Metodos de-diseno

Métodos de Diseño

CONTENIDO Métodos de Diseño

1. Introducción

2. Principios del diseño estructural

3. Filosofías de diseño

4. Cargas y combinaciones de carga

5. Métodos de análisis

1. Introducción

El Diseño Estructural es un proceso creativo

basado en el conocimiento de los principios de

estática, dinámica, mecánica de sólidos y

análisis estructural.

Producto es una estructura segura y económica

que cumple su propósito (requisitos de diseño).

DISEÑO

ESTRUCTURAL

1. Introducción

• Resistencia.

• Deformación máxima.

• Estabilidad.

• Vibraciones.

• Costo mínimo.

– Peso mínimo.

– Mano de obra requerida mínima.

• Tiempo de construcción mínimo.

• Máxima facilidad de mantenimiento.

• Máxima eficiencia de operación.

REQUISITOS

DE DISEÑO

1. Introducción

1. Definición conceptual.

2. Definición de solicitaciones a considerar.

3. Estructuración.

4. Selección de elementos.

5. Análisis.

6. Evaluación.

7. Emisión de planos y especificaciones.

ETAPAS DE

UN DISEÑO

1. Introducción

• Cargas muertas.

• Cargas vivas estáticas.

• Cargas vivas móviles.

• Impacto.

• Nieve.

• Viento.

• Sismos.

• Lluvia.

• Empuje de suelos.

• Inundación.

• Otros.

SOLICITACIONES


Modelos de carga Modelo estructural Modelos de resistencia

Análisis estructural

Comparar respuesta vs.

resistencia No cumple Cumple

Fin

Revisar diseño

Proceso de diseño estructural

PROCESO DE

DISEÑO


• Variabilidad de las solicitaciones

– Cambio de uso

– Estimación poco conservativa de las solicitaciones

– Mala estimación de los efectos de las solicitaciones debido a

simpificaciones excesivas durante análisis

– Diferencias en el proceso constructivo

INCERTEZAS

SOLICITACIONES

Q

Solicitaciones

Qc

Probabilidad de exceder Qc


• Variabilidad de la resistencia

– Imperfecciones geométricas

– Tensiones residuales.

– Variabilidad de la resistencia del material

– Defectos en el proceso constructivo

– Deterioro de resistencia con el tiempo

– Aproximación en fórmula para determinar la resistencia

INCERTEZAS

RESISTENCIA

R

Resistencia

Rc

Probabilidad de tener

resistencia menor que Rc


• Diseño estructural debe proveer confiabilidad adecuada

para el caso de solicitaciones mayores que las

consideradas o baja resistencia

OBJETIVO DEL

DISEÑO

Q R

Qm Rm

Falla


Q R

Qm Rm

gQc

fRc

CONFIABILIDAD

ESTRUCTURAL

Probabilidad de falla:

Falla

0ln10

QRP

QRPQRP


ln(R/Q)

[ln(R/Q)]m

bsln(R/Q)

0

INDICE DE

CONFIABILIDAD

22

ln

QR

mm

VV

QR

b Indice de

Confiabilidad

Falla


• AISC-LRFD

INDICE DE

CONFIABILIDAD

Combinaciones de carga b objetivo

Carga permanente + carga viva (o nieve) 3 para miembros

4.5 para uniones

Carga permanente + carga viva + viento 2.5 para miembros

Carga permanente + carga viva + sismo 1.75 para miembros


• Diseño por tensiones admisibles (tensiones de trabajo)

– Cargas de servicio

– Tensiones admisibles

• Diseño por estados límite

– Estados límite últimos

• Resistencia última

– Estados límite de servicio

• Deformaciones

• Vibraciones

METODOS DE

DISEÑO


Método de Diseño por tensiones admisibles (ASD):

Asume la misma variabilidad para todas las

solicitaciones (g = cte.)

Escrito en otro formato

in Q

R

g

f

QFS

RR n

adm

TENSIONES

ADMISIBLES


Método de Diseño por factores de carga y resistencia

(LRFD)

• Basado en:

– Modelo probabilístico

– Calibración con ASD

– Evaluación de experiencias previas

uiin QQR gf

FACTORES DE CARGA

Y RESISTENCIA


• LRFD: – Es una herramienta disponible.

– Más racional que ASD.

– Permite cambios más fácilmente que ASD.

– Puede ser adaptado para solicitaciones no consideradas.

– Permite compatibilizar diseños con distintos materiales.

• ASD: – Aún se sigue utilizando como método de diseño

– Rehabilitación/reparación de estructuras antiguas.

VENTAJAS

COMPARATIVAS


• Especificaciones

– SEI/ASCE 7-02: Minimum Design Loads for Buildings and Other

Structures:

• Reglamentos o códigos de construcción

– Eurocode 1: “Basis of Design and Actions on Structures”.

– Códigos nacionales o regionales.

NORMAS

Y GUIAS


• Cargas muertas (D).

• Cargas vivas estáticas (L, Lr).

• Cargas vivas móviles (L).

• Impacto (I).

• Nieve (S).

• Viento (W).

• Sismos (E).

• Lluvia (R).

• Empuje de suelos (H).

• Inundación (F).

• Otros.

CARGAS


• Peso propio de la estructura.

• Peso propio de las terminaciones de pisos y muros.

• Peso de ductos y servicios.

• Peso de tabiques.

CARGAS

MUERTAS

Losa

estructural


Cargas vivas estáticas:

• Sobrecargas de uso

– habitacional,

– de oficinas,

– de almacenamiento,

– de estacionamiento

• Tráfico peatonal o vehicular

– Cargas distribuidas

– Cargas móviles

CARGAS

VIVAS


• Velocidad máxima vmax de viento esperada (en N años)

– Localización geográfica

– Irregularidad del terreno

• Presión básica q = q(vmax).

• Variación de la presión en altura.

• Modificación por

– Dirección de incidencia

– Inclinación de superficies

CARGAS

DE VIENTO

a

C2·q

C1·q

C3·q

C4·q

q(h)

Viento


• Método elástico estático

Q = Cs · W

CARGAS

SISMICAS

W1

M·a

Movimiento del suelo

W2

W1

Q1 + Q2 = Q

Cortante basal

W2

Q2

Q1


• Combinaciones de carga LRFD (ASCE 7-02)

1. 1.4(D + F)

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

3. 1.2D + 1.6(Lr or S or R) + (L or 0.8W)

4. 1.2D + 1.6W + L + 0.5(Lr or S or R)

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

6. 0.9D + 1.6W + 1.6H

7. 0.9D + 1.0E + 1.6H

COMBOS

DE CARGA


• Combinaciones de carga ASD (ASCE 7-02)

– D+ F

– D + H + F + L + T

– D + H + F + (Lr or S or R)

– D + H + F + 0.75(L + T ) + 0.75(Lr or S or R)

– D + H + F + (W or 0.7E)

– D + H + F + 0.75(W or 0.7E) + 0.75L + 0.75(Lr or S or R)

– 0.6D + W + H

– 0.6D + 0.7E + H

COMBOS

DE CARGA


• Método elástico

– Material es elástico, lineal, homogéneo e isótropo.

– Miembros elásticos

– Pequeñas deformaciones

METODO

ELÁSTICO

s

e

sy

E



– Límite de aplicación está dado por primera fluencia de la sección

METODO

PLÁSTICO

My

Fy

-Fy



– Resistencia de la estructura está dada por primera fluencia o

límite de deformación

METODO

PLÁSTICO

Py Dmax


• Existe reserva de resistencia en la sección

METODO

PLÁSTICO

M1>My

Fy

-Fy

My

Fy

-Fy


• Existe reserva de resistencia en la estructura

(hiperestaticidad)

METODO

PLÁSTICO

Rango elástico

P1≤Py

Plastificación de viga

P2>Py

Colapso

Pu>P2


• Método plástico

– Material es elástico-perfectamente plástico.

– No hay inestabilidad

– No hay fractura

– No hay fatiga

METODO

PLÁSTICO

s

e

sy

E



– Estado límite en la sección es plastificación

METODO

PLÁSTICO

Mp

Fy

-Fy



– Estado límite en la estructura es colapso

METODO

PLÁSTICO

Pu

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