Diseño Estructural + Predimensionado

Como se explicó en el artículo de predimensionado existen varias razones de gran peso para no descuidar esta importante etapa.

A continuación se presenta de nuevo la planta arquitectónica para iniciar el proceso

Pilarización

Para un mejor comportamiento estructural en este sistema es muy interesante poder trazar alineaciones de columnas en las dos direcciones principales de la estructura a fin de resistir el viento que será la fuerza lateral actuante.

De igual manera, es importante tratar de buscar simetría en la colocación de los pilares para evitar esfuerzos de torsión en la estructura, además de buscar, siempre que se pueda, una regularidad en las luces entre pilares

En la planta mostrada puede ser un poco complicado cumplir con todos los anteriores requisitos debido a su particular forma, sin embargo se puede tratar de trazar líneas donde se desee alinear los pórticos resistentes como a continuación.

Sin embargo estos voladizos pueden ser interesantes  estructuralmente para disminiur el momento positivo de las vigas en los tramos adyacentes. 

Elección del espesor de la losa

Existen diversas formas para estimar una predimensión para el espesor de la losa, una alternativa está ilustrada en el siguiente artículo.  Para ilustrar otra alternativa aquí se presenta la siguiente opción:

1. Se elige el paño de losa más desfavorecido(aquel que tenga mayor perímetro). Con la matriz de columnas anterior, el paño con mayor perímetro es uno que tiene lados de 6 m x 6 m

2. Se aplica la siguiente fórmula

Perímetro/180 = (600 x 4)/180 = 13,33   redondeand0, e = 14cm

El cual es un espesor válido para iniciar el proceso de cálculo.

Elección de la sección de vigas

La altura usual de las vigas se suele predimensionar de acuerdo a la luz mayor que esta va a tener que vencer y se suele recomendar un rango de entre L/10 a L/12.

Para este caso, siendo la luz mayor  de 600 cm tenemos que

h = 600m/10 = 60 cm  

Para el ancho de las vigas se puede partir de las fórmulas tradicionales como h/2 - h/3 o tratar de afinar un poco más, en el artículo de áreas de influencia se puede ver que las vigas que trabajan en conjunto con losas en 2 direcciones tienen un área de influencia triangular o trapezoidal, entonces:

1. Hallar la carga actuante, en base a la normativa ACI 318-19

2. Hallar el momento flector actuante aplicando los conceptos del articulo de predimensionado y con ayuda del Software gratuito Ftool.

3.   Luego trabajando con la tradicional fórmula de dimensionado(aproximado) de acero en vigas:  As = Mu/4d y haciendo ciertas transformaciones para hallar el valor del ancho de la viga "b"(OBS: tal formula está en unidades imperiales por lo que habrá que hacer ciertas  conversiones)

Así establecemos la sección para la viga más cargada de la estructura en 60cm x 36cm , para las demás que van a recibir una menor carga se puede optar por dos caminos principales: 

1. Mantener la misma sección, de tal manera a aprovechar que se tomó una cuantía deseada mayor que la mínima y así utilizar una armado mínimo en esas vigas menos solicitadas.

2. Disminuir al ancho manteniendo la misma altura(lo que suele brindar mayor ahorro por la repetición del encofrado) aprovechando que hay margen de reducción en esa dimensión. 

Para este caso, se opta por la opción 1, debido a la mayor simplicidad constructiva. 

Elección de la sección de pilares

Una forma de predimensionar pilares es dimensionarlos en primer lugar para las cargas gravitatorias, para ello podemos partir de las siguientes suposiciones. 

• Fck= 250kg/cm2

• Fy= 4200 kg/cm2

• Carga promedio por metro cuadrado= 1t/m2 =1000kg/m2 

• Cuantía de acero deseada = 1 % (ver motivos en el siguiente artículo)

• Área de influencia de la columna más solicitada(extraer de la Figura 3: Disposición de pilares) = 27m2

Así se tiene la predimensión de la columna más cargada(central) en 20cm x 60cm. 

En este momento habría que decidir con cuantas secciones diferentes de columnas iniciar el Predimensionamiento, en general una mayor homogeneidad en las secciones puede llevar a ahorros en encofrado y menor probabilidad de errores a costa de un consumo algo mayor de hormigón.

Debido a la magnitud de la obra, se decide empezar con dos secciones de columna para toda la planta, realizando el mismo procedimiento se halla la sección de 20cm x 40cm a utilizarse en  los pilares de esquina y borde. 

Resumen de secciones

• Espesor de losa: 14cm

• Sección de vigas: 36cm x 60cm

• Sección de pilares:

  • Centrales: 20cm x 60cm

  • De esquina y de borde: 20cm x 40cm

Así se tiene una completa predimensión de la estructura que probablemente necesite pocas iteraciones y correcciones para un cálculo exitoso y que brinde economía en el armado.