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Métodos de Diseño
Ricardo Herrera Mardones Departamento de
Ingeniería Civil, Universidad de Chile Santiago,
Chile Octubre de 2006
Elaboración, guión y locución a cargo del Dpto.
de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile
con coordinación del Ing. Ricardo Herrera
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Métodos de Diseño
CONTENIDO

1. Introducción
2. Principios del diseño estructural
3. Filosofías de diseño
4. Cargas y combinaciones de carga
5. Métodos de análisis

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1. Introducción
DISEÑOESTRUCTURAL

• 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).

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1. Introducción
REQUISITOSDE DISEÑO

• 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.

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1. Introducción
ETAPAS DEUN DISEÑO

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.

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1. Introducción
SOLICITACIONES

• Cargas muertas.
• Cargas vivas estáticas.
• Cargas vivas móviles.
• Impacto.
• Nieve.
• Viento.
• Sismos.
• Lluvia.
• Empuje de suelos.
• Inundación.
• Otros.

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2. Principios del diseño estructural
PROCESO DEDISEÑO
Modelos de carga
Modelo estructural
Modelos de resistencia
Análisis estructural
Revisar diseño
Comparar respuesta vs. resistencia
No cumple
Cumple
Proceso de diseño estructural
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2. Principios del diseño estructural
INCERTEZASSOLICITACIONES

• Variabilidad de las solicitaciones
• Cambio de uso
• Estimación poco conservativa de las
  solicitaciones
• Mala estimación de los efectos de las
  solicitaciones debido a simplificaciones
  excesivas durante análisis
• Diferencias en el proceso constructivo

Q
Solicitaciones
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2. Principios del diseño estructural
INCERTEZASRESISTENCIA

• 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

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2. Principios del diseño estructural
OBJETIVO DELDISEÑO

• Diseño estructural debe proveer confiabilidad
  adecuada para el caso de solicitaciones mayores
  que las consideradas o baja resistencia

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2. Principios del diseño estructural
CONFIABILIDADESTRUCTURAL
Q
R
Qm
Rm
Probabilidad de falla
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2. Principios del diseño estructural
INDICE DECONFIABILIDAD
Índice de Confiabilidad
0
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2. Principios del diseño estructural
INDICE DECONFIABILIDAD

• AISC-LRFD

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
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3. Filosofías de diseño
METODOS DEDISEÑO

• 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

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3. Filosofías de diseño
TENSIONESADMISIBLES

• Método de Diseño por tensiones admisibles (ASD)
• Asume la misma variabilidad para todas las
  solicitaciones (g cte.)
• Escrito en otro formato

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3. Filosofías de diseño
FACTORES DE CARGAY RESISTENCIA

• Método de Diseño por factores de carga y
  resistencia (LRFD)
• Basado en
• Modelo probabilístico
• Calibración con ASD
• Evaluación de experiencias previas

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3. Filosofías de diseño
VENTAJASCOMPARATIVAS

• 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.

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4. Cargas y combinaciones de carga
NORMASY GUIAS

• 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.

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4. Cargas y combinaciones de carga
CARGAS

• 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.

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4. Cargas y combinaciones de carga
CARGASMUERTAS

• Peso propio de la estructura.
• Peso propio de las terminaciones de pisos y
  muros.
• Peso de ductos y servicios.
• Peso de tabiques.

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4. Cargas y combinaciones de carga
CARGASVIVAS

• Cargas vivas estáticas
• Sobrecargas de uso
• habitacional,
• de oficinas,
• de almacenamiento,
• de estacionamiento
• Tráfico peatonal o vehicular
• Cargas distribuidas
• Cargas móviles

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4. Cargas y combinaciones de carga
CARGASDE VIENTO

• 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

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4. Cargas y combinaciones de carga
CARGASSISMICAS

• Método elástico estático
• Q Cs W

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4. Cargas y combinaciones de carga
COMBOSDE CARGA

• Combinaciones de carga LRFD (ASCE 7-02)
• 1.4(D F)
• 1.2(D F T ) 1.6(L H) 0.5(Lr or S or R)
• 1.2D 1.6(Lr or S or R) (L or 0.8W)
• 1.2D 1.6W L 0.5(Lr or S or R)
• 1.2D 1.0E L 0.2S
• 0.9D 1.6W 1.6H
• 0.9D 1.0E 1.6H

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4. Cargas y combinaciones de carga
COMBOSDE 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

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5. Métodos de análisis
METODOELÁSTICO

• Método elástico
• Material es elástico, lineal, homogéneo e
  isótropo.
• Miembros elásticos
• Pequeñas deformaciones

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5. Métodos de análisis
METODOPLÁSTICO

• Método elástico
• Límite de aplicación está dado por primera
  fluencia de la sección

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5. Métodos de análisis
METODOPLÁSTICO

• Método elástico
• Resistencia de la estructura está dada por
  primera fluencia o límite de deformación

Py
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5. Métodos de análisis
METODOPLÁSTICO

• Existe reserva de resistencia en la sección

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5. Métodos de análisis
METODOPLÁSTICO

• Existe reserva de resistencia en la estructura
  (hiperestaticidad)

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5. Métodos de análisis
METODOPLÁSTICO

• Método plástico
• Material es elástico-perfectamente plástico.
• No hay inestabilidad
• No hay fractura
• No hay fatiga

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5. Métodos de análisis
METODOPLÁSTICO

• Método plástico
• Estado límite en la sección es plastificación

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5. Métodos de análisis
METODOPLÁSTICO

• Método plástico
• Estado límite en la estructura es colapso