Universidad de Lima - 13/10/19 Asistencia a la conferencia “Arquitectura y cultura japonesa” Universidad de Lima - 14/02/20
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Portafolio 2021-2 Paula Jimena Becerra Marcial
ESTRUCTURAS III
