ESTRUCTURAS II
TEMA
Combinación de Combinación cargas ACI 318-08
Índice Introducción........................................................................................................ 3 Objetivo General................................................................................................. 4 Objetivo s!eci"co.............................................................................................. 4 Combinaciones de Carga de Acuerdo ACI-318.................................................... # Conclusiones.....................................................................................................13 $ecomendaciones.............................................................................................14 Comentario sobre las cargas utili%adas en nuestro !a&s en los edi"cios...........1# 'ibliogra(&a........................................................................................................ 1)
*
Introducción En el presente trabajo se hizo una investigaci ón acerca de los tipos de combinaciones de cargas que se mencionan en el reglamento ACI 318-08, este es un c ódigo que tiene gran influencia en el mundo y presenta los requisitos necesarios para el diseño de edificios de hormig ón. Una combinación de cargas e s e l cá l culo general de un elemento o estructura
con
las
sobrecargas
desfavorables,
determinadas partes de la estructura, estos
y
que
act úan
en
elementos deben ser
diseñados para que tengan una resistencia de dise ño al menos igual a la resistencia requerida para que estos resistan y no colapsen con facilidad.
3
Objetivo General Que el estudiante estudie y conozca los tipos de combinaciones de cargar del código ACI 318-08 y su utilidad en el diseño de las estructuras de una edificación.
Objetivo Especifco 1. Identificar las combinaciones de carga dadas en el reglamento ACI 318-08 y sus excepciones. 2. Conocer la resistencia requerida que o act úan sobre las estructuras de las edificaciones. 3. Estudiar los factores de resistencia y como estos nos pueden ayudar a hacer un buen dise ño de estructura. 4. Indicar los propósitos del factor de reducci ón de resistencia +.
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Combinaciones de Carga de Acuerdo ACI-!" Empecemos por definir a que se denomina una combinación de cargas es el cá lculo general de un elemento o estructura con la concarga y con las sobrecargas desfavorables, ya que act úan, a veces, s ólo en determinadas partes de la estructura. Es por esa raz ón que es importante identificar los estados a que puede verse sometida la estructura y verificar que frente a ellos continúe desempeñá ndose según los criterios de diseño aceptables. El
ACI
318-08
en
el
capítulo
9
“Requisitos
de
Resistencia
y
Funcionamiento” establece las condiciones de resistencia y rigidez que deben cumplirse para satisfacer el estado l ímite
último
y de servicio.
Las estructuras y los elementos estructurales deben ser dise ñados para que tengan en cualquier secci ón una resistencia de diseño al menos igual a la resistencia requerida, calculada esta
última
para las cargas y fuerzas.
En el capítulo 9 donde se realizara la base para la investigaci ón sobre la combinación de cargas, define la resistencia b á sica y las condiciones de funcionamiento para diseñar elementos de concreto estructural. El requisito bá sico para el diseño por resistencia se puede expresar como:
Resistencia de diseño ≥ Resistencia requerida
# (Resistencia nominal) ≥ U
Resistencia Requerida La resistencia requerida representa el valor de la fuerza axil, momento flector o torsor y fuerza cortante, que solicitan o act úan sobre la estructura, consecuencia de las acciones aplicadas sobe ésta y que ha sido obtenida utilizando cualquiera de los m étodos de aná lisis estructural prescrito por el ACI 318. #
La resistencia requerida U se expresa en t érminos de cargas mayoradas (producto de la carga nominal por un factor de mayoraci ón de las cargas) o de las fuerzas y momentos internos correspondientes. Est á s cargas mayoradas son las cargas especificas en el reglamento general de construcción multiplicadas por los factores de carga apropiados.
A continuación se presentan las siguientes combinaciones de carga dadas en el reglamento ACI 318-08:
Ec1) U = 1.4 (D + F) Ec2) U = 1.2 (D + F + T) + 1.6 (L + H) + 0.5 (L, ó S ó R) Ec3) U = 1.2D + 1.6 (L, ó S ó R) + (1.0L ó 0.8W) Ec4) U = 1.2D + 1.6W + 1.0L + 0.5 (L, ó S ó R) Ec5) U = 1.2D + 1.0E + 1.0L + 0.2S Ec6) U= 0.9D + 1.6W + 1.6H Ec7) U= 0.9D + 1.0E +1.6H También el reglamento ACI 318-08 indica las siguientes excepciones a las ecuaciones anteriores:
Se permite reducir a 0.5 el factor de carga viva, L , en las ecuaciones Ec3 a Ec5, excepto para estacionamientos, á reas ocupadas como lugares de reunión pú blica y en todas las á reas donde L sea superior a 4.8 KN/m 2.
Se permite utilizar 1.3W en lugar de 1.6W en las ecuaciones Ec4 y Ec6 cuando la carga de viento W no haya sido educida por un factor de direccionalidad.
En las ecuaciones Ec5 y Ec7 se puede usar 1.4E en lugar de 1.0E, cuando E, los efectos de carga por sismo se basen en los niveles de servicio de las fuerzas s ísmicas.
)
El factor de carga para H, cagas horizontales debidas al peso y presión del suelo, agua en el suelo, y otros materiales debe fijarse igual a cero en las Ec6 y Ec7, si la acci ón estructural debida a H neutraliza las causadas por W ó E. Cuando las presiones laterales ejercidas por el empuje del suelo proporcionan resistencia a las acciones estructurales provenientes de otras fuerzas, no deben incluirse en H, sino deben incluirse en la resistencia de diseño.
El factor asignado de cada carga est á influenciado por el grado de precisión con el cual normalmente se puede calcular la carga y por las variaciones esperadas para dicha carga durante la vida de la estructura. Por esta razón a las cargas muertas que se determinan con mayor precisión y son menos variables se les asigna un factor de carga m á s bajo que a las cargas vivas. Los factores de carga tambi én toman en cuenta variabilidades inherentes al aná lisis estructural empleado al calcular los momentos y cortantes.
Debe darse la debida consideraci ón al signo en la determinaci ón de U, para las combinaciones de carga, dado que un tipo de carga puede producir efectos en sentido opuesto al de los producidos por otros tipos. Las combinaciones de carga 0.9D, est án específicamente incluidas para el caso, para el cual una carga muerta reduce los efectos de otra. En dicho caso, una reducción de la carga axial y un incremento del momento pueden producir una combinación de carga má s desfavorable.
Deben considerarse las diversas combinaciones de carga con el fin de determinar la condición de diseño cr ítico, esto resulta particularmente cierto, cuando la resistencia depende de m á s de un efecto de carga, tal
,
como la resistencia a la flexi ón y a la carga axial combinadas, o a la resistencia a cortante, en elementos con carga axial.
Resistencia de Diseño La resistencia de dise ño proporcionada por un elemento, sus conexiones con otros elementos, así como sus secciones transversales, en t érminos de flexión, carga axial, cortante y torsión corresponde al producto de la resistencia
nominal
calculada
de acuerdo
a
las
disposiciones
de
reglamento ACI 318 y un factor de reducci ón de resistencia + que siempre es menor que la unidad.
Los propósitos del factor de reducción de resistencia + son: 1) Tener en cuenta la probabilidad de existencia de elementos con una resistencia baja debida a variaciones en la resistencia de los materiales y las dimensiones. 2) Tener en cuenta inexactitudes en las ecuaciones de diseño. 3) Reflejar el grado de ductilidad y la confiabilidad requerida para el elemento bajo los efectos de la carga bajo consideraci ón. 4) Reflejar la importancia del elemento en la estructura.
La resistencia nominal es la resistencia de un elemento o secci ón transversal calculada usando las hip ótesis y ecuaciones de resistencia del Método de Diseño por Resistencia, antes de aplicar cualquier factor de reducción de la resistencia.
Los factores de reducción de la resistencia + (sección 9.3.2): 1) En secciones controladas por tracción: + = 0, 90
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2) Secciones controladas por compresión: elementos con armadura en espiral (sec.10.9.3) + = 0, 70; otros elementos armados + = 0, 65 3) Corte y torsión + = 0, 75 4) Aplastamiento en el concreto (excepto para zonas de anclaje postesado y modelos puntal-tensor) + = 0, 65 5) Zonas de anclaje de postensado + = 0, 85 6) Modelos puntal-tensor, (Apéndice A) puntales, tensores, zonas nodales y á reas de aplastamiento en esos modelos + = 0, 85 7) Las secciones a flexión en los elementos pretensados donde la longitud embebida del tor ón es menor que la longitud de desarrollo como se establece en (art. 12.9.1.1) a) Desde el extremo del elemento hasta el extremo de la longitud de transferencia + = 0, 75 b) Desde el extremo de la longitud se transferencia hasta el extremo de la longitud de desarrollo, debe permitirse que + sea incrementado linealmente de 0.75 a 0.9 8) Para flexión compresión, cortante y aplastamiento en concreto estructural simple: + = 0, 65 9) En estructuras que dependen de muros prefabricados intermedios de categor ía de diseño sísmico, el + se debe modificar según se indica: a) Para cualquier elemento estructural diseñado para resistir E,
+ para cortante debe ser 0.60 si la resistencia nominal a
cortante
del
elemento
es
menor
que
el
cortante
correspondiente al desarrollo de la resistencia nominal a flexión del elemento. b) Para diagramas, + para cortante no bebe exceder el m ínimo + para cortante usado para los elementos verticales del sistema primario resistente a fuerzas laterales. c) Para nudos y vigas de acople reforzadas en forma diagonal, + para cortante debe ser 0.85.
Control de Deflexiones Los elementos de concreto reforzado sometidos a flexi ón deben diseñarse para que tengan una rigidez adecuada con el fin de limitar cualquier deflexión
que
pudiese
afectar
adversamente
la
resistencia
o
el
funcionamiento de la estructura.
Cuando
se
calculen
deflexiones
a
largo
plazo,
únicamente
debe
considerarse la carga muerta y la porci ón de la carga viva que act úan en forma permanente.
Se dan dos métodos para controlar las deflexiones. Para vigas no preesforzadas y losas en una direcci ón, y para elementos compuestos se deben seguir las disposiciones de altura o espesor total mínimo, según la tabla que a continuaci ón se presenta. 10
Elementos Losas macizas con una direcci ón Vigas o losas nervadas en una dirección
Espesor mínimo h Ambos Con un extremos Simplement extremo continuo En e apoyadas continuo s voladizo Elementos que no soportan o est én ligadas a divisiones u otro tipo de elementos susceptibles a da ñarse debido a deflexiones grandes
L /20
L /24
L /28
L /10
L /16
L/18.5
L /21
L/8
Tabla 9.5 (a) alturas o espesores mínimos de vigas no preesforzadas o losas reforzadas en una direcci ón a menos que se calculen las deflexiones
Para elementos reforzados en dos direcciones (no preesforzados) la altura mínima requerida de las losas sin vigas interiores que se extiende entre los apoyos y que tienen una relación entre lados no mayor que 2, debe cumplir con lo requerido en la tabla 9.5(c) y no debe ser inferior que los siguientes valores: a) Losas sin á bacos 125 mm b) Losas con á bacos 100 mm El espesor mínimo H para losas con vigas que se extienden entre los apoyos en todos los lados debe ser:
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a) Para
igual o menor que 0.2, se aplican las dispociones de
9.5.3.2
b) Para
mayor que 0.2 pero no mayor que 0.2, h no debe ser menor
que:
Ecuación 9-12 Pero no menor de 125 mm.
c) Para
mayor que 2.0, h no debe ser menor que
Ecuación 9-13 Y no menor que 90 mm.
d) En bordes discontinuos bebe disponerse una viga de borde que tenga una relaci ón de rigidez no menor de 0.80, o bien aumentar el
1*
espesor mínimo requerido por las ecuaciones 9-12 0 9-13 por lo menos un 10 por ciento en el panel que tenga un borde discontinuo.
El termino
en b y c corresponden a la luz libre en la dirección larga
medida cara a cara de las vigas. El termino
en b y c corresponde a la
relación de la luz libre en la direcci ón larga a la luz libre en la direcci ón corta de la losa.
in /bacos aneles eteriores in vigas de borde
Con /bacos aneles interiores
Con vigas de borde
aneles eteriores in vigas de borde
*80 4*0 #*0 13
Con vigas de borde
aneles interiores
Tabla 9.5 (c) Espoesores mínimos de losas sin vigas interiores
Conclusiones Las estructuras de las edificaciones que nos rodean tienden a ser afectadas por diferentes tipos de cargas o tambi én llamadas fuerzas, estas pueden ser tanto internas como externas, y suelen provocar deformaciones
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en las estructuras y provocar que los edificios colapsen, aqu í es donde entran en juego estos reglas de c ódigo ACI, que nos sirven para que los edificios se mantengan en su lugar a la hora que entren en juegos fuerzas externas que quieran da ñar el edificio.
$ecomendaciones 1. Los profesionales de la construcción deben estar atentos e identificar los estados a que puede verse sometida la estructura y verificar que
1#
frente a ellos continúe desempeñá ndose según los criterios de diseño aceptables. 2. Es
recomendable
que
se
verifique
no
solo
los
tipos
de
comportamiento de las cargas sino tambi én se debe tener en cuenta que pueden ocurrir simult á neamente varios de ellos, para tomar las medidas necesarias a la hora de diseñar las estructuras de una edificación. 3. Es recomendable que los diseños de las estructuras sean d úctiles ya que este tipo de dise ños tiene la capacidad de atenuar vibraciones y por tanto los edificios no se da ñan y resisten cuando hay fuerzas externas como por ejemplo sismos.
Comentario sobre las cargas utili%adas en nuestro pa&s en los edifcios' 1)
n nuestro !a&s no siem!re se siguen las reglas acerca de lo 2ue se recomienda !ara tener un buen diseo estructural 2ue cum!la con los est/ndares de diseo del códigos internacionales como es el código ACI !or lo general 2uien constru5e las casas o edi"cios se van a base de recetas es decir 2ue solo siguen un !atrón de diseo 2ue como les (unciono en un lugar les (uncionara en todo lugar sin embargo a la 6ora de disear las estructuras de un edi"cio se deben tomar en cuenta el ti!o de suelo en donde se !ondr/n las cimentaciones del edi"cio 5a 2ue no todos los suelos son iguales unos necesitan m/s re(uer%os 2ue otros. or 7ltimo es im!ortante recordar 2ue como !ro(esionales de la construcción debemos velar !or2ue nuestros diseos sean d7ctiles !ara 2ue estos tenga la ca!acidad de atenuar vibraciones 5 !or tanto se dae menos nuestro edi"cio.
1,
(ibliogra)&a http://www.engoon.com/Lectivo/1022_NINT/C5_PROCED_CALCULO_ACI .pdf
http://www.frsf.utn.edu.ar/matero/visitante/bajar_repositorio.php? id_catedra=171&id_repositorio=2619
Reglamento ACI 318-08 (American Concrete Institute).
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