Primer Tema

PF-3921 Concreto Estructural Avanzado 14 agosto 14

Posgrado en Ingeniería Civil - UCR 1

Concreto EstructuralAvanzado

Instructor: Ing. Guillermo Santana, Ph.D.Posgrado en Ingeniería Civil, UCR

II Semestre 2014

11 agosto 14 Posgrado en Ingeniería Civil - UCR 2

Concreto Estructural Avanzado Curso: PF-3921 Concreto Estructural Avanzado

Requisitos: Licenciatura en Ingeniería Civil

Créditos: 3 - Horas de clase: 3

Área de Énfasis: Ingeniería Estructural

Oficina: 207 LanammeUCR Tel. 2511-4012. Fax 2511-4440 Correo electrónico: [email protected].




Objetivo general

El propósito principal es estudiar del concreto estructural. Al término del curso, el estudiante podrá:

Explicar y evaluar los factores que determinan el comportamiento mecánico del concreto estructural en vigas y columnas de estructuras simples, diseñadas de acuerdo con las prescripciones de las normas y reglamentos vigentes.


Objetivos específicos

Describir la importancia del uso del concreto estructural como material de construcción para múltiples obras de ingeniería.

Identificar las propiedades físico–mecánicas fundamentales del concreto simple y del acero de refuerzo usadas para el diseño.

Señalar las características de los materiales y los factores importantes que influyen en los ensayos de tracción y compresión para definir las curvas de comportamiento mecánico.




Objetivos específicos

Explicar las diferencias de comportamiento de secciones rectangulares y de forma T de elementos de concreto, con refuerzos simple y doble, sujetos a flexión.

Identificar los factores que influyen en el agrietamiento de vigas de concreto y que afectan su resistencia a la acción de diferentes solicitaciones.

Describir la importancia del efecto de adherencia que interviene en el comportamiento mecánico del concreto y en la cantidad y colocación del refuerzo de acero.


Contenido temático

Introducción al concreto reforzado.

Propiedades físico-mecánicas del concreto simple y del acero.

Diseño Unificado.

Cortante (modelo de cercha, CFT, tracción diagonal y fricción).

Losas en dos direcciones. (Líneas de fluencia)




Contenido temático

Paredes y muros de corte.

Diseño sismo-resistente.

Regiones discontínuas (modelopuntal-tensor).

Rehabilitación sísmica.


Evaluación sumativa

±6 TareasAprox. @ 2 semanas

10%

1 Examen Parcial9 octubre

30%

Proyecto de Laboratorio 20%

Examen Final11 diciembre (5 - 8 p.m.)

40%




Texto del curso

Guillermo Santana, PF-3921 Concreto Estructural Avanzado, Edición preliminar, Universidad de Costa Rica, Costa Rica, 2012.


Libros de consulta

ACI Comité 318, Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural (ACI 318S-11) y Comentario; American Concrete Institute, Detroit, 2011.

ACI Committee 340, ACI Design Handbook (ACI 340R-07), ACI Publication SP-17(07), American Concrete Institute, Detroit, 2007.

Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos, Código Sísmico de Costa Rica 2010, 1a. ed. Editorial Tecnológica de Costa Rica, Cartago, Costa Rica, 2011. (www.codigosismico.or.cr)




Libros de consulta

James K. Wight & James G. MacGregor, Reinforced Concrete: Mechanics and Design, 6th ed., Pearson Education, Inc., New Jersey, 2012.

Edward G. Nawy, Reinforced Concrete : A Fundamental Approach, 6th ed., Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 2008.


Horas de consulta

En 207 LANAMME: Sábado de 10 a 11 a.m.

En línea: 24/7 desde hoy hasta el 9/12/14



Lección 1

Introducción


Estructuras de Concreto Reforzado




Estructuras de Concreto Reforzado




Estados Límite y Diseño del Concreto Reforzado

Una estructura o un elemento estruc-tural alcanza su estado límite cuando éste ya no es apto para satisfacer las demandas propuestas.

1711 agosto 14 Posgrado en Ingeniería Civil - UCR

Estados Límite

1. Estados Límite Últimos2. Estados Límite de Funcionalidad3. Estados Límite Especiales




1. Estados Límite Últimos

Pérdida de equilibrio Ruptura Colapso progresivo desproporcionado Formación de un mecanismo plástico Inestabilidad Fatiga


Pérdida de equilibrio en la estructura o una porción de ella

como un cuerpo rígido

Estas fallas generalmente involucran volcamiento o desplazamiento de la estructura y ocurre si las reacciones necesarias para el equilibrio no pueden desarrollarse.




Ruptura de componentes críticos de la estructura

La mayoría del tiempo en este curso se dedica a este tipo de fallas: fallas por flexión, cortante, torsión, etc.


Colapso progresivo desproporcionado

Falla por sobrecarga

en un miembro

Transferencia de sobrecargaincrementada a miembros adyacentes

Falla por sobrecargaen miembros adyacentes




Colapso progresivo: Modo de evitarlo

Controlando eventos accidentales mediante protección contra colisiones vehiculares o explosiones de gas.

Proveyendo resistencia local mediante el diseño de miembros clave para resistir eventos accidentales.

Proveyendo amarres horizontales y verticales mínimos para la transferencia de fuerzas.


Colapso progresivo: Modo de evitarlo

Proveyendo líneas de apoyo alternativas para anclar las fuerzas de amarre.

Limitando la propagación del daño subdividiendo la edificación con planos de debilidad, algunas veces denominados como fusibles estructurales.




Colapso progresivo:Código ACI 318

Exige detallado estructural que provea amarres para permitir rutas de carga alternativas en caso de falla en las rutas primarias.

Se dice que una estructura posee integridad estructural general si resiste colapso progresivo.



La Sección 7.13 exige continuidad de refuerzo de tracción (amarre continuo) en el perímetro de cada uno de los niveles del edificio para reducir el riesgo de colapso progresivo.





Estos amarres proveen reacciones de anclaje para las fuerzas de catenaria, limitando la propagación del daño.


Formación de mecanismo plástico

Se forma un mecanismo cuando el refuerzo fluye creando goznes plásticos en el suficiente número de secciones que tornen a la estructura inestable.




Inestabilidad

Inestabilidad debida a deformaciones en la estructura. Este tipo de falla incluye pandeo.


Fatiga

La fractura de miembros sujetos a ciclos de esfuerzos repetidos ante cargas de servicio puede causar colapso.




2. Estados Límite de Funcionalidad

Deflexiones excesivas Espesor excesivo de grietas Vibraciones indeseables


Estados Límite de Funcionalidad

Involucra la interrupción de la funcionalidad de la estructura, pero no el colapso per se. Como hay menor peligro de pérdida de vida, generalmente se acepta una probabilidad de ocurrencia mayor que en el caso de estado límite último.




Deflexiones excesivas

Deflexiones excesivas durante servicio normal pueden causar daño en maquinaria, ser visualmente inaceptables, y pueden conducir a daño en elementos no estructurales o cambios en la distribución de fuerzas.


Deflexiones excesivas

En el caso de techos muy flexibles, las deflexiones debidas al peso del agua acumulada pueden dar pie a un incremento en el nivel de agua lo cual conduce a un incremento en las deflexiones y así sucesivamente hasta exceder la capacidad del techo. A esto se le denomina como falla por embalsamiento.




Espesor excesivo de grietas

Aun cuando el concreto reforzado debe agrietarse para que la barra de refuerzo entre en funcionamiento, es posible detallar el refuerzo para que los espesores de las grietas sean minimizados. Espesores excesivos de grietas conducen a infiltraciones, corrosión de la barra de refuerzo y deterioro gradual del concreto.


Vibraciones indeseables

Vibraciones verticales en entrepisos y en puentes y vibraciones laterales y torsionales en edificios altos pueden resultar muy molestas para los usuarios. Este no es un problema usual en concreto reforzado.




3. Estados Límite Especiales


3. Estados Límite Especiales

Daño o colapso a consecuencia de sismos extremos.

Fuego, explosiones o colisiones vehiculares.

Corrosión o deterioro. Inestabilidad física o química de

largo plazo.




Estados Límite Especiales


Estados Límite Especiales




Diseño para Estados Límite

Identificación de todos los modos de falla posibles. (estados límite significativos)

Definición de los niveles de seguridad aceptable ante la ocurrencia de cada estado límite. (autoridades)

Definición, por parte del diseñador, de los estados límite significativos.


Relación básica de diseño

b) Efecto de carga – momento flexor

a) Viga




a) Esfuerzos actuantes en una sección transversal

b) Par interno con brazo de palanca jd

Momento Resistente Interno para la Sección. Cuando la sección alcanza la falla se le denomina como Capacidad de Momento de la Sección

Relación básica de diseño


Relación Básica de Diseño

1 1 2 2nR S S Resistencia de diseño > Efecto de carga

Una viga soporta las cargas impuestas de manera segura si para cada sección, la resistencia del elemento excede los efectos de las cargas, es decir, si:

Rn = resistencia nomimalSi = efecto de carga




V n D D L L uV V V V

M n D D L L uM M M M

P n D D L L uP P P P


Seguridad estructural

Variabilidad de la resistencia Variabilidad en solicitaciones Consecuencias de la falla




Variabilidad de la resistencia

Variabilidad de las resistencias del concreto y del acero de refuerzo

Diferencias entre las dimensiones construidas y las dimensiones en planos

Efecto de las suposiciones simplificatorias hechas durante el cálculo de la resistencia de cada elemento


Capacidad medida vs. calculada




Variabilidad en solicitaciones

Todas las cargas son variables, especialmente las cargas temporales (vivas) y las solicitaciones debidas a viento y terremoto.


Variación de carga viva* en oficinas

*Carga viva sostenida vs. Carga viva transiente

CSCR-10 Tabla 6.1




Consecuencias de la falla

Posible pérdida de vidas—mayor factor de seguridad para un auditorio que para una bodega.

Costo social por tiempo perdido, lucro cesante o pérdidas indirectas debidas a la falla—v.g. congestionamiento vial por falla de un puente representa costos intangibles que pueden rondar el valor de reemplazo.


Consecuencias de la falla

Tipo de falla, aviso de la inminencia de la falla, existencia de rutas de carga alternativas. El nivel de seguridad requerido no es el mismo para una viga que para una columna. Si no es posible redistribuir las cargas se requiere de un nivel de seguridad mayor.

Costo de limpieza de escombros y reemplazo de la estructura y sus contenidos.




Cálculo Probabilístico de Factores de Seguridad


Combinaciones seguras e inseguras de cargas y resistencias

Para una distribución Sdada se puede reducir la probabilidad de falla si:• Se incrementa R• Se reduce la

dispersión de R Márgen de seguridad, Y

= R – S, Y<0 implica falla. Pf, la probabilidad de falla, es la probabilidad de que una combinacion particular de R y Sproduzcan Y negativo.

Probabilidad de que 0fP Y




Márgen de seguridad, probabilidad de falla y índice de seguridad

Area achuradaProbabilidad de falla

Area total bajo la curva

valor promedio de

desviacion estandar de

0

indice de seguridad

f

Y

YY

P

Y Y

Y

YY

área achurada Márgen de seguridad



Si = 3.5 y la distribución es normal, las tablas estadísticas dan Pf = 1/9091 = 1.110-4. Es decir, 1 de cada 10,000 miembros diseñados con base en = 3.5 fallarán debido a sobrecarga o subresistencia durante su vida útil.

Práctica de diseño actual• = 3 a 3.5 fallas dúctiles con consecuencias

moderadas• = 3.5 a 4 fallas frágiles con consecuencias

serias





La variación independiente de carga y resistencia obliga a usar series de coeficientes independientes:• Coeficientes de reducción de resistencia • Coeficientes de sobrecarga



El modelo estadístico para la asignación de los coeficientes de sobrecarga y resistencia de ACI (1971 a 1995) suponía que ante una probabilidad de 1/1000 de sobrecarga y una probabilidad de 1/100 de subresistencia, entonces la ocurrencia simultánea de ambos era 110-5.

Los coeficientes para columnas fueron divididos entre 1.1 porque la falla en columnas tiene mayores consecuencias y si la columna frágil tenía refuerzo transversal de estribos, se dividía una segunda vez por 1.1.




Coeficientes de sobrecarga y de reduction de resistencia

Norma Coeficientes de sobrecarga

Coeficientes de reducción de

resistencia (flexión)Muerta VivaACI 1.20 1.60 0.90

Australia 1.25 1.50 0.80

Canadá 1.25 1.50 Ninguno

Gran Bretaña 1.40 1.60 Ninguno

CEB 1.35 1.50 Ninguno

Ref. “The Strength Design Method for Reinforced Concrete Around The World,” J.A. Zachar & T.R. Naik, RILEM Tech. Note 0025-5432/96

Factores de Carga Códigos Latinoamericanos



Combinaciones excluyendo sismo

Norma CP CT Viento Empuje Temperatura

Colombia (3) 1,40 1,70

Colombia (3) 1,05 1,28 1,28

Colombia (3) 1,4 1,7 1,70

Colombia (3) 1,05 1,28 1,05

Costa Rica (1) 1,20 1,60

El Salvador (6) no está explícito

Guatemala (5) 1,40 1,70

México Grupo A (6) 1,5 1,5 CV max

México Grupo B (6) 1,4 1,4 CV max

Nicaragua (8) 1,40 1,60 1,60

Panamá (10) 1,20 1,60

Perú (9) 1,50 1,80


Carga permanente, temporal y sismo Norma CP CT CS Nieve

Argentina (7) 1 f1 (0-1) 1 f2Chile (2) 1,40 1,40 1,00

Costa Rica (1) 1,05 f1fR 1,00

Colombia (3) 1,05 1,28 1,00El Salvador (6) no está explícitoGuatemala (5) 1,20 1,00 1,00

Mexico (6) 1,1 1,1 CV inst 1,00Mexico (6) 0,9 0,9 CV min 1,00

Nicaragua (8) 1,20 1,00 1,00Panamá (10) 1,32 0,55 1,10

Peru (9) 1,25 1,25 1,25Venezuela (4) 1,10 1,00 1,00




Carga permanente y sismoNorma CP CS Empuje

Chile (4) 0,90 1,40Colombia (3) 0,90 1,00Costa Rica (1) 0,95 1,00El Salvador (6) no está explícitoGuatemala (5) 0,80 1,00Nicaragua (8) 0,90 1,00 1,60Panamá (10) 0,90 1,10

Peru (9) 0,90 1,25Venezuela (4) 0,90 1,00



1. Código Sísmico de Costa Rica. 2010. Pág. 6/3 2. Norma chilena Nch433. 1996. Pág. 16

3. Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-98. 1998. Pág. B-6

4. Norma COVENIN 1756-98 (Rev. 2001). 1998. Pág. 61

5. Normas estructurales de diseño y construcción recomendadas para la República de Guatemala: NR-2:2000. 2000. Pág. 34

6. Normas Técnicas Complementarias sobre Criterios y Acciones para el Diseño Estructural de las Edificaciones. 2004. Sección 3.4.

7. Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes (Proyecto en discusión pública). 2008. Pág. Cap.3-37.

8. Reglamento Nacional de Construcción 2007. Pag 189. Reglamento Nacional de Edificaciones. Pag 25810. Reglamento para el Diseño Estructural en la República de Panamá. 2004. Pag. 216



Procedimiento de diseño según la norma ACI

Procedimiento de DiseñoNorma ACI 318-11

Método único de diseño: Diseño por Resistencia Involucra factores de carga y de resistencia Diseño basado en estados límite pero

concediendo atención primaria a los estados límite últimos con verificación posterior de los estados límites de funcionalidad (serviceability)

Incisos ACI 318-11 9.1.1 (resistencia) y ACI 9.1.2 (funcionalidad: deflexiones y grietas) describen los objetivos y el alcance del método




ACI 318-11

Las estructuras y los elementos estructurales deber ser proporcionados para que tengan en cualquier sección una resistencia de diseño al menos igual a la resistencia requerida, calculada esta última para las cargas y fuerzas mayoradas según se especifica en esta norma.

Los elementos también deben cumplir con todos los demás requisitos de esta norma para garantizar un comportamiento adecuado en los niveles de carga de servicio.


ACI 318-11

1 1 2 2n uR S S S

Resistencia de diseño > Resistencia requerida

Una viga soporta las cargas impuestas de manera segura si para cada sección, la resistencia del elemento excede la resistencia requerida o solicitación última, es decir, si:

Rn = Resistencia nomimalSu = Solicitación última





Diseño Plástico(Diseño Límite o Diseño por Capacidad)

Procedimiento que toma en cuenta la redistribución de momentos conforme van fluyendo las secciones transversales, formando rótulas plásticas conducentes a la generación de un mecanismo plástico.

Conceptos importantes para el diseño sismo-resistente, en donde la ductilidad estructural conduce a la reducción de las fuerzas a ser resistidas por la estructura.


Teoremas de plasticidad Aspectos del diseño de estructuras

estáticamente indeterminadas de concreto se basan en parte en la teoría de plasticidad. Estos incluyenel diseño por resistencia última de pórticos continuos y losas en dos direcciones para cargas y momentoscalculados en forma elástica y parael uso de modelos de puntal y tensor.




Teoremas de plasticidad

Se dice que una distribución interna de fuerzas (momentos, fuerzas axiales y cortantes) o sus esfuerzos correspondientes es estáticamente admisible si está en equilibrio con las cargas aplicadas y sus correspondientes reacciones.

Una distribución de resistencias de secciones transversales se denomina como segura si iguala o excede las fuerzas estáticamente admisibles en cada sección transversal de la estructura.

Se dice que una estructura es un mecanismo de colapso si se supera en una o más el número de rótulas plásticas que se requieren para equilibrio estable.

Se define como cinemáticamente admisible a aquella distribución de cargas aplicadas, fuerzas y momentos que resulte en suficientes rótulas plásticas para producir un mecanismo de colapso.


Teorema de Cota Inferior

Si una estructura se somete a una distribución estáticamente admisible de fuerzas internas y si las secciones transversales de los elementos son escogidas para brindar una distribución segura de resistencias para la estructura y solicitación dadas, la estructura no colapsará o estará al justo al punto de colapso. La distribución de fuerzas internas y momentos resultante corresponde a una solicitación de falla que representa una cota inferior para la solicitación de colapso. (la solicitación de colapso calculadaes menor o igual que la solicitación de colapsoreal)




Teorema de Cota Superior

Una estructura colapsará si existe un conjunto de rótulas plásticas cinemáticamente admisible que resulte en un mecanismo plástico de colapso. Para cualquier mecanismo plástico de colapso cinemáticamente admisible, se puede calcular una solicitación de colapso igualando el trabajo interno al trabajo externo. La solicitación calculada por este método será mayor o igual que la solicitación real de colapso.


Teorema de Unicidad

Si el teorema de cota inferior envuelve las mismas fuerzas, rótulas y desplazamientos que la solución de cota superior, la solicitación de colapso resultante es la solicitación de colapso verdadera o única.




Además,

Para que puedan ocurrir soluciones de cota superior e inferior, la estructura debe contar con suficiente ductilidad para permitir la redistribución de los momentos y las fuerzas iniciales hacia las correspondientes a las cotas de las soluciones plásticas.


El diseño del concreto reforzado se basa en analisis elásticos. Las secciones transversales se proporcionan para que cuenten con resistencias nominales reducidas Rn iguales o mayores que Ru. Como los momentos y fuerzas elásticas constituyen una distribución de fuerzas estáticamente admisible y como el diagrama de momento resistente es escogido por el diseñador para que constituya una distribución segura, la resistencia de la estructura resultante representa una cota inferior.




Los modelos puntal-tensor también representan una cota inferior si:• El modelo de puntal-tensor representa una

distribución estáticamente admisible de fuerzas,

• La resistencia de los puntales, tensores y zonas nodales son seguras con respecto a las fuerzas calculadas en el modelo de puntal-tensor,

• Los miembros y uniones tienen suficiente ductilidad para permitir a las fuerza internas, momentos y esfuerzos que hagan la transicion de fuerzas puntal-tensor hacia la distribución final de fuerzas y momentos.

Coeficientes y combinaciones de carga

según ACI 318-11



Cargas mayoradas, Resistencia requerida

ACI recomendó uso desde 1963; se modificaron en 1971. Para 1982, ASCE unificó todos los criterios para factores de carga y coeficientes de reducción (ANSI A58.1-1982).

ACI 318-11 Secciones 9.2.1 a 9.2.7 presenta todos los factores.

ASCE 7-10 representa la última revisión, incluye valores para diseño en acero, madera, mampostería, y concreto reforzado.

Los cambios que se presentaron en la versión del código ACI 318-02 son quizás los más significativos desde 1963.



Se han adoptado los factores de carga y de resistencia del antiguo Apéndice C del ACI 318-99, se han puesto al día con respecto al ASCE 7-10 y se han reevaluado y modificado los factores . Todas estas modificaciones mencionadas han sido incorporadas al nuevo código.

Esto se hace evidente en secciones de los capítulos 9, 10, 11, 12 y 20. Adicionalmente, las combinaciones de carga y reducciones de resistencia que venían usándose tradicionalmente, aparecen ahora en el Apéndice C del ACI 318-11.





Las combinaciones de cargas de sismo del ACI 318-99 fueron modificadas, con el propósito de lograr coherencia con otras cargas de nivel de resistencia.

Esta adopción de las combinaciones de carga del ASCE 7-10 permite diseñar en todos los materiales (mampostería, madera, acero estructural y concreto reforzado) usando las mismas combinaciones de carga.


Las combinaciones básicas son las siguientes:

1. U = 1.4D

2. U = 1.2(D+F+T) + 1.6(L+H) + 0.5(Lr o S o R)

3. U = 1.2D + 1.6(Lr o S o R) + (1.0L o 0.5W)

Carga variable principalCarga permanente Carga variable de acompañamiento




Las combinaciones básicas son las siguientes:

4. U = 1.2D + 1.0W + 1.0L + 0.5(Lr o S o R)

5. U = 1.2D + 1.0E + 1.0L + 0.2S

6. U = 0.9D + 1.0W + 1.6H

7. U = 0.9D + 1.0E + 1.6H


En donde:D = Carga muertaE = Carga sísmicaF = Carga debida a fluidos con presiones bien definidas y alturas máximas

Fa = Carga de inundaciónH = Carga debida a empuje de suelo, empuje de agua subterránea, o

empuje de materiales a granelL = Carga vivaLr = Carga viva de techoR = Carga de lluviaS = Carga de nieveT = Fuerza autodeformante (asentamientos diferenciales de fundaciones,

cambios dimensionales restringidos debidos a gradientes de temperatura, humedad, flujo plástico, resecamiento, etc.)

W = Carga de viento




Excepciones:

El factor de carga de L en las combinaciones (3), (4) y (5) podrá ser reducido a 0.5 excepto para garajes, áreas utilizadas como lugares para reuniones públicas, y toda área en donde la carga viva sea mayor que 100 psf (5 kN/m² o 500 kgf/m²).

Cuando la carga de viento W no haya sido reducida mediante un factor de direccionalidad, se permitirá usar 1.3Wen vez de 1.6W en (4) y (6).


Excepciones:

Cuando la carga sísmica E esté basada en fuerzas sísmicas de nivel de servicio, se deberá usar 1.4E en vez de 1.0E en (5) y (6).

El factor de carga de H deberá ser igual a cero en las combinaciones (6) y (7) si la acción estructural debida a H contrarrestara la de W o E. Donde el empuje lateral del suelo provea resistencia a acciones estructurales de otras fuerzas, éste no deberá ser incluido en H, sin embargo, el mismo deberá ser incluido en la resistencia de diseño.




Tabla de Cargas Vivas

Sobrecargas Mínimas kg/m2 kPa

Habitación (casas de habitación, apartamentos, vi-viendas, dormitorios, cuartos de hotel, edificios para internados en escuelas, cuarteles, cárceles, correc-ciones, hospitales y similares)

200 2

Oficinas, despachos y laboratorios 250 2.5Comunicación de uso público para peatones: pasillos, escaleras, rampas, vestíbulos y pasajes de acceso li-bre al público

400 4

Estadios, salones de baile y lugares de espectáculo desprovistos de asientos fijos

500 5

Lugares de reunión con asientos fijos (templos, cines, teatros, gimnasios, salones de baile, restaurantes, salones de lectura, aulas, salas de juego y similares)

500 5




Comercios, bodegas y fábricas de mercancía ligera 500 5

Comercios, bodegas y fábricas de mercancía con peso intermedio 650 6.5

Comercios, bodegas y fábricas de mercancía pesada 800 8

Techos de fibrocemento, láminas de acero galvanizado y otros 40 0.4

Azoteas con pendiente superior a 5% 100 1

Azoteas con pendiente inferior a 5% 200 2






Voladizos en vía pública (marquesinas, balcones y similares)

200 2

Garages y aparcamientos (para automóviles exclusivamente)

300 3

Andamios y cimbras para concreto 80 0.8

Archivos, bibliotecas (almacenaje de libros) y librerías (comercio)

600 6

Escenarios para teatros 800 8

Imprentas 900 9Tabiques móviles 50 0.5


Adicionalmente:

ASCE 7-10 asigna combinaciones de carga para eventos extraordinarios diciendo que, donde sea requerido por la norma en uso, la resistencia y la estabilidad deberán ser revisadas para asegurar que las estructuras son capaces de absorber los efectos de eventos extraordinarios (i.e., de baja probabilidad) como incendios, explosiones e impacto vehicular.





Uso Colombia Costa Rica Guatemala México Perú NicaraguaAlmacén: detalle 350 - 350 350 500 350

Almacén: por mayor 500 - 500 - 500 550Biblioteca: depósito de libros 500 500 600 750 600

Biblioteca: sala de lectura 200 250 200 300 300

Azoteas: pendiente menor que 5% 200 100 - 100

Azoteas: pendiente mayor que 5% 100 40 - 50

Cubiertas y terrazasLa misma

del resto del edificio

Igual que azotea

- 40 - -

Cubiertas: pendiente mayor que 20% (imposibilidad física de verse cometida a cargas superiores)

35 100 100 100 - -

Cubiertas: pendiente menor que 20% (imposibilidad física de verse cometida a cargas superiores)

50100 (>5%) 200 (<5%)

10040 (>5%)

100 (<5%)- -

Depósito: liviano 500 500 600 >350 - 450Depósito: peso intermedio - 650 - >350 - 550

Depósito: pesado 1000 800 1200 >350 - 650Escaleras públicas 500 500Escaleras privadas 300 500

Escuelas, colegios, universidades 200 400 200 250 250 250Estadios: escaleras (zonas de circulación) 500 400 500 - 500 500

Estadios: graderías (zonas de asientos) 400 500 400 450 500 500Fábrica: liviana 500 500 400 - - 400

Fábrica: peso intermedio - 650 - - - 500Fábrica: pesada 1000 800 600 - - 700

Garajes: automóviles 250 300 250 250 250 250Garajes: vehículos pesados Según veh. - Según vehículo - Según vehículo -

Hospitales: cuartos 200 200 200 170 200 200Hospitales: salas de operación, servicios médicos 400 - 350 - 300 400

Hoteles: habitaciones 200 200 200 - 200 200Hoteles: áreas públicas - - 500 - 500 200

Oficina 200 250 250 250 250 250Salones de reunión con asientos fijos 300 400 300 350 300 350Salones de reunión sin asientos fijos 500 500 500 450 400 500

Vivienda 180 200 200 170 200 200Voladizo en vía pública - 300 300 300 - 400

Techos de fibrocemento y láminas de acero galvanizado

- 40 - 40 - -

Techos de láminas, tejas, cubiertas plásticas, lonas - - 50 40 - -

400 (Vivienda: 200)

La misma del resto del

edificio

Concreto con acceso: 200 Sin acceso: 100

Inclinadas más de 20°: 75

350

300 400 350

Cargas temporales unitarias mínimas de diseño (kgf/m2)

Section 8.9 – Arrangement of Live Load





Live Load2nd


2nd


Fixed (typ.)





Critical set of design forces• Based on effects of live load

Factored dead load on all spans with full factored live load on two adjacent spans

Factored dead load on all spans with full factored live load on alternate spans


D + L D D + LLoading pattern for negative moment at support A and positive moment in span AB

A B C D

DD + L Loading pattern for negative moment at support BA B C D

DD D + L Loading pattern for positive moment in span BCA B C D




Section 8.3 – Methods of Analysis Approximate method of analysis is

permitted• Not permitted for prestressed concrete


Section 8.3.3 – Approximate Method

Uniformly distributed load (L/D 3)

1.2n n

Two or more spans

Prismaticmembers




Section 8.3.3 – Approximate Method

Spandrelsupport Negative

Moment

x wun2

1/24 1/10* 1/11 1/11 1/10* 0

*1/9 (2 spans)

Shearx wun

1/2 1.15/2 1/21.15/21/2 1/2

PositiveMomentx

1/14 1/16 1/11

wun2

nn n

Simplesupport

Integral withsupport

wu

Columnsupport 1/16


Resistencia Reducida oResistencia de Diseño

ACI usa el término Resistencia de Diseño para designar la resistencia o capacidad ofrecida por los elementos, es decir, la resistencia reducida.




Según ACI 318-11 Sección 9.3,se pide que:

La resistencia de diseño provista por un elemento, sus conexiones a otros elementos, y sus secciones transversales, en términos de flexión, carga axial, cortante, y torsión, deberá ser tomada como la resistencia nominal calculada en concordancia con los requisitos y suposiciones de esta norma, multiplicados por el factor de reducción de resistencia .


Resistencia de Diseño

Factor de Reducción de Resistencia Flexión

Secciones controladas por tracción 0.90Secciones controladas por compresión

a) Elementos con refuerzo helicoidal según 10.9.3 0.75

b) Otros elementos reforzados 0.65

Cortante ordinario 0.75Cortante en elementos de marcos rígidos especiales y

muros estructurales especiales en zonas de alta sismicidad

≥ 0.60

Torsión 0.75Carga sobre concreto 0.65




Flexión: ¿Qué controla?

t

10311 agosto 14

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.0

01

0.0

02

0.0

03

0.0

04

0.0

05

0.0

06

Fac

tor

Deformación unitaria t

Variación del factor para aceroGrado 60

Refuerzo helicoidal Refuerzo transversal normal

Posgrado en Ingeniería Civil - UCR

Factores de seguridadFactor de seguridad global para R n

(según ACI 318-02)

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

2.20

2.40

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Razón L/D

Fa

cto

r d

e s

egu

rid

ad

glo

ba

l

Flexión Cortante y torsión flex+axial h flex+axial a

Factor de seguridad global para R n

(según ACI 318-99)

1.50

1.60

1.70

1.80

1.90

2.00

2.10

2.20

2.30

2.40

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Razón L/D

Fa

cto

r d

e s

egu

rid

ad

glo

ba

l

Flexión flex+axial h flex+axial a Cortante y torsión

FlexiónRefuerzo transversal no-helicoidal

1.20

1.30

1.40

1.50

1.60

1.70

1.80

1.90

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Razón L/D

Fa

cto

r d

e s

eg

uri

da

d g

lob

al

ACI 318-02 ACI 318-99

Flexión y fuerza axialRefuerzo transversal no-helicoidal

1.80

1.90

2.00

2.10

2.20

2.30

2.40

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Razón L/D

Fa

cto

r d

e s

eg

uri

da

d g

lob

al

ACI 318-02 ACI 318-99





(según ACI 318-02)

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

2.20

2.40

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Razón L/D

Fa

cto

r d

e s

eg

uri

da

d g

lob

al

Flexión Cortante y torsión flex+axial h flex+axial a



(según ACI 318-99)

1.50

1.60

1.70

1.80

1.90

2.00

2.10

2.20

2.30

2.40

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Razón L/D

Fa

cto

r d

e s

eg

uri

da

d g

lob

al

Flexión flex+axial h flex+axial a Cortante y torsión




FlexiónRefuerzo transversal no-helicoidal

1.20

1.30

1.40

1.50

1.60

1.70

1.80

1.90

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Razón L/D

Fa

cto

r d

e s

eg

uri

da

d g

lob

al

ACI 318-02 ACI 318-99


Flexión y fuerza axialRefuerzo transversal no-helicoidal

1.80

1.90

2.00

2.10

2.20

2.30

2.40

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Razón L/D

Fa

cto

r d

e s

eg

uri

da

d g

lob

al

ACI 318-02 ACI 318-99




Ejemplo 2-1

La figura (a) muestra una viga y dos columnas perte-necientes a un marco de concreto. Las cargas sobre la viga son carga muerta, D = 2.36 ton/m, y carga viva, L = 1.12 ton/m. Los momentos y cortantes en la viga y las columnas encima y debajo de ella debidos a 1.0D, 1.0L y 1.0W se muestran en las figuras b, c y d. Calcular las resistencias requeridas usando las combinaciones de carga básicas que correspondan.





Para el momento en la sección A:

1. U = 1.4D = 1.4(–5.40) = –7.56 Mg-m

2. U = 1.2D + 1.6L = 1.2(–5.40) + 1.6(–2.63) = –10.7

Mg-m

3. U = 1.2D + 0.5W = 1.2(–5.40) + 0.5(+11.6) = -0.68

Mg-m



4. U = 1.2D + 0.5W = 1.2(–5.40) + 0.5(–11.6) =

–15.8 Mg-m

5. U = 1.2D + 1.0W + 1.0L = 1.2(–5.40) +

1.6(+11.6) + 1.0(–2.63) = +9.45 Mg-m

6. U = 1.2D + 1.0W + 1.0L = 1.2(–5.40) +

1.0(–11.6) + 1.0(–2.63) = –27.7 Mg-m





7. U = 0.9D + 1.0W = 0.9(–5.40) + 1.0(+11.6) = +13.7

Mg-m

8. U = 0.9D + 1.0W = 0.9(–5.40) + 1.0(–11.6) = –23.4

Mg-m


Finalmente:

Las resistencias requeridas, Mu, en la sección A-A son • +13.7 Mg-m (tracción en fibra inferior)

y • –27.7 Mg-m (tracción en fibra superior).




Tabla de Cargas de VientoAltura sobre el terreno (m)

Presión Básica del Viento: q (kg/m2)Exposición A Exposición B

0 55 70

1 55 70

7 65 95

10 70 105

15 75 120

20 85 125

30 95 135

40 105 145

50 110 150

75 120 165

100 130 170


Cargas de Viento

Exposición A:• Construcciones situadas en la ciudad o

en lugares de rugosidad comparada. Exposición B:

• Construcciones en campo abierto, frente al mar y sitios similares.

Tomado del Reglamento de Construcciones, INVU




S.I. versus MKS(cgs)

Debe tenerse en cuenta que dentro del sistema de unidades internacional (SI) el kg es una unidad de masa, por lo tanto para calcular la carga muerta debida a los efectos gravitacionales que actúan sobre la masa de los materiales, ésta debe multiplicarse por la aceleración debida a la gravedad (g = 9.81 m/s2 10 m/s2), para obtener densidades en N/m3, newtons por metro cúbico. El newton por definición es la fuerza que ejerce una masa de 1 kg al ser acelerada 1 m/s2. (N = kg·m/s2). Así, por ejemplo para el concreto reforzado, una losa de h = 0.5 m de espesor produce una carga muerta de: m·g·h = 2 400 kg/m3·10 m/s2·0.5 m = 12 000 kg·m/s2·1/m2 = 12 000 N/m2 = 12 kN/m2. Para convertir de toneladas fuerza (1000 kgf) a kN se multiplica por 10 (1 ton = 10 kN, o 1 kN = 0.1 ton)


Primer Tema

Documents

Transcript of Primer Tema