Predimensionar Estructuras

Ciencia y Experiencia






Ing. Miguel Jiménez

En este post aprenderemos a predimensionar estructuras portantes de hormigón armado compuestas de vigas, columnas (pilares) y losas.

Para obtener las dimensiones de los elementos de un edificio necesitamos conocer las cargas (el peso) de la edificación. 

Pero sino tenemos las dimensiones de los elementos.

¿Como podemos saber el peso del edificio?

Surge aquí un círculo vicioso.

Para este primer acercamiento lo recomendable es recurrir a las normas y reglamentos de diseño para el pre-dimensionamento de estructuras, edificios o elementos de los mismos.

Empecemos:

Predimensionar Vigas:

predimensionar-vigas-estructuras

Para el predimensionamiento de vigas de hormigón.

En un caso común tenemos la luz de la viga (la luz se refiere a la longitud entre columna y columna, es el termino técnico ingenieril).

Entonces a determinar restan la base (b) y la altura (h).

Una sencilla regla que muchos autores recomiendan es estimar la altura de la viga como:

h = L/10

Dónde:
h: Altura de la viga.
L: Luz de la viga (distancia entre un apoyo al otro apoyo).

Para la base podemos recurrir a las normas, en este caso usaremos como referencia el ACI 318-2014 (Norma para el diseño en Concreto Armado de los Estados Unidos).

El ACI 318, nos dice que la base mínima de una viga en una zona no sísmica debe ser igual o mayor a 20 cm.

Y en su capítulo 18 (diseño sismorresistente) establece que la base mínima debe ser 30 cm (zona sísmica).

A de quedar claro que estos valores son sólo para vigas rectangulares, para viguetas de hormigón el procedimiento es diferente.

Entonces tenemos que para pre-dimensionar vigas podemos:

predimensionar-vigas-estructuras

Pasemos ahora otro elemento:

Predimensionar Columnas:

Para el predimensionado de columnas (pilares) tenemos:

predimensionar-columnas-estructuras

El reglamento ACI 318-2014, para pre-dimensionar columnas dice:

La dimensión menor de la sección transversal, medida en una línea  recta que pasa a través del centroide geométrico, no debe ser menor de  30 cm.”

Esto aplica para columnas rectangulares y circulares.

Aquí hago una observación, por ejemplo el reglamento argentino CIRSOC 201-2005 permite un lado mínimo de 20 cm para secciones rectangulares en zonas no sísmicas.

Pero tiene la misma limitante de 30 cm de lado mínimo para un diseño en zona sísmica.

Otros reglamentos que siguen las recomendaciones del ACI son la NCH chilena, la NSR colombiana y la COVENIN venezolana por ejemplo.

Entonces para pre-dimensionar columnas de hormigón (pilares) tenemos que:

predimensionar-columnas-estructuras

Predimensionar Losas:

Hablemos ahora del pre-dimensionamiento de las losas, específicamente losas macizas.

Las losas nervadas o nervaduras (también llamadas losas aligeradas) las dejaremos para otra edición.

El reglamento ACI 318-14 en su capítulo 7 nos da las siguientes recomendaciones:

predimensionar-losas-estructuras

El espesor va a depender de la luz (largo L) de la losa en el sentido dónde se arma de losas del edificio.

Vemos que dependiendo del tipo de apoyo la recomendación de altura mínima o espesor varía.

Ahora bien, estos valores son valores mínimos para pre-dimensionar una losa armada en una sola dirección, pero:

¿qué pasa si tengo una losa armada en dos direcciones? 

Bueno en ese caso la norma da una formula que depende de una serie de parámetros que veremos en otra edición.

Sin embargo para un primer pre-dimensionado y saber por dónde vienen los valores es válido asistirse con esta tabla de manera rápida.

Predimensionado de Estructuras:

predimensionar-vigas-estructuras

De esta forma hemos aprendido a predimensionar estructuras con las dimensiones mínimas para iniciar nuestro cálculo. Y el correspondiente diseño de vigas, diseño de columnas y diseño de losas.

He de acotar que en esa edición no tocamos el tema de cuantías mínimas (armadura mínima que requieren los elementos para no sufrir fallas frágiles).

Este tema lo tocamos a detalle en la Capacitación en diseño de Estructuras de Hormigón Armado con SAP2000 y ETABS.

De igual manera más adelante tendremos nuevos temas entre ellos: predimensionado de estructuras complejas, el diseño de estructuras de acero, calculo de vigas de acero y temas arquitectónico.

Fuentes:

  • Arnal, E. y Epelboim, S.  (1985). Manual para el  Proyecto de Estructuras de  Concreto Armado para  Edificaciones.
  • Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural (ACI-318-2014).

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