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Conceptos de Diseño Estructural NTC04

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  • ESTRUCTURAS DE CONCRETO

    Conceptos Introductorios

    MIGUEL NGEL GUZMN ESCUDEROFacultad de Ingeniera, UNAM

    Introductorios

  • Definir forma, materiales y dimensiones de unaestructura para que cumpla las funciones para las quefue proyectada, considerando:

    Aspectos Bsicos del Diseo Estructural

    Seguridad razonable contra la falla.

    Comportamiento adecuado en condiciones de servicio.

    2

    Requisitos estticos (edificaciones urbanas).

    Seguridad razonable contra la falla.

    Lmites econmicos.

  • Criterios de Diseo

    Rango

    ACCIONES ESTRUCTURA RESPUESTA

    3

    CURVA CARGA-DESPLAZAMIENTO DE UNA ESTRUCTURA

    Rango Elstico

    Rango Inelstico

  • Criterio de diseo basado en hiptesis decomportamiento elstico. No proporciona informacin

    Criterio de Esfuerzos permisibles

    Criterios de Diseo

    para cargas cercanas a la falla. El factor de seguridaden este mtodo est basado en no rebasar cierto nivelde esfuerzos en funcin de la capacidad del material,sin considerar en general diferencias en los distintostipos de cargas.

    4

  • Criterios de Diseo

    5

    CRITERIOS DE ESFUERZOS PERMISIBLES

  • Criterios de Diseo

    Criterio de Resistencia

    Criterio de diseo basado en comportamientoinelstico. No proporciona informacin para niveles

    6

    inelstico. No proporciona informacin para nivelesbajos de carga. Este mtodo considera variabilidadtanto en cargas como en resistencias, reflejndolo elfactor de seguridad en los distintos factores de carga yde resistencia.

  • Criterios de Diseo

    7

    CRITERIOS DE RESISTENCIA

  • Criterios de Diseo

    Criterio de Estados Lmite

    ACCIONES ESTRUCTURA RESPUESTA

    8

  • Se define Estado Lmite como el estado delcomportamiento de una estructura, o de alguna de sus

    Criterio de Estados Lmite

    Criterios de Diseo

    comportamiento de una estructura, o de alguna de suspartes, a partir del cual deja de cumplir con algunafuncin para la que fue proyectada.

    9

    Se reconocen dos tipos de estados lmite:

  • Criterios de Diseo Estado Lmite de Servicio

    Comportamiento inadmisible, pero sin poner enriesgo la estabilidad de la estructura. PE:deformaciones, agrietamientos, vibraciones, etc.

    10

    Estado Lmite de Falla

    Definido como el agotamiento definitivo de lacapacidad de carga de una estructura o de una desus partes. PE: colapso total o parcial, daoirreversible, falla por inestabilidad, etc., antecondiciones excepcionales de carga.

  • Recientemente, se ha reconocido la necesidad deincluir otros tipos de estados lmite como elrelacionado con el cumplimiento de requisitos de

    Criterios de Diseo

    Otros Criterios

    Tambin se seguirn incorporando a los reglamentosde diseo ssmico, otros criterios como el de diseopor desempeo y el de diseo por capacidad.

    11

    relacionado con el cumplimiento de requisitos dedurabilidad de la estructura.

  • Para lograr una estructura confiable, debe disearse demodo que su resistencia exceda el valor de las accionesque pudieran provocar un estado lmite. El cociente de

    Seguridad Estructural

    la resistencia R y la accin respectiva S es el Factor deSeguridad F.S. = R/S.

    Los aspectos que intervienen en el valor del factor deseguridad son los siguientes:

    12

  • a. Grado de Incertidumbre

    Aspectos que intervienen en el Valor del Factor de Seguridad

    b. Consecuencias de la Falla

    13

    b. Consecuencias de la Falla

    d. Costo de Incrementar la Seguridad

    c. Tipo de Falla

  • a) Grado de Incertidumbre

    Resistencias (R)

    Acciones (S)

    Valor del Factor de Seguridad

    14

    Acciones (S)

  • Resistencias (R)

    La incertidumbre en resistencias puede agruparse

    Valor del Factor de Seguridad

    a) Grado de Incertidumbre

    La incertidumbre en resistencias puede agruparseen la siguiente forma:

    Ejecucin de la construccin

    15

    Mtodos de clculo

    Materiales

  • En funcin a su procedencia (natural o artificial) y de

    Materiales

    Valor del Factor de Seguridad

    a) Grado de Incertidumbre

    En funcin a su procedencia (natural o artificial) y delos controles de calidad en su fabricacin, losmateriales tienen distintos grados de variabilidad, enresistencias, en mdulos elsticos, ductilidad,durabilidad, y otras caractersticas que impactan en laresistencia de los elementos estructurales.

    16

  • Los controles de calidad de los materiales, su

    Valor del Factor de Seguridad

    a) Grado de IncertidumbreEjecucin de la construccin

    Los controles de calidad de los materiales, sucolocacin, la compatibilidad de la construccin con losplanos y especificaciones del proyecto, y en general lacalidad en la ejecucin de las obras, tienen efectosimportantes en la resistencia de la estructura.

    17

  • Imprecisin de los clculos debido a que se basan en

    Valor del Factor de Seguridad

    a) Grado de IncertidumbreMtodos de clculo

    Imprecisin de los clculos debido a que se basan enhiptesis simplificadoras o bien, problemas an noresueltos totalmente por la ingeniera estructural yque se resuelven con apoyo de la teora y laexperimentacin.

    18

  • Acciones (S)Existen varios criterios de clasificacin de las acciones: porsu origen (funcionamiento, ambientales), por la forma en que

    Valor del Factor de Seguridad

    a) Grado de Incertidumbre

    19

    actan (estticas, dinmicas, impacto), duracin conintensidad significativa como las agrupa el RCDF:

    Acciones permanentes

    Acciones variables

    Acciones accidentales

  • Actan en forma continua y su intensidad no vara con eltiempo. P.E: Carga muerta, empujes estticos de tierras o

    Valor del Factor de Seguridad

    a) Grado de IncertidumbreAcciones Permanentes

    CARGA MUERTA

    tiempo. P.E: Carga muerta, empujes estticos de tierras olquidos, movimientos diferenciales en los apoyos.

    20

  • Actan con intensidad variable con el tiempo, convalores significativos durante lapsos grandes. PE: Carga

    Valor del Factor de Seguridad

    a) Grado de IncertidumbreAcciones Variables

    valores significativos durante lapsos grandes. PE: Cargaviva, maquinaria, cambios volumtricos.

    21

    CARGA VIVA

  • No se deben al funcionamiento de la construccin, ypueden tomar valores significativos en pequeas

    Valor del Factor de Seguridad

    a) Grado de IncertidumbreAcciones Accidentales

    pueden tomar valores significativos en pequeasfracciones de la vida til de la estructura. PE: Sismo,viento, explosiones.

    CARGA SSMICA

    22

  • Se observa que existe variabilidad en magnitud,distribucin, duracin y frecuencia de los diferentes

    Valor del Factor de Seguridad

    a) Grado de Incertidumbre

    tipos de acciones que se presentan en una estructura,as como en las resistencias.

    23

  • Valor del Factor de Seguridad

    a) Grado de Incertidumbre

    VARIABILIDAD DE ACCIONES Y RESISTENCIAS24

  • Porcin de la estructura afectada por la falla: vigasecundaria, columna de planta baja, etc.

    Valor del Factor de Seguridad

    b) Consecuencias de la falla

    Nmero de personas en riesgo: salas de

    25

    Consecuencias del dao al servicio que proporcionala construccin: central telefnica, hospital, etc.

    Nmero de personas en riesgo: salas deespectculos, estadios, lneas de transporte, etc.

    Costo de lo que puede daarse por la falla: piso demuseo, almacn de chatarra, etc.

  • Valor del Factor de Seguridad

    c) Tipo de la falla

    DUCTILIDAD (Q). CAPACIDAD DE DEFORMACIN EN EL RANGO INELSTICO.26

  • Valor del Factor de Seguridad

    c) Tipo de la falla

    DUCTILIDAD (). CAPACIDAD DE DEFORMACIN EN EL RANGO INELSTICO.27

  • Valor del Factor de Seguridad

    CONCEPTO PORCENTAJEExcavacin y cimentacin 11Estructura 14

    d) Costo de incrementar la Seguridad

    DISTRIBUCIN APROXIMADA DEL COSTO EN EDIFICIOS DE MEDIANA ALTURA EN LA CIUDAD DE MXICO (ROBLES, GONZLEZ CUEVAS).

    28

    Estructura 14

    Instalaciones diversas 25Elevadores 3Fachadas 20Acabados 27TOTAL 100

  • En funcin de los factores que intervienen en el valor delFS, se establece el valor global del FS para diferentescondiciones de diseo, el cual, los reglamentos deconstruccin normalmente canalizan en factoresparciales de seguridad:

    Reglamentos de Diseo

    Factores que amplifican las acciones nominales ocalculadas, que llamamos Factores de Carga (FC), yque normalmente son mayores que 1.

    29

    Factores que reducen las resistencias calculadas yque normalmente son menores a la unidad, quellamamos Factores de Reduccin de Resistencia (FR).

  • El RCDF vigente, especifica que debe cumplirse lasiguiente desigualdad, para cumplir con losrequisitos de seguridad estructural:

    Reglamentos de Diseo

    donde RN y SN, son las resistencias y cargasnominales calculadas respectivamente.

    30

    FRRN FCSN