Diseño y construcción de estructuras de acero cap1a

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Cargas en las estructuras.
1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
1.1.1 Muertas, vivas, eventuales, estáticas, móviles, dinámicas, etc.
1.2 Determinación y cuantificación de cargas.
1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

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Diseño y construcción de estructuras de acero cap1a

  1. 1. M. C. Tomás Amateco ReyesMayo de 2013
  2. 2. I. CARGAS EN LA ESTRUCTURA1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.1.1.1 Muertas, vivas, eventuales, estáticas, móviles, dinámicas, etc.1.2 Determinación y cuantificación de cargas.1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  3. 3. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.Cargas.Accidentales: Son las fuerzas que actúan en una construcción, queno son gravitacionales y no tienen carácter permanente.Activas: Son las fuerzas a las que está sometida una construcciónque debe soportar: cargas vivas, cargas muertas, cargas accidentales.Reactivas: Son aquellas con las cuales responden los apoyos a lascargas activas para tener en equilibrio un elemento o unaconstrucción.Internas: Son aquellas con las que responde una sección de unelemento para estar en equilibrio, tanto con las cargas activas comoreactivas, a la izquierda o derecha, de dicha sección.
  4. 4. Definición de Cargas:Causa capáz de producir estados tensionales en una estructura.Las cargas se clasifican en:Según el tiempo de aplicaciónPermanentes.Variables.Accidentales.Según su estado inercialEstáticas.Dinámicas.Móviles.De impacto.Según su ubicación en el espacioConcentradas o puntuales.Uniformemente distribuidas.No uniformemente distribuidas.DinámicasCarga del Viento.Cargas Sísmicas.Cargas por presión del agua.Cargas por presión del terreno.1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  5. 5. Permanentes.Son las que duran toda la vida útil de la estructura. Comprendenal peso propio de la estructura y el de todas aquellas partes de laconstrucción rígidas y permanentemente ligadas a ellas.Ejemplo: estructura, instalaciones, cerramientos, revestimientos,contrapisos, etc.Muertas.Son aquellas cargas que actúan durante toda la vida de laestructura. Incluyen todos aquellos elementos de la estructuracomo vigas, pisos, techos, columnas, cubiertas y los elementosarquitectónicos como ventanas, acabados, divisionespermanentes. También se denominan cargas permanentes. Susímbolo “D”, corresponde a la inicial en inglés de Dead (muerto).1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  6. 6. Variables.Vivas.Son aquellas debidas al uso u ocupación de la construcción yque la identifican. Incluyen personas, objetos móviles odivisiones que puedan cambiar de sitio.Generalmente actúan durante períodos cortos de la vida de laestructura. También incluyen el impacto.También se denominan cargas de “ocupación”. Debido a ladificultad de evaluarlas, se especifican por los Códigos deConstrucción, en kN/m2 en el SI o en kgf/m2 en el MKS.Usualmente se considera que ocupan toda el área del piso comocargas uniformes, aunque en algunos casos puedan estarconcentradas en un área especifica.1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  7. 7. Variables.Vivas para puentes.Las cargas vivas para PUENTES constituyen un campo muy especial ycomún para la Ingeniería Estructural.Generalmente es muy difícil predecir el tipo de vehículo quecirculará por un puente. Solo en casos especiales, en explotacionesmineras con volquetas de gran capacidad, serán conocidas.Casi siempre es una mezcla de vehículos livianos y pesados(automóviles, camiones). En los puentes de gran claro el efectoproducido por el tránsito de los vehículos puede simularseadecuadamente por una carga uniforme por unidad de longitud yuna carga concentrada, la denominada «franja de carga por carril».En los puentes cortos la influencia de la carga de los ejes traseros esmayor y se acostumbra definir un vehículo tipo.1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  8. 8. Accidentales.Son aquellas que cuya magnitud y/o posición pueden variar a lolargo de la vida útil de la estructura (actúan en forma transitoria,existiendo en determinados momentos solamente). Ejemplo:viento, personas, nieve, muebles, terremotos, etc.Cargas por sismo: El efecto producido por los movimientossísmicos en las estructuras depende de la situación de laedificación con respecto a las zonas de actividad sísmica en elmundo.Los movimientos del terreno le transmiten a las construccionesaceleraciones, que producen en las estructuras reacciones de“inercia”, según la masa y su distribución en la estructura. La fuerzatotal de inercia se considera igual al denominado “cortante debase”, el cual es un porcentaje del peso total de la construcción.1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  9. 9. Accidentales.Carga por viento: Las cargas de viento y explosiones producenpresión o succión sobre las superficies expuestas de lasconstrucciones. La carga de viento es una carga muy importanteen el diseño de estructuras altas o muy flexibles, como los puentescolgantes, o de gran superficie lateral, como las bodegas o grandescubiertas.1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  10. 10. Estáticas.Son las que no cambian nunca su estado de reposo o lo hacenlentamente en el tiempo. En todos los casos son las que durante eltiempo que actúan están en estado de reposo, y por extensióntambién aquellas que tienen estado inercial despreciable, es decirque si bien varían en el tiempo lo hacen en forma muy lenta.Ejemplos: peso propio de cerramientos, solados, instalaciones,estructuras, etc.; publico en salas de espectáculos; personas enoficinas y viviendas.1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  11. 11. Dinámicas.Son las que varían rápidamente en el tiempo. En todos los casosson las que durante el tiempo que actúan están en estado demovimiento (inercial) considerable. Según como sea la dirección delmovimiento podemos clasificarlas en :Móviles.Son aquellas en las cuales la dirección del movimiento esperpendicular a la dirección en que se produce la carga. Ejemplos:desplazamiento de un vehículo; desplazamiento de una grúa móvilsobre sus rieles; desplazamiento de un tren sobre sus rieles.1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  12. 12. De impacto.Son aquellas en las cuales la dirección del movimiento escoincidente con la dirección en que se produce la carga.Se caracterizan por un tiempo de aplicación muy breve(instantánea).1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  13. 13. Ejemplos de cargas dinámicas :Choque de un vehículo.Movimiento sísmico.Publico saltando sobre gradas en estadios deportivos.Acción de frenado (sobre paragolpes en estación terminal detrenes).Todas las cargas dinámicas tienen un efecto de resonancia.Todas las estructuras son elásticas, debido a que poseen lapropiedad de deformarse bajo la acción de las cargas y de volver asu posición normal luego de desaparecer dicha acción.Como consecuencia, las estructuras tienden a oscilar. El tiempo enque tarda una estructura en describir una oscilación completa sellama periodo fundamental.1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  14. 14. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  15. 15. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  16. 16. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  17. 17. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  18. 18. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  19. 19. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  20. 20. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  21. 21. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  22. 22. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
  23. 23. 1.2 Determinación y cuantificación de cargas.Análisis de cargas gravitacionales. Cargas muertas.Artículo 196, 197 y 198 RCDF 1995. Cargas vivas.Artículo 198 y 199 RCDF 1995.Wm carga viva máxima -> Se emplea en el diseño por cargasgravitacionales.Wa carga instantánea -> Se emplea en el diseño sísmico y porviento.W carga media -> Se emplea para el cálculo de asientos diferidos yen el cálculo de fechas diferidas.
  24. 24. Análisis de cargas gravitacionales. Determinación del peso propio de vigas y columnas. Determinación del peso propio de muros. Determinación de las cargas en los marcos por nivel.hbWpropio )( ii eLWmuro propiovmti WLWWAW 1.2 Determinación y cuantificación de cargas.
  25. 25. Análisis de cargas gravitacionales. Integración del peso por nivel.Elemento Pesounitario(kg/m)Longitud/altura/secciónm/m/m2Peso (kg)LosaVigas transversalesVigas longitudinalesMuros transversalesMuros longitudinales1.2 Determinación y cuantificación de cargas.
  26. 26. Combinaciones de cargas (RCDF-2004).a) Estas incluyen acciones permanentes y acciones variables. Seconsideran todas las acciones permanentes y las distintasacciones variables; la más desfavorable de éstas se toma con suintensidad máxima, y el resto con la instantánea. Para evaluarefectos a largo plazo, se considera la intensidad media de todaslas acciones variables.b) En las combinaciones que incluyen acciones permanentes,variables y accidentales, se consideran todas las accionespermanentes, las variables con sus valores instantáneos, y unasola acción accidental.1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  27. 27. Factores de carga (RCDF-2004).a) En las combinaciones de acciones del inciso a del párrafoanterior, FC = 1.4, o 1.5 si la edificación es del grupo A.b) En las combinaciones de acciones del inciso b del párrafoanterior, FC = 1.1; se aplica a los efectos de todas las acciones queforman parte de la combinación.c) Para acciones o fuerzas internas cuyo efecto es favorable a laresistencia o estabilidad de la estructura, FC = 0.9, y se tomacomo intensidad de la acción su valor mínimo probable.d) Para revisar los estados límite de servicio, FC es, siempre, igual a1.0.1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  28. 28. Combinaciones de cargas factorizadas para diseñopor resistencia (RCDF 2004).Las estructuras y sus componentes deben diseñarse de manera quesu resistencia de diseño iguale, o exceda, los efectos de lascombinaciones siguientes de cargas factorizadas:1.4 (Cm + Cv) Estructuras del grupo B.1.5 (Cm + Cv) Estructuras del grupo A (edificaciones muyimportantes).1.1 (Cm + Cv + Ca) Combinación de carga que incluya alguna acciónaccidental. Cv es el valor instantáneo de la carga viva de diseño.0.9 Cm + 1.1 (Cm + Cv + Ca) Combinación de carga que incluya algunaacción cuyo efecto sea favorable para la seguridad de la estructura.0.9 Cm + 1.1 Ca Combinación de carga para volteo.1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  29. 29. Factores de Carga (Normas Técnicas Complementarias de Mexicali,NTCM-2012).A fin de revisar la seguridad de una estructura deberá considerarse elefecto combinado de todas las acciones que tengan una probabilidadno despreciable de ocurrir simultáneamente y regirá en el diseño lacombinación que produzca los efectos más desfavorables.Se combinarán los efectos de las cargas y deformaciones impuestasempleando factores de carga Fc, teniendo como mínimo lassiguientes:a) 1.4 Sm + 1.4 Svb) 1.1 Sm + 1.1 Sva ± 1.1 Swc) 1.1 Sm + 1.1 Sva ± 1.1 Ssd) 0.9 Sm ± 1.1 Swe) 0.9 Sm ± 1.1 Ssf) 1.4 Sm + 1.4 Sv + 1.4 Shg) 0.9 Sm ± 1.1 Sw + 1.4 Sh1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  30. 30. Factores de Carga (NTCM-2012).Donde:Sm carga muertaSv carga vivaSva carga viva para el diseño en combinación con carga accidental(sismo o viento)Sw acción debida a vientoSs acción debida a sismoSt acción debida a cambios de temperaturaSh acción debida a presión lateral de tierras, presión de agua en elterreno o presión de materiales granulares.Sx cargas, fuerzas y efectos debidos a deformaciones impuestas porcontracción o expansión por cambios de temperatura o de humedad,flujo plástico, movimientos debidos a asentamientos diferenciales, ocualquier combinación de estos efectos.1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  31. 31. Factores de Carga (NTCM-2012).A fin de revisar la seguridad de una estructura deberá considerarse elefecto combinado de todas las acciones que tengan una probabilidadno despreciable de ocurrir simultáneamente y regirá en el diseño lacombinación que produzca los efectos más desfavorables.1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  32. 32. Factores de Carga (NTCM 2012).Para revisión de estados límite de servicio y para el empleo delmétodo de diseño elástico se usarán las siguientes combinaciones deefectos de las cargas:a) Smb) Sm + Svc) Sm + Std) Sm + Sv + Ste) Sm + (Sw ó Ss)f) Sm + Sva + (Sw ó Ss)g) Sm + (Sw ó Ss) + Sth) Sm + Sva + (Sw ó Ss) + Sx1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  33. 33. Factores de Carga (NTCM 2012).En el uso del método de diseño elástico para las combinaciones a),b), c) y d), los esfuerzos admisibles no deberán incrementarse.En el diseño elástico por las combinaciones e), f), g), y h), losesfuerzos admisibles se incrementarán en 33 por ciento, en ladirección actuante.Para la combinación h) los esfuerzos admisibles se incrementaránpara el caso del concreto en 33 por ciento para la combinación consismo y el 40 por ciento para la combinación con viento. Para el acerode refuerzo y estructural los incrementos serán de 50 y 60 por cientorespectivamente.1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  34. 34. CAPÍTULO XII DISENO ESTRUCTURAL INCLUYENDO EFECTOS DEDEFORMACIONES IMPUESTAS (LREEBC1992).ARTÍCULO XII.1En el método de diseño elástico se usarán las siguientescombinaciones de efectos de las cargas y de las deformacionesimpuestas.a) Carga muerta + carga viva + deformaciones impuestas porhundimientos diferenciales, temperatura y contracción defraguado;b) La combinación anterior más carga de sismo o viento. Losesfuerzos admisibles se incrementarán para el caso del concretoen 33 por ciento para la combinación con sismo y el 40 por cientopara la combinación con viento. Para el acero de refuerzo yestructural los incrementos serán de 50 y 60 por cientorespectivamente, y1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  35. 35. CAPÍTULO XII DISENO ESTRUCTURAL INCLUYENDO EFECTOS DEDEFORMACIONES IMPUESTAS (LREEBC1992).ARTÍCULO XII.1Si se emplea un método de diseño por resistencia última, secombinarán los efectos de las cargas y deformaciones impuestasempleando factores de carga congruentes con el método dediseño que se adopte.1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  36. 36. Combinaciones de cargas (American Iron and Steel Institute,AISI-1997).En ausencia de un código o especificación aplicable, o si el códigoo especificación aplicable no incluye combinaciones de cargaspara ASD, la estructura y sus componentes se deben diseñar demanera que las resistencias de cálculo admisibles sean mayores oiguales que los efectos de las cargas nominales para cada una delas siguientes combinaciones de cargas:1. D2. D + L + (Lr o S o Rr)3. D + (W o E)4. D + L + (Lr o S o Rr) + (W o E)1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  37. 37. Cargas de viento o cargas sísmicas (AISI-1997).Cuando las combinaciones de cargas especificadas en el código oespecificación aplicable o en la Sección A5.1.2 incluyen cargas deviento o cargas sísmicas, estará permitido multiplicar las fuerzasresultantes por 0.75.Además, cuando el modelo de cargas sísmicas especificado en elcódigo o especificación aplicable es en base a estados límites,estará permitido multiplicar la carga sísmica resultante por 0.67.Excepción:No se permite ninguna reducción de las fuerzas cuando se evalúandiafragmas aplicando los requisitos de la Sección D5.1.3 Combinaciones de cargas más usuales.
  38. 38. 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.Factores de carga y combinaciones de cargas (AISI-1997).En ausencia de un código o especificación aplicable, o si el códigoo especificación aplicable no incluye combinaciones de cargas yfactores de carga para LRFD, la estructura y sus componentes sedeben diseñar de manera que las resistencias de cálculo seanmayores o iguales que los efectos de las cargas nominalesfactoradas para cada una de las siguientes combinaciones decargas:1. 1,4 D + L2. 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (Lr o S o Rr)3. 1,2 D + 1,6 (Lr o S o Rr) + (0,5 L ó 0,8 W)4. 1,2 D + 1,3 W + 0,5 L + 0,5 (Lr o S o Rr)5. 1,2 D + 1,5 E + 0,5 L + 0,2 S6. 0,9 D - (1,3 W ó 1,5 E)
  39. 39. 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.Factores de carga y combinaciones de cargas (AISI-1997).Excepciones:1. En las combinaciones (5) y (6) el factor de carga correspondientea E es igual a 1.0 cuando el modelo de cargas sísmicas especificadopor el código o especificación aplicable se basa en estados límites.2. En las combinaciones (3), (4) y (5) el factor de cargacorrespondiente a L es igual a 1.0 en el caso de cocheras paraestacionamiento de vehículos, áreas ocupadas como lugares deasamblea pública y todas las áreas en las cuales la sobrecarga essuperior a 100 psf.3. Para el caso de viento sobre correas, cintas, paneles de tabiquesy tableros de cubiertas, multiplicar el factor de cargacorrespondiente a W por 0.9. 4. En la combinación (3) el factor decarga correspondiente a Lr es igual a 1.4 en vez de 1.6 cuando lasobrecarga de cubierta se debe a la presencia de trabajadores ymateriales durante las tareas de reparación.
  40. 40. 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.Juicio EstructuralLas normas, la intuición y el sentido común, son la parte esencialde un buen juicio estructural, que produce buenos conceptos yexcelentes diseños. Las computadoras y los reglamentos permitenconfirmar lo que fue intuido.

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