M. C. Tomás Amateco Reyes Mayo de I. CARGAS EN LA ESTRUCTURA 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción Muertas, vivas, eventuales,

Presentación del tema: "M. C. Tomás Amateco Reyes Mayo de I. CARGAS EN LA ESTRUCTURA 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción Muertas, vivas, eventuales,"— Transcripción de la presentación:

1 M. C. Tomás Amateco Reyes Mayo de 2013

2 I. CARGAS EN LA ESTRUCTURA 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción. 1.1.1 Muertas, vivas, eventuales, estáticas, móviles, dinámicas, etc. 1.2 Determinación y cuantificación de cargas. 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

3 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción. Cargas.  Accidentales: Son las fuerzas que actúan en una construcción, que no son gravitacionales y no tienen carácter permanente.  Activas: Son las fuerzas a las que está sometida una construcción que debe soportar: cargas vivas, cargas muertas, cargas accidentales.  Reactivas: Son aquellas con las cuales responden los apoyos a las cargas activas para tener en equilibrio un elemento o una construcción.  Internas: Son aquellas con las que responde una sección de un elemento para estar en equilibrio, tanto con las cargas activas como reactivas, a la izquierda o derecha, de dicha sección.

4 Definición de Cargas: Causa capáz de producir estados tensionales en una estructura. Las cargas se clasifican en: Según el tiempo de aplicación  Permanentes.  Variables.  Accidentales. Según su estado inercial  Estáticas.  Dinámicas.  Móviles.  De impacto. Según su ubicación en el espacio  Concentradas o puntuales.  Uniformemente distribuidas.  No uniformemente distribuidas. Dinámicas  Carga del Viento.  Cargas Sísmicas.  Cargas por presión del agua.  Cargas por presión del terreno. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.

5 Permanentes. Son las que duran toda la vida útil de la estructura. Comprenden al peso propio de la estructura y el de todas aquellas partes de la construcción rígidas y permanentemente ligadas a ellas. Ejemplo: estructura, instalaciones, cerramientos, revestimientos, contrapisos, etc. Muertas. Son aquellas cargas que actúan durante toda la vida de la estructura. Incluyen todos aquellos elementos de la estructura como vigas, pisos, techos, columnas, cubiertas y los elementos arquitectónicos como ventanas, acabados, divisiones permanentes. También se denominan cargas permanentes. Su símbolo “D”, corresponde a la inicial en inglés de Dead (muerto). 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.

6 Variables. Vivas. Son aquellas debidas al uso u ocupación de la construcción y que la identifican. Incluyen personas, objetos móviles o divisiones que puedan cambiar de sitio. Generalmente actúan durante períodos cortos de la vida de la estructura. También incluyen el impacto. También se denominan cargas de “ocupación”. Debido a la dificultad de evaluarlas, se especifican por los Códigos de Construcción, en kN/m2 en el SI o en kgf/m2 en el MKS. Usualmente se considera que ocupan toda el área del piso como cargas uniformes, aunque en algunos casos puedan estar concentradas en un área especifica. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.

7 Variables. Vivas para puentes. Las cargas vivas para PUENTES constituyen un campo muy especial y común para la Ingeniería Estructural. Generalmente es muy difícil predecir el tipo de vehículo que circulará por un puente. Solo en casos especiales, en explotaciones mineras con volquetas de gran capacidad, serán conocidas. Casi siempre es una mezcla de vehículos livianos y pesados (automóviles, camiones). En los puentes de gran claro el efecto producido por el tránsito de los vehículos puede simularse adecuadamente por una carga uniforme por unidad de longitud y una carga concentrada, la denominada «franja de carga por carril». En los puentes cortos la influencia de la carga de los ejes traseros es mayor y se acostumbra definir un vehículo tipo. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.

8 Accidentales. Son aquellas que cuya magnitud y/o posición pueden variar a lo largo de la vida útil de la estructura (actúan en forma transitoria, existiendo en determinados momentos solamente). Ejemplo: viento, personas, nieve, muebles, terremotos, etc. Cargas por sismo: El efecto producido por los movimientos sísmicos en las estructuras depende de la situación de la edificación con respecto a las zonas de actividad sísmica en el mundo. Los movimientos del terreno le transmiten a las construcciones aceleraciones, que producen en las estructuras reacciones de “inercia”, según la masa y su distribución en la estructura. La fuerza total de inercia se considera igual al denominado “cortante de base”, el cual es un porcentaje del peso total de la construcción. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.

9 Accidentales. Carga por viento: Las cargas de viento y explosiones producen presión o succión sobre las superficies expuestas de las construcciones. La carga de viento es una carga muy importante en el diseño de estructuras altas o muy flexibles, como los puentes colgantes, o de gran superficie lateral, como las bodegas o grandes cubiertas. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.

10 Estáticas. Son las que no cambian nunca su estado de reposo o lo hacen lentamente en el tiempo. En todos los casos son las que durante el tiempo que actúan están en estado de reposo, y por extensión también aquellas que tienen estado inercial despreciable, es decir que si bien varían en el tiempo lo hacen en forma muy lenta. Ejemplos: peso propio de cerramientos, solados, instalaciones, estructuras, etc.; publico en salas de espectáculos; personas en oficinas y viviendas. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.

11 Dinámicas. Son las que varían rápidamente en el tiempo. En todos los casos son las que durante el tiempo que actúan están en estado de movimiento (inercial) considerable. Según como sea la dirección del movimiento podemos clasificarlas en : Móviles. Son aquellas en las cuales la dirección del movimiento es perpendicular a la dirección en que se produce la carga. Ejemplos: desplazamiento de un vehículo; desplazamiento de una grúa móvil sobre sus rieles; desplazamiento de un tren sobre sus rieles. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.

12 De impacto. Son aquellas en las cuales la dirección del movimiento es coincidente con la dirección en que se produce la carga. Se caracterizan por un tiempo de aplicación muy breve (instantánea). 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.

13 Ejemplos de cargas dinámicas :  Choque de un vehículo.  Movimiento sísmico.  Publico saltando sobre gradas en estadios deportivos.  Acción de frenado (sobre paragolpes en estación terminal de trenes). Todas las cargas dinámicas tienen un efecto de resonancia. Todas las estructuras son elásticas, debido a que poseen la propiedad de deformarse bajo la acción de las cargas y de volver a su posición normal luego de desaparecer dicha acción. Como consecuencia, las estructuras tienden a oscilar. El tiempo en que tarda una estructura en describir una oscilación completa se llama periodo fundamental. 1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23 1.2 Determinación y cuantificación de cargas. Análisis de cargas gravitacionales.  Cargas muertas. Artículo 196, 197 y 198 RCDF 1995.  Cargas vivas. Artículo 198 y 199 RCDF 1995. Wm carga viva máxima -> Se emplea en el diseño por cargas gravitacionales. Wa carga instantánea -> Se emplea en el diseño sísmico y por viento. W carga media -> Se emplea para el cálculo de asientos diferidos y en el cálculo de fechas diferidas.

24 Análisis de cargas gravitacionales.  Determinación del peso propio de vigas y columnas.  Determinación del peso propio de muros.  Determinación de las cargas en los marcos por nivel. 1.2 Determinación y cuantificación de cargas.

25 Análisis de cargas gravitacionales.  Integración del peso por nivel. Elemento Peso unitario (kg/m) Longitud/altura /sección m/m/m 2 Peso (kg) Losa Vigas transversales Vigas longitudinales Muros transversales Muros longitudinales 1.2 Determinación y cuantificación de cargas.

26 Combinaciones de cargas (RCDF-2004). a)Estas incluyen acciones permanentes y acciones variables. Se consideran todas las acciones permanentes y las distintas acciones variables; la más desfavorable de éstas se toma con su intensidad máxima, y el resto con la instantánea. Para evaluar efectos a largo plazo, se considera la intensidad media de todas las acciones variables. b)En las combinaciones que incluyen acciones permanentes, variables y accidentales, se consideran todas las acciones permanentes, las variables con sus valores instantáneos, y una sola acción accidental. 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

27 Factores de carga (RCDF-2004). a)En las combinaciones de acciones del inciso a del párrafo anterior, FC = 1.4, o 1.5 si la edificación es del grupo A. b)En las combinaciones de acciones del inciso b del párrafo anterior, FC = 1.1; se aplica a los efectos de todas las acciones que forman parte de la combinación. c)Para acciones o fuerzas internas cuyo efecto es favorable a la resistencia o estabilidad de la estructura, FC = 0.9, y se toma como intensidad de la acción su valor mínimo probable. d)Para revisar los estados límite de servicio, FC es, siempre, igual a 1.0. 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

28 Combinaciones de cargas factorizadas para diseño por resistencia (RCDF 2004). Las estructuras y sus componentes deben diseñarse de manera que su resistencia de diseño iguale, o exceda, los efectos de las combinaciones siguientes de cargas factorizadas: 1.4 (Cm + Cv) Estructuras del grupo B. 1.5 (Cm + Cv) Estructuras del grupo A (edificaciones muy importantes). 1.1 (Cm + Cv + Ca) Combinación de carga que incluya alguna acción accidental. Cv es el valor instantáneo de la carga viva de diseño. 0.9 Cm + 1.1 (Cm + Cv + Ca) Combinación de carga que incluya alguna acción cuyo efecto sea favorable para la seguridad de la estructura. 0.9 Cm + 1.1 Ca Combinación de carga para volteo. 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

29 Factores de Carga (Normas Técnicas Complementarias de Mexicali, NTCM-2012). A fin de revisar la seguridad de una estructura deberá considerarse el efecto combinado de todas las acciones que tengan una probabilidad no despreciable de ocurrir simultáneamente y regirá en el diseño la combinación que produzca los efectos más desfavorables. Se combinarán los efectos de las cargas y deformaciones impuestas empleando factores de carga Fc, teniendo como mínimo las siguientes: a) 1.4 Sm + 1.4 Sv b) 1.1 Sm + 1.1 Sva ± 1.1 Sw c) 1.1 Sm + 1.1 Sva ± 1.1 Ss d) 0.9 Sm ± 1.1 Sw e) 0.9 Sm ± 1.1 Ss f) 1.4 Sm + 1.4 Sv + 1.4 Sh g) 0.9 Sm ± 1.1 Sw + 1.4 Sh Donde: Sm carga muerta Sv carga viva Sva carga viva para el diseño en combinación con carga accidental (sismo o viento) Sw acción debida a viento Ss acción debida a sismo 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

30 Factores de Carga (NTCM-2012). Donde: Sm carga muerta Sv carga viva Sva carga viva para el diseño en combinación con carga accidental (sismo o viento) Sw acción debida a viento Ss acción debida a sismo St acción debida a cambios de temperatura Sh acción debida a presión lateral de tierras, presión de agua en el terreno o presión de materiales granulares. Sx cargas, fuerzas y efectos debidos a deformaciones impuestas por contracción o expansión por cambios de temperatura o de humedad, flujo plástico, movimientos debidos a asentamientos diferenciales, o cualquier combinación de estos efectos. 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

31 Factores de Carga (NTCM-2012). A fin de revisar la seguridad de una estructura deberá considerarse el efecto combinado de todas las acciones que tengan una probabilidad no despreciable de ocurrir simultáneamente y regirá en el diseño la combinación que produzca los efectos más desfavorables. 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

32 Factores de Carga (NTCM 2012). Para revisión de estados límite de servicio y para el empleo del método de diseño elástico se usarán las siguientes combinaciones de efectos de las cargas: a) Sm b) Sm + Sv c) Sm + St d) Sm + Sv + St e) Sm + (Sw ó Ss) f) Sm + Sva + (Sw ó Ss) g) Sm + (Sw ó Ss) + St h) Sm + Sva + (Sw ó Ss) + Sx 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

33 Factores de Carga (NTCM 2012). En el uso del método de diseño elástico para las combinaciones a), b), c) y d), los esfuerzos admisibles no deberán incrementarse. En el diseño elástico por las combinaciones e), f), g), y h), los esfuerzos admisibles se incrementarán en 33 por ciento, en la dirección actuante. Para la combinación h) los esfuerzos admisibles se incrementarán para el caso del concreto en 33 por ciento para la combinación con sismo y el 40 por ciento para la combinación con viento. Para el acero de refuerzo y estructural los incrementos serán de 50 y 60 por ciento respectivamente. 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

34 CAPÍTULO XII DISENO ESTRUCTURAL INCLUYENDO EFECTOS DE DEFORMACIONES IMPUESTAS (LREEBC1992). ARTÍCULO XII.1 En el método de diseño elástico se usarán las siguientes combinaciones de efectos de las cargas y de las deformaciones impuestas. a) Carga muerta + carga viva + deformaciones impuestas por hundimientos diferenciales, temperatura y contracción de fraguado; b) La combinación anterior más carga de sismo o viento. Los esfuerzos admisibles se incrementarán para el caso del concreto en 33 por ciento para la combinación con sismo y el 40 por ciento para la combinación con viento. Para el acero de refuerzo y estructural los incrementos serán de 50 y 60 por ciento respectivamente, y 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

35 CAPÍTULO XII DISENO ESTRUCTURAL INCLUYENDO EFECTOS DE DEFORMACIONES IMPUESTAS (LREEBC1992). ARTÍCULO XII.1 Si se emplea un método de diseño por resistencia última, se combinarán los efectos de las cargas y deformaciones impuestas empleando factores de carga congruentes con el método de diseño que se adopte. 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

36 Combinaciones de cargas (American Iron and Steel Institute, AISI-1997). En ausencia de un código o especificación aplicable, o si el código o especificación aplicable no incluye combinaciones de cargas para ASD, la estructura y sus componentes se deben diseñar de manera que las resistencias de cálculo admisibles sean mayores o iguales que los efectos de las cargas nominales para cada una de las siguientes combinaciones de cargas: 1. D 2. D + L + (Lr o S o Rr) 3. D + (W o E) 4. D + L + (Lr o S o Rr) + (W o E) 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

37 Cargas de viento o cargas sísmicas (AISI-1997). Cuando las combinaciones de cargas especificadas en el código o especificación aplicable o en la Sección A5.1.2 incluyen cargas de viento o cargas sísmicas, estará permitido multiplicar las fuerzas resultantes por 0.75. Además, cuando el modelo de cargas sísmicas especificado en el código o especificación aplicable es en base a estados límites, estará permitido multiplicar la carga sísmica resultante por 0.67. Excepción: No se permite ninguna reducción de las fuerzas cuando se evalúan diafragmas aplicando los requisitos de la Sección D5. 1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

38 Factores de carga y combinaciones de cargas (AISI-1997). En ausencia de un código o especificación aplicable, o si el código o especificación aplicable no incluye combinaciones de cargas y factores de carga para LRFD, la estructura y sus componentes se deben diseñar de manera que las resistencias de cálculo sean mayores o iguales que los efectos de las cargas nominales factoradas para cada una de las siguientes combinaciones de cargas: 1. 1,4 D + L 2. 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (Lr o S o Rr) 3. 1,2 D + 1,6 (Lr o S o Rr) + (0,5 L ó 0,8 W) 4. 1,2 D + 1,3 W + 0,5 L + 0,5 (Lr o S o Rr) 5. 1,2 D + 1,5 E + 0,5 L + 0,2 S 6. 0,9 D - (1,3 W ó 1,5 E)

39 1.3 Combinaciones de cargas más usuales. Factores de carga y combinaciones de cargas (AISI-1997). Excepciones: 1. En las combinaciones (5) y (6) el factor de carga correspondiente a E es igual a 1.0 cuando el modelo de cargas sísmicas especificado por el código o especificación aplicable se basa en estados límites. 2. En las combinaciones (3), (4) y (5) el factor de carga correspondiente a L es igual a 1.0 en el caso de cocheras para estacionamiento de vehículos, áreas ocupadas como lugares de asamblea pública y todas las áreas en las cuales la sobrecarga es superior a 100 psf. 3. Para el caso de viento sobre correas, cintas, paneles de tabiques y tableros de cubiertas, multiplicar el factor de carga correspondiente a W por 0.9. 4. En la combinación (3) el factor de carga correspondiente a Lr es igual a 1.4 en vez de 1.6 cuando la sobrecarga de cubierta se debe a la presencia de trabajadores y materiales durante las tareas de reparación.

40 1.3 Combinaciones de cargas más usuales. Juicio Estructural Las normas, la intuición y el sentido común, son la parte esencial de un buen juicio estructural, que produce buenos conceptos y excelentes diseños. Las computadoras y los reglamentos permiten confirmar lo que fue intuido.