Apuntes de diseño estructural, Apuntes de Teoria de Estructuras

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Notas de

DISEÑO

ESTRUCTURAL

UEA: 114331

Notas elaboradas por:

Mtro. Mario Ramírez Centeno

Dr. Amador Terán Gilmore

Enero de 2006

INTRODUCCIÓN

Una estructura debe proporcionar comodidad a sus ocupantes, garantizar su operación sin problemas cotidianamente, y garantizar la supervivencia de sus ocupantes en caso que se de un evento de severidad extrema.

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Servicio (todos los días) Seguridad (eventos extremos y raros)

Procedimiento de Diseño

1. Dimensionar y diseñar estructura para que satisfaga el estado límite de seguridad.
2. Revisar y ajustar estructura para que satisfaga el estado límite de servicio. Concepto de estado límite Un estado límite define el estado máximo de daño que es aceptable en la estructura en función de su importancia y operación y de la severidad de la acción a la que esta sometida. Estado límite de servicio. En caso de todos los días, se requiere evitar deflexiones excesivas, agrietamiento, vibraciones excesivas, transmisión de ruido, etc. Suele estar asociado a la rigidez y detallado de los elementos Estructurales. Estado límite de seguridad. En casos extremos en que las Acciones exhiban intensidades muy grandes, se requiere evitar fallas que pongan en riesgo la seguridad de los ocupantes o que resulte en una pérdida significativa de la capacidad resistente. Suele estar asociado a la resistencia y detallado de los elementos estructurales.

Proceso de Diseño FASE CONCEPTUAL FASE NUMÉRICA IMPLANTACIÓN

FASE NUMÉRICA

DEMANDA ≤ CAPACIDAD

de de

Resistencia Resistencia

Rigidez Rigidez

Capacidad de Capacidad de

Deformación Deformación

Esta ecuación se resuelve en dos etapas.

1. Análisis. En este curso aprenderemos a establecer las cargas a las que se sujetan las estructuras. El procedimiento de análisis nos permitirá establecer las fuerzas internas en los elementos estructurales de la estructura.

• Diseño. Se dimensionan y detallan los elementos estructurales para que sean capaces de acomodar de manera adecuada sus fuerzas internas. En este curso enfocaremos nuestra atención a estructuras de mampostería. FASE NUMÉRICA

Estrategia de Diseño FC S ≤ FR R Donde FC es un factor de carga mayor que uno, y FR es un factor de reducción de resistencia menor que uno. Probabilidad Resistencia

S < R

Probabilidad de falla Probabilidad Resistencia

S R

IMPLANTACIÓN Revisión del diseño Construcción Supervisión de mantenimiento y operación FASE CONCEPTUAL FASE NUMÉRICA

cortantes y momentos producidos por las acciones). Dimensionamiento Determinación de las dimensiones de los diferentes ele- mentos de la estructura, una vez conocidas las acciones a las que están sometidos. El dimensionamiento se basa en la resistencia de materiales, el análisis estructural y la es- tática. Seguridad y condiciones de servicio de las estructuras Seguridad de las estructuras 1.- Suficientemente resistente. Resistencia: valor máximo que una acción puede alcanzar en una estructura o en una de sus partes. Cargas de servicio: acciones que razonablemente actuarán en condiciones usuales sobre una estructura. Factor de seguridad: cociente entre la resistencia y el va- lor máximo esperado de la acción. Debe tomar en cuenta incertidumbres tales como:

• Desconocimiento de las acciones.

• Validez de hipótesis y simplificaciones.
• Discrepancia de propiedades mecánicas.
• Diferencia entre lo diseñado y lo construido.
• Deterioro con el tiempo. Condiciones de servicio y límites tolerables
• Condiciones de servicio: condiciones en las que se en- cuentra una estructura bajo las acciones que se cree actuarán en ella normalmente.
• En condiciones de servicio se estudia: 1.- Resistencia. 2.- Deformaciones. 3.- Agrietamiento. 4.- Durabilidad. 5.- Vibraciones

Los reglamentos Son documentos que reflejan el grado de conocimiento so- bre el comportamiento estructural y prácticas constructi- vas. Los reglamentos establecen requisitos mínimos que deben cumplir las estructuras de manera que resulten diseños con niveles de seguridad adecuados. Los reglamentos de cons- trucción tienen carácter legal y son establecidos por alguna entidad gubernamental (en México se establecen a nivel municipal). Un reglamento no establece procedimientos de diseño, solamente define requisitos y restricciones de diseño que deben satisfacerse.

• Tienen valor legal.
• Protegen a la sociedad y a los propietarios.
• No pueden preveer todos los posibles problemas.
• Deben aplicarse con inteligencia y criterio.
• La responsabilidad descansa en el proyectista, no en el reglamento. Se distinguen dos enfoques: a) Reglamentos prescriptivos. Dan reglas específicas y rígidas. b) Reglamentos de requisitos de comportamiento. Esta- blecen cómo deben comportarse las estructuras, sin de- finir en detalle cómo lograrlo.

Estado límite de servicio Art. 149 La ocurrencia de desplazamientos, agrietamientos, vibraciones o daños que afecten el correcto funcionamiento de la edificación, pero que no perjudiquen su capacidad para tomar carga Condiciones de diseño Art. 158 Estado límite de falla Fc(Acciones nominales) ≤ Fr(Resistencia nominal) Fuerza interna de diseño Resistencia de diseño Estado límite de servicio Con las acciones sin factor de carga no se debe rebasar ningún estado límite de servicio

Fc = Factor de carga. Tiene por objeto tomar en cuenta las consecuencias de la falla y las incertidumbres en la magnitud de las acciones y los métodos de análisis. Sus valores oscilan entre 0.9 y 1.5. Fr = Factor de reducción de resistencia. Toma en cuenta la variabilidad de los resultados experimentales, la incertidumbre de las fórmulas para el cálculo de la resistencia y el tipo de falla (frágil o dúctil). Oscila entre 0.4 y 1.0. ACCIONES SOBRE LAS ESTRUCTURAS Acción: Todo aquello que produce deformaciones en las estructuras.

• Es fundamental la correcta determinación de las acciones sobre las estructuras.
• Deben definirse qué acciones actúan simultaneamente. a) Debidas al hombre. b) Debidas a fenómenos naturales: sismo, viento, nieve.