12.4 COMBINACIONES DE CARGA 12.4.1 Combinaciones de Carga Utilizando el Diseo por Resistencia Llamado tambin diseo por factores de carga y de resistencia. Cuando se utiliza el principio de resistencias de diseo, el requerimiento bsico es de asegurarse que la resistencia de diseo de un miembro no sea menor que la resistencia ultima requerida. Para la resistencia requerida se considera las cargas de servicio multiplicadas por un factor de carga apropiado como los que indica el reglamento ACI y se presentan en la Tabla 12.9. No es necesario asumir que el viento y las cargas debidas al sismo actan simultneamente. La carga ssmica E es una funcin de ambas fuerzas ssmicas, horizontal y vertical, y esta dada por:

(12.29)

donde: Eh = carga ssmica debida al esfuerzo cortante en la base Ev = fuerza vertical debida a los efectos de la aceleracin vertical del suelo Ev = es igual a aadir 0.5CaID al efecto de la carga muerta para el diseo por resistencia Ev = 0, para el diseo por esfuerzos admisibles = factor de confiabilidad o redundancia. y

(12.30)

donde: AB = area de la estructura en el nivel del suelo en m2 (ft2) rmax = mxima relacin del esfuerzo cortante del elemento-piso El valor asumido para Ev representa la magnitud de la respuesta vertical debida a la aceleracin vertical del suelo, la cual es considerada que tiene gran probabilidad de ocurrir simultneamente con la respuesta horizontal mxima. Para una direccin determinada de carga, la relacin del esfuerzo cortante del elemento-piso es la relacin del esfuerzo cortante del piso de diseo en el elemento individual de mayor carga dividido por el esfuerzo cortante total de diseo del piso. Para cualquier nivel esta relacin se denomina ri. La relacin mxima del esfuerzo cortante del elemento-piso rmax se define como la mayor de las relaciones ri que se da en cualquiera de los niveles de piso a un nivel igual a las 2/3 partes de la altura de la edificacin o a una altura inferior. Para proporcionar en la estructura varias trayectorias de resistencia a cargas laterales se provee de un cierto grado de redundancia al sistema. La fluencia de un elemento del sistema deriva en una redistribucin de la carga en los elementos que todava permanecen, de este modo se controla los desplazamientos y la deterioracin de la estructura y adems se retarda la formacin de mecanismos de colapso. De este modo para mejorar el rendimiento sismo resistente de las edificaciones es necesario proporcionar mltiples trayectorias de carga para hacer de este modo el sistema resistente a fuerzas laterales lo mas redundante posible. Es as que el factor de redundancia penaliza a las estructuras que tiene un grado de redundancia bajo con un incremento hasta del 50% de la fuerza horizontal de diseo. Y cuando se calcula el desplazamiento o cuando la estructura esta ubicada en las zonas ssmicas 0, 1 2, debe considerarse igual a 1.0

vh EEE +=

[ ]

[ ]ingleasas unidades 202

SI 1.62

max

max

B

B

Ar

Ar

=

=

5.10.1

Para estructuras arriostradas, el valor de ri se determina como se muestra en la Figura 12.6. asumiendo que cada tirante o abrazadera resiste igual cortante ssmica, la mxima relacin del esfuerzo cortante del elemento-piso es:

rmax = 0.5

El factor de redundancia esta dado por:

Figura 12.6 Prtico arriostrado

Para prticos resistentes a momentos, ri debe tomarse como el mximo de la suma de las fuerzas cortantes en dos columnas contiguas cualquiera en una nave del prtico resistente a momentos dividida por el esfuerzo cortante del piso, como muestra la Figura 12.7 para una estructura de un nivel y 4 naves. Para una columna comn a dos niveles se utiliza el 70% del esfuerzo cortante en esa columna en la suma. Asumiendo que cada nave resiste una fuerza ssmica como indica la Figura 12.7, rmax es:

rmax = 0.33

14.120105.0

1.62

=

=

V/2

20 m

V/2

Arriostre

10 m

Figura 12.7 Prtico resistente a momentos

El factor de redundancia esta dado por:

En los prticos especiales resistentes a momentos no debe ser mayor que 1.25. En los muros de corte, ri se determina como en la Figura 12.8, el cual es el valor mximo del producto del esfuerzo cortante del muro multiplicado por 3.05/lw (para unidades inglesas 10/lw) y dividido por el esfuerzo cortante total del piso, donde lw es la longitud del muro en metros (ft). Asumiendo que cada muro de corte resiste la mitad de la cortante ssmica como indica la Figura 12.8, rmax es:

Figura 12.8 Estructura con muros de corte

mnimo 0.169.0

102033.01.62

==

=

05.03005.35.0

05.35.0

max

max

max

=

=

=

r

r

lr

w

V/6 V/3 V/3 V/6

10 m

20 m

Prtico resistente a momentos

V/2V/2

60 m

30 m

Muro de Corte

El factor de redundancia esta dado por:

En sistemas dobles (dual), ri se determina como se muestra en la Figura 12.9 y se toma como el valor mximo definido en prrafos anteriores, considerando todos los elementos resistentes a cargas laterales. El factor de redundancia se toma como el 80% del valor calculado normalmente. Asumiendo que la cortante es distribuida entre los elementos como se indica en la Figura 12.9, rmax es:

rmax = 0.375

El factor de redundancia esta dado por:

Figura 12.9 Sistema doble

Las combinaciones de carga presentes en la Tabla 12.9 no se aplican para elementos de concreto cuando en las combinaciones no esta incluida la carga ssmica; para esta situacin la seccin 1909.2 del cdigo UBC especifica las combinaciones de carga a ser utilizadas. Las combinaciones de carga factorizadas deben multiplicarse por 1.1 para hormign y mampostera cuando en las combinaciones de carga esta incluida la carga ssmica.

mnimo 0.1603005.0

1.62

=

=

29.16030375.0

1.628.0

=

=

V/8

3V/8

V/8

3V/8

60 m

30 m

Prtico Resistente a Momentos

Arriostre

12.4 COMBINACIONES DE CARGA12.4.1 Combinaciones de Carga Utilizando el Diseo por Resistencia