Predimensionamiento de elementos estructurales – Excel

By Ing. Luis Colmenarez
predimensionamiento de elementos estructurales

Plantilla de excel diseñada en la Universidad Jose Carlos Mariategui para el predimensionamiento de elementos estructurales como vigas rectangulares, vigas T, columnas, losas aligeradas, losas nervadas y losas macizas.

Importancia del predimensionamiento de miembros estructurales

El pre-dimensionamiento estructural es crucial para el diseño inicial de los componentes estructurales, revelando las restricciones y las posibilidades de los espacios.

Una de las principales cargas que debe soportar una estructura es su propio peso, por lo que es esencial conocer esta información para poder dimensionar las diferentes partes del edificio. Al comenzar un proyecto estructural, el ingeniero aún no conoce las dimensiones de las diferentes piezas que componen la estructura y, por lo tanto, no puede conocer su propio peso. Una paradoja aparece sin una solución: para conocer el peso es necesario conocer las dimensiones, pero, para conocer las dimensiones, es necesario conocer el peso.

Durante el desarrollo del proyecto, el arquitecto se encuentra en la curiosa situación de tener que diseñar sin conocer necesariamente el tamaño de cada una de las partes del edificio (como el tamaño de los pilares, por ejemplo). Estos elementos importantes afectan directamente la funcionalidad y la estética del proyecto.

Para resolver este punto, se desarrollaron procesos rápidos de pre-dimensionamiento que, aunque no presentan resultados exactos, son bastante precisos. Obviamente, es necesario realizar cálculos estructurales posteriores con todo el cuidado y la precisión que requieren los estándares técnicos, pero al menos el dimensionamiento previo proporciona un punto de partida para que el proyecto se lleve a cabo.

Métodos usados para el Predimensionamiento de elementos estructurales

Existen varios otros métodos, pero este es probablemente uno de los más comunes. Todos los tramos citados en este texto pueden considerarse como la distancia –centro al centro– entre los soportes. 

Pre-dimensionamiento de losas

Los tramos, longitud  1  y ancho  2 , de las losas, están determinados por las vigas que normalmente definen el perímetro. La única dimensión que no se sabe acerca de la losa es su altura H . Para tener una idea de las alternativas de altura preliminares en una losa sólida, puede dividir su luz más pequeña entre 40, evitando las losas que sean más delgadas que 7 cm (en losas de piso comunes) y 12 cm (en losas que soportan el tráfico de vehículos). En losas prefabricadas y acanaladas, la altura inicial se puede calcular dividiendo el tramo más pequeño por 20.

© Matheus Pereira
© Matheus Pereira

Pre-dimensionamiento de vigas

En vigas, lo que se conoce a priori es su envergadura  1 (en vigas con dos soportes), o sus luces  1 ,  2 , …,  n  (en el caso de vigas con múltiples soportes). Si la viga está en voladizo, se conoce la longitud del voladizo  b . El grosor de la viga Bw , que siempre debe ser igual o superior a 12 cm, puede considerarse como el grosor de la pared que soporta la viga, sin revestimiento. De manera similar a los cálculos de losas, aún es necesario determinar la altura h de las vigas, que no debe ser inferior a 20 cm.

Predimensionamiento de vigas
Predimensionamiento de vigas

En vigas con 2 soportes y sin voladizos en sus extremos, la altura se puede calcular dividiendo el tramo  1 por 10, redondeado al múltiplo de 5 (más alto).

Predimensionamiento de vigas con dos soportes
Predimensionamiento de vigas con dos soportes

En las vigas con múltiples soportes, la altura se calcula dividiendo el mayor tramo ( 1 ,  2 ,  o n ) por 12, también redondeo al múltiplo de 5 (más alto). Esta altura H se puede utilizar en toda la viga, incluso en los tramos más pequeños.

Predimensionamiento de vigas con varios tramos
Predimensionamiento de vigas con varios tramos

La altura de la viga en voladizo se puede estimar dividiendo la longitud del voladizo por 5.

Predimensionamiento de vigas en volado
Predimensionamiento de vigas en volado

Pre-dimensionamiento de pilares

Para las columnas, solo se conoce la altura, por lo que es necesario determinar el área de la sección transversal de la columna ( A x B ). Las normas técnicas brasileñas, por ejemplo, recomiendan que las dimensiones A y B sean iguales o mayores a 19 cm, pero en casos especiales, pueden ser 14 cm, siempre que el área de la sección sea mayor o igual a 360 cm2. Se recomienda que la dimensión más grande de la sección transversal no sea mucho mayor que el doble de la dimensión más pequeña: B ≤ 2A .

© Matheus Pereira
Predimensionamiento de columnas

La carga de una columna cambia en cada piso y se puede estimar usando ‘áreas de influencia’, que se determina por la mitad de la distancia entre las columnas vecinas. Cada m2 de área de influencia de cada losa aportará 1000 kgf de carga a la columna, incluido el peso de la losa, el peso de las paredes y revestimientos, y las cargas accidentales. Es posible que la contribución de la primera losa, que está en contacto con el suelo, y de la última losa, en la parte más alta del edificio, sea de solo 500 kgf / m2.

Predimensionamiento de columnas
Predimensionamiento de columnas

Obviamente, la carga se acumulará en las columnas de arriba hacia abajo, por lo tanto, cuanto más bajo esté el pilar, mayor será el área de su sección transversal, dependiendo de la carga que soporta en su parte superior y la tensión admisible de la columna. hormigón utilizado (sin tener en cuenta su posible y probable flexo-compresión). Solo para el pre-dimensionamiento, se considera un concreto de baja resistencia en el cálculo del área inicial del pilar, con una tensión de cálculo permisible, considerando un factor de seguridad de 10 mpa, o 100 kgf / m2, a favor de la seguridad resultante en pilares más robustos.

Cada columna debe calcularse individualmente. A continuación se muestra un ejemplo de dimensionamiento previo de uno de las columnas de un edificio de 5 pisos. Se supone que el área de influencia del pilar fue constante en todos los niveles e igual a 40 m2.

Ejemplo de predimensionamiento de columnas
Ejemplo de predimensionamiento de columnas

Aclaramos que lo que se presenta en este artículo es solo un proceso de predimensionamiento para efectos auxiliares en la elaboración de un proyecto arquitectónico. Nunca debe ser adoptado como un proyecto estructural final. Todos los cálculos para la construcción del edificio deben ser rigurosamente probados para el cumplimiento de las normas técnicas.

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