ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACEROESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 CARGAS, FILOSOFIA Y REQUISITOS PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL EN ACERO ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 ¿Cuál es Nuestro Propósito? El propósito de cualquier diseño ya sea estructural, vial, hidráulico, geotécnico, etc. Consiste en garantizar la SEGURIDAD e INTEGRIDAD del diseño durante su etapa de proyecto, durante su proceso constructivo, durante su completa operatividad destinada e incluso ante acciones extraordinarias que pueden llegar a ser impredecibles. ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 ¿Cómo Garantizamos Seguridad? La seguridad de nuestros diseños dependerá básicamente de lo siguiente: • Aprendizaje constante. • Conocimiento pleno acerca de nuestro proyecto. • Estudios o soportes técnicos. (véase ensayos, investigaciones, etc.) • Normativas vigentes. • Uso correcto de los conocimientos adquiridos. • Ética profesional. • CONSULTAR otras opiniones o puntos de vistas. (Importante) ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Conocer Nuestro Proyecto En la ingeniería civil es vital un conocimiento pleno de sobre el proyecto que estemos por diseñar, ya que esto nos suministrara la información o INTERROGANTES necesarias para poder realizarlo adecuadamente cumpliendo con nuestro propósito final de seguridad. Para el diseño de edificaciones en línea general pudiéramos describir la información básica que se necesita para poder realizar un proyecto: • Destinación o propósito de la edificación. (Muy importante) • Ubicación del proyecto. • Arquitectura del proyecto. • Materiales de construcción. (opcional) • Sistema estructural. ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Cargas o Acciones Sobre la Estructura Las cargas o acciones sobre una estructura se pueden definir como cualquier agente externo que altere el equilibrio interno de la estructura. Una estructura responderá ante dichas acciones externar distribuyéndolas a lo largo de estas y traduciéndolas en distintos tipos de fuerzas internas y en consecuencia deformaciones sobre la misma. Dicha respuestas expresada en forma de fuerzas internas se le conoce como solicitaciones. Solicitaciones: • Momento flector. • Cortante o cizalladura. • Fuerzas axiales. • Momentos torsores. • Tensiones combinadas ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Cargas o Acciones Sobre la Estructura Acciones Respuesta ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Cargas o Acciones Sobre la Estructura Tipos de Carga: • Cargas estáticas: pueden considerarse aquellas cargas cuya magnitud no varia de manera significativa a lo largo del tiempo. Cargas permanentes o muertas: Son las que actúan continuamente sobre la edificación y cuya magnitud puede considerarse invariable en el tiempo, como las cargas debido al peso propio de los componentes estructurales y no estructurales, pavimentos, rellenos paredes, mampostería, instalaciones sanitarias y eléctricas, etc. Igualmente, los empujes estáticos de líquidos y tierra que tengan un carácter permanente, las deformaciones y los desplazamientos impuestos por el efecto de pretensión, los debidos a movimientos diferenciales permanentes de los apoyos, acciones reológicas y de temperatura. ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Cargas o Acciones Sobre la Estructura Tipos de Carga: • Cargas estáticas: pueden considerarse aquellas cargas cuya magnitud no varia de manera significativa a lo largo del tiempo. Cargas variables o vivas: son aquellas que actúan sobre la edificación con una magnitud variable en el tiempo y que se deben a su ocupación y uso habitual, como las cargas de personas, objetos, vehículos, ascensores, maquinarias, grúas móviles y sus efectos de impacto, así como acciones variables de temperaturas y empujes de tierra y liquido que tengan carácter variables. A pesar de que varían en el tiempo se consideran cargas estáticas debido a que dichas cargas son generalmente normalizadas en cada región mediante estudios probabilísticos, con el propósito de simular una carga máxima probable a lo largo del funcionamiento de la edificación. ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Cargas o Acciones Sobre la Estructura Tipos de Carga: • Cargas dinámicas: pueden considerarse aquellas cargas cuya magnitud varia de manera significativa en un periodo muy corto de tiempo. Cargas accidentales: son las acciones que en la vida útil de la edificación tienen una pequeña probabilidad de ocurrencia solo durante lapsos breves de tiempo, como las acciones debido al sismo, al viento, etc. Cargas Extraordinarias: Son las acciones que normalmente no se consideran entre las que actúan en la vida útil de una edificación y que, sin embargo, pueden presentarse en casos excepcionales y causar catástrofes, como las acciones debidas a explosiones, incendios, etc. ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Filosofía de Diseño Estados límites: se usa para describir una condición en la que una estructura o parte de ella deja de cumplir su función prescrita. Existen 2 tipos de estados limites: • Agotamiento resistente: definen la capacidad de sustentar una carga, incluyendo la cedencia excesiva, la fractura, el pandeo, la fatiga y el desplazamiento bruto de un cuerpo rígido. • Servicio: definen el comportamiento, incluyendo la deflexión, el agrietamiento, desplazamientos, vibraciones, etc. ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Filosofía de Diseño A lo largo del tiempo siempre a existido la incertidumbre acerca la magnitud de las cargas que actúan sobre las estructuras así como la capacidad de la misma para sustentar dichas cargas. Debido a dicha incertidumbre se han dispuesto de 2 enfoques de diseño con la finalidad de obtener diseños a favor de la seguridad pero reduciendo el margen de probabilidad de excedencia de las cargas actuantes contra la capacidad estructural. Estas filosofías son: • Load and Resistance Factor Design (LRFD) – Teoría de estados limites. • Allowable Stress Design (ASD) – Diseño por capacidad admisible. ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Filosofía de Diseño LRFD Es un enfoque de diseño en el que consiste aplicar factor de modificación tanto en las cargas como en las capacidad de los miembros estructurales a diseñar, con la finalidad de disminuir la probabilidad de excedencia entre las cargas actuantes y la capacidad estructural. Fuerza actuante Resistencia nominal. (Demanda) (Capacidad) ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Filosofía de Diseño LRFD Enfoque probabilístico del LRFD: Si bien pudiéramos decir que las cargas actuantes pueden describirse como a una densidad de probabilidad matemática(distribución probabilística normal o estándar), la capacidad estructural también, por lo tanto, puede determinarse la probabilidad de excedencia entre ambas densidades. Cargas, Q Capacidad, R Probabilidad de excedencia ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Filosofía de Diseño LRFD Partiendo del principio que las cargas actuantes no deben superar la capacidad estructural, se puede llegar a lo siguiente: estándar 𝑅−𝑄 ≥0 𝑅 ≥1 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 − 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑄 𝑅 ln ≥0 𝑄 𝑅𝑚 𝜎 = 𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟 ln 𝑄𝑚 𝛽= ≥0 𝛽 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑. 𝜎𝑅 2 + 𝜎𝑄 2 ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Filosofía de Diseño LRFD Mediante el estudio probabilístico de los distintos tipos de cargas actuantes sobre una estructura y de la capacidad de los miembros estructurales, se determinaron múltiples factores de modificaciones de cargas y resistencia, por lo que la filosofía de diseño se enuncia la siguiente manera: 𝛾𝑖 . 𝑄𝑖 ≤ 𝜑𝑖 . 𝑅𝑖 𝛾𝑖= 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎. 𝑄𝑖 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠 𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠. 𝜑𝑖 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑛𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎. 𝑅𝑖 = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙. ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Combinaciones de Carga. Adicionalmente del estudio previo para la determinación de los factores de carga y de resistencia, con la finalidad de simular múltiples escenarios donde las cargas pueden influenciar de manera distinta sobre ciertos miembros estructural o donde evidencian un comportamiento especifico de interés general, se crearon combinaciones de las posibles cargas actuantes sobre la estructura: • D = Cargas permanentes. 1. 1.4D • L = Cargas variables. 2. 1.2D + 1.6L + 0.5(Lr or S or R) • Lr = Cargas variables de techo. 3. 1.2D + 1.6(Lr or S or R) + (L or 0.5W) • R = Cargas de lluvia. 4. 1.2D + 1.0W + L + 0.5(Lr or S or R) • S = Cargas de nieve. 5. 1.2D + 1.0E + L + 0.2S • E = Cargas de sismo. 6. 0.9D + 1.0W • W = Cargas de Viento 7. 0.9D + 1.0E ING. SERGIO VALLE ÁNALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL CON ANSI/AISC 360 Factores de minoración de resistencia. Estos factores a pesar de que todos cumplen con un mismo propósito, minorar la resistencia nominal de los miembros estructurales, existen múltiples factores aplicados a cada estado limite de agotamiento resistente (diseño por flexión, cortante, axial, etc.) y dependerán de la normativa aplicada al diseño. En líneas generales se puede interpretar el diseño mediante el enfoque LRFD como una filosofía adecuada debido a que consiste básicamente en realizar un diseño que acorde con cargas mayoradas (primer factor de seguridad) comparadas contra una resistencia minorada (segundo factor de seguridad). Aumento de Disminución de σ 𝛾𝑖 . 𝑄𝑖 ≤ 𝜑𝑖 . 𝑅𝑖 z Resistencia Cargas ING. SERGIO VALLE