proceso de diseÑo de una estructura -...
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EL PROCESO DE DISEÑO ESTRUCTURALy LOS ESTADOS LÍMITE
HORMIGÓN I (74.01 y 94.01)
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EL PROCESO DE DISEÑO – ESTADOS LÍMITE Lámina 2
PROCESO DE DISEÑO DE UNA ESTRUCTURA
2- ANTEPROYECTO DE LA ESTRUCTURA(PLANOS CON ESQUEMAS ESTRUCTURALES)
3.1- PREDIMENSIONAMIENTO
3.2- ANALISIS DE CARGAS
3.3- CALCULO DE SOLICITACIONES
3.4- DIMENSIONAMIENTO
1- IDENTIFICACIÓN DE LAS NECESIDADES DEL PROYECTO
3- DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES (MEMORIA DE CÁLCULO)
Proceso Iterativo !!
4- DOCUMENTACIÓN PARA LA OBRA(PLANOS DE ENCOFRADO, PLANOS DE DETALLES CONSTRUCTIVOS,
PLANILLAS DE ARMADURA, ESPECIFICACIONES TÉCNICAS)
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EL PROCESO DE DISEÑO – ESTADOS LÍMITE Lámina 3
ARQUITECTURA PLANTA TIPOARQUITECTURA PLANTA TIPO
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
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EL PROCESO DE DISEÑO – ESTADOS LÍMITE Lámina 4
S/ S/ PLANTAPLANTA TIPOTIPO
L413
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L414
11
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0
L41911
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Øc/(Superior)
Øc/
L42011
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620
V402 -15/50M40115/50
C135/25
C260/25 V403 -15/50
C10340/25 V405 -15/60M404 -15/60
C440/25
C545/25
C1355/30
C1465/35
C2455/30
C2565/35
M42215/50
C4235/25
V423 -15/50 C4360/25
V424 -15/50 C4440/25
V415 -15/55
V421 -20/55
C1560/35
C10130/55
C2860/35
C10230/55
M425 -15/60 V426 -15/60C4540/25
C4645/25
M406 -15/50 V407 -15/50
M40815/50 V409 -15/50 V410 -15/50
V411 -20/50
V412 -15/50TensT115/15
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M41815/50 V419 -15/50 V420 -15/50
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M46
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ANTEPROYECTO FINAL
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
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EL PROCESO DE DISEÑO – ESTADOS LÍMITE Lámina 5
SE HACE DE ACUERDO CON:
-PAUTAS REGLAMENTARIASQUE SE BASAN EN QUE LAS DEFORMACIONES SEAN ACEPTABLES
- LAS CARGAS
- LA EXPERIENCIA
ES UN PROCEDIMIENTO EMPÍRICO....
PREDIMENSIONAMIENTO
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
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TIPOSCARGAS / ACCIONES SOBRE LAS ESTRUCTURAS
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
PERMANENTES EXTRAORDINARIASVARIABLES
• Cargas variables gravitacionales (sobrecargas de uso)
• Empujes del terreno
• Efectos reológicos
• Acciones térmicas
• Asentamientos diferenciales
• Acciones del viento
• Acción sísmica
• Explosiones en general
• Explosiones atómicas
• Impactos de vehículos
• Impactos de aviones
• Acciones terroristas
• Volcanes en erupción
• Peso propio de la estructura
• Peso propio de elementos no estructurales
REGLAMENTOS y/oANÁLISIS PARTICULARES
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CARGAS / ACCIONES SOBRE LAS ESTRUCTURAS
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
REGLAMENTO CIRSOC 101-2005 - NOMENCLATURA
D: permanente (dead load)
L: sobrecarga (live load)
Lr: sobrecarga en cubiertas (roof live load)
W: cargas de viento (wind loads)
E: efectos de sismo (earthquake effects)
T: temperatura, contracción, creep (cumulative effect of temperature, creep, shrinkage, differential settlement, and shrinkage-compensating concrete)
S: cargas de nieve (snow)
F: cargas de líquidos (fluids)
H: cargas del suelo (loads due to lateral pressure of soil, water in soil)
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EL PROCESO DE DISEÑO – ESTADOS LÍMITE Lámina 8
MEDIANTE UN ANÁLISIS ESTRUCTURAL SE DETERMINAN
LAS REACCIONES DE VÍNCULO, LOS MOMENTOS
FLEXORES, LOS ESFUERZOS DE CORTE Y LOS
ESFUERZOS NORMALES EN CADA ELEMENTO
ESTRUCTURAL
SOLICITACIONES
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
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EL CRITERIO DE DISEÑO DE ELEMENTOS DE HORMIGON ARMADO
- LOS ESTADOS LIMITES -
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
UN ESTADO LIMITE ES UNA CONDICIÓN EN LA CUAL
UNA ESTRUCTURA O UN ELEMENTO ESTRUCTURAL YA
NO ES ACEPTABLE PARA EL USO QUE SE LE PRETENDE DAR.
SE DISTINGUEN:
- ESTADOS LÍMITES ÚLTIMOS
- ESTADOS LÍMITES DE SERVICIO
- ESTADOS LÍMITES ESPECIALES
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EL PROCESO DE DISEÑO – ESTADOS LÍMITE Lámina 10
Que no colapse!!
Que sea estable!!
Que no se deforme, se fisure, vibre, o se incline de manera de
quedar inutilizado
QUE SIGNIFICA QUE UNA ESTRUCTURA, O UN ELEMENTO ESTRUCTURAL SEA ACEPTABLE O ADECUADO?
ESTADOS LIMITESULTIMOS
E.L.U.
ESTADOS LIMITES DE SERVICIO
E.L.S.
AL MENOR COSTO POSIBLE....
REGLAMENTOS
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
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COLAPSO (REAL O CONVENCIONAL) Deben tener una baja probabilidad de ocurrencia !!!
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
ESTADOS LIMITES ULTIMOS (ELU)
• ESTADO LÍMITE DE AGOTAMIENTO: COLAPSO DE UNA SECCIÓN PORESFUERZOS NORMALES, POR FLEXIÓN, POR CORTE, POR TORSIÓN, PORPUNZONAMIENTO, POR ESFUERZOS RASANTES, o POR UNA COMBINACIÓN DEESTOS TIPOS DE SOLICITACIÓN.
• ESTADO LÍMITE DE EQUILIBRIO: PÉRDIDA DEL EQUILIBRIO DE UNAESTRUCTURA PORQUE NO PUEDEN DESARROLLARSE LAS REACCIONES DEVÍNCULO NECESARIAS, O PORQUE SE TRANSFORMA EN UN MECANISMO. Ej.LEVANTAMIENTO DE APOYOS; DESLIZAMIENTOS, EMPOTRAMIENTOS QUE NOPUEDEN MATERIALIZARSE.
• ESTADO LÍMITE DE INESTABILIDAD (PANDEO): LA INCIDENCIA DELAS DEFORMACIONES EN LAS SOLICITACIONES LLEVA A LA ESTRUCTURA A LAFALLA. Ej. COLUMNAS ESBELTAS
• ESTADO LÍMITE DE FATIGA: COLAPSO DEBIDO A DIVERSOS CICLOS DECARGA Y DESCARGA. Ej. RIELES DE FERROCARRIL.
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Se daña el uso funcional de la estructura, pero NO COLAPSA
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
ESTADOS LIMITES DE SERVICIO (ELS)
• ESTADO LÍMITE DE DEFORMACIONES
• ESTADO LÍMITE DE FISURACIÓN
• ESTADO LÍMITE DE VIBRACIÓN
• ESTADO LÍMITE DE FATIGA
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ACCIONES EXTRAORDINARIAS
• Explosiones en general• Explosiones atómicas• Impactos de vehículos• Incendios• Acciones terroristas• Volcanes en erupción• Sismos extremos
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
DAÑO O FALLA debido a ACCIONES EXTRAORDINARIAS
ESTADOS LIMITES ESPECIALESF
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EL PROCESO DE DISEÑO – ESTADOS LÍMITE Lámina 14
EN GENERAL, PRIMERO SE DIMENSIONA LA
ARMADURA EN BASE A ESTADOS LIMITES
ULTIMOS, Y POSTERIORMENTE SE VERIFICAN
LOS ESTADOS LIMITES DE SERVICIO.
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
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DISEÑO EN BASE A ESTADOS LIMITES ULTIMOS
DEMANDA DE SOLICITACIONES
Q
no podemos conocer con precisión ni S ni Q porque existen incertidumbres….
CAPACIDAD o RESISTENCIA
S
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DISEÑO EN BASE A ESTADOS LIMITES ULTIMOS
DEMANDA DE SOLICITACIONES
Q
NECESITAMOS ESTABLECER UN MARGEN DE SEGURIDAD!!!!!!
CAPACIDAD o RESISTENCIA
S
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
No se conoce el valor exacto ni la distribución exacta de las cargas que actuarán.
Se modelan los vínculos de manera simplificada.
La resistencia real de los materiales puede diferir de la especificada.
Se hacen hipótesis simplificativas del comportamiento de los materiales.
Las dimensiones reales pueden diferir con las especificadas
La posición final de la armadura puede diferir de la supuesta en el cálculo.
Existen numerosas incertidumbres….
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ESTADOS LIMITES ULTIMOS
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
La resistencia es una variable aleatoria
Análisis Probabilístico:Curva de distribución de
probabilidades
Resistencia Característica
La carga también es una variable aleatoria !!!
Análisis Probabilístico:Curva de distribución de
probabilidades
CargaCaracterística
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SEGURIDAD ESTRUCTURAL
Una estructura dada tiene margen de seguridad M si
M = S(resistencia) – Q(esfuerzos cargas) > 0
Es decir, si la resistencia de la estructura es mayor que los esfuerzos debidos a las cargas que actúan sobre ella.
Debido a que S y Q son variables aleatorias, el margen deseguridad M = S – Q también es una variable aleatoria.
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
DISEÑO EN BASE A ESTADOS LIMITES ULTIMOS
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ESTADOS LIMITES ULTIMOS
SEGURIDAD ESTRUCTURAL
Una estructura dada tiene margen de seguridad M si
M = S – Q > 0
REGLAMENTOS
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COEFICIENTES DE SEGURIDAD – ACI-CIRSOC 2005
RESISTENCIA DE DISEÑO Rd
∅ RtRt : Resistencia teórica : Factor de minoración
de la resistencia ( 1)
RESISTENCIA REQUERIDA U
Σγi.QiQi: Acciones nominalesi : Representa el tipo de
carga (permanente, variable, viento, etc.)
: Factor de mayoraciónde cargas ( 1)
≥
COEFICIENTES DE SEGURIDAD PARCIALES
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
>RESISTENCIA DEMANDA
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COEFICIENTES DE SEGURIDAD – ACI-CIRSOC 2005
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
Rd= ∅ Rt
RESISTENCIA DE DISEÑO
CIRSOC 201-Figura 9.3.2. Ejemplo de variación de φ en función de εt y de la relación c/dt, para fy = 420 MPa y para acero de
pretensado.
El coeficiente de minoración de
resistencia ∅ tiene en cuenta:- la ductilidad de la falla- el estado del conocimiento, o
sea, la precisión con la que se puede establecer la resistencia dependiendo del tipo de solicitación.
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COEFICIENTES DE SEGURIDAD – ACI-CIRSOC 2005
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES
DEMANDA
U=Σγi.Qi
9.2.1. Las combinaciones que el Proyectista o Diseñador Estructural debe analizar, como mínimo, son:
• U = 1,4 (D+F) (9-1)
• U = 1,2 (D +F+T) + 1,6 (L+ H) + 0,5 (Lr ó S ó R) (9-2)
• U = 1,2 D + 1,6 (Lr ó S ó R) + (f1 L ó 0,8 W) (9-3)
• U = 1,2 D + 1,6 W + f1 L + 0,5 (Lr ó S ó R) (9-4)
• U = 1,2 D + 1,0 E + f1 (L + Lr) + f2 S (9-5)
• U = 0,9 D + 1,6 W + 1,6 H (9-6)
• U = 0,9 D + 1,0 E + 1,6 H (9-7)siendo:
f1 = 1,0 para lugares de concentración de público donde la sobrecarga sea mayor a 5,00 kN/m² y para playas de estacionamiento y garages.f1 = 0,5 para otras sobrecargas.
f2 = 0,7 para configuraciones particulares de cubiertas (tales como las de dientes de sierra), que no permiten evacuar la nieve acumulada.f2 = 0,2 para otras configuraciones de cubierta.
Los coeficientes de
mayoración de cargas g i
tienen en cuenta:- el grado de precisión con
el que puede determinarse cada carga.
- la probabilidad de simultaneidad con la que las distintas cargas pueden actuar.
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COEFICIENTES DE SEGURIDAD – DIN
>RESISTENCIA DEMANDA
RESISTENCIA ULTIMA
SS : Resistencia teórica
SOLICITACIONES MAYORADAS
n.QS: Solicitacionesn: Coeficiente de seguridad
global (n > 1)
≥
COEFICIENTE DE SEGURIDAD GLOBALnESTRUCTURA = S / Q ≥ nREGLAMENTO
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COEFICIENTES DE SEGURIDAD - EUROCODIGO
>RESISTENCIA DEMANDA
RESISTENCIA DE DISEÑO Rd
Rc/∅C; Rs/∅SRc; Rs : Resistencia teórica del hormigón y del acero respectivamente : Coeficiente de
minoración de la resistencia de los materiales (i> 1)
RESISTENCIA REQUERIDA U
Σγi.QiQi: Acciones nominalesi : Representa el tipo de
carga (permanente, variable, viento, etc.)
: Factor de mayoraciónde cargas ( 1)
≥
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ESTADOS LIMITES DE SERVICIODEFORMACIONES, FISURACION, VIBRACIONES, INCLINACION, ETC.
VERIFICACIONES “EN SERVICIO”!!!!!!O SEA, SIN MAYORAR LAS CARGAS
VALORES ADMISIBLES
Qadm
VALORES PREVISTOS
Qs
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V402 -15/50M40115/50
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C260/25 V403 -15/50
C10340/25
V405 -15/60M404 -15/60C440/25
C545/25
C1355/30
C1465/35
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C2565/35
M42215/50
C4235/25
V423 -15/50 C4360/25
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M425 -15/60 V426 -15/60C4540/25
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M406 -15/50 V407 -15/50
M40815/50 V409 -15/50 V410 -15/50
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PLANO PLANO DE DE ENCOFRADOENCOFRADO S/ S/ PLANTAPLANTA TIPOTIPO
ANTEPROYECTO PREDIMENSIONAMIENTO ANÁLISIS DE CARGAS DIMENSIONAMIENTOSOLICITACIONES