FLECHAS MAXIMAS PERMISIBLES
NTC
Deflexiones Las deflexiones transversales de elementos estructurales y sus combinaciones, incluyendo pisos, techos, muros divisorios y fachadas, producidas por cargas de trabajo, no deben exceder los valores máximos permisibles. Las tablas 7.1 y 7.2 contienen información adicional, relativa a edificios industriales, bodegas, y otras construcciones semejantes, con estructura de acero.
1 L es el claro de la trabe carril. 2 H es la altura a la que se apoya la trabe carril; el desplazamiento se mide a esa altura.
AISC
DEFORMACIONES Las deformaciones en miembros y sistemas estructurales bajo combinaciones de carga apropiadas no deben afectar la condición de servicio de la estructura. Las deformaciones verticales excesivas y la falta de alineamiento surgen principalmente de 3 fuentes: (1) cargas gravitacionales, tales como cargas muertas, vivas y de nieve; (2) efectos de temperatura, fluencia lenta y asentamientos diferenciales; y (3) errores y tolerancias de construcción. Tales deformaciones pueden ser visualmente objetables; producir agrietamiento, pérdida de recubrimiento exterior o separación en puertas, ventanas y sellos; y causar daño a componentes interiores o terminaciones. Los límites de deformación apropiados dependerán del tipo de estructura, detallamiento y uso deseado (Galambos y Ellingwood, 1986). Históricamente, los límites comunes para miembros horizontales han sido 1/360 de la luz para pisos sujetos a carga viva reducida y 1/240 de la luz para miembros de techo. Deformaciones del orden de 1/300 de la luz (para voladizos, 1/150 del largo) son visibles y pueden llevar a daño arquitectónico o pérdida de recubrimiento. Deformaciones mayores a 1/200 de la luz pueden afectar la operación de componentes móviles como puertas, ventanas y tabiques deslizables. Los límites de deformación dependen mucho de la función de la estructura y la naturaleza de la construcción que es soportada. Los límites tradicionales expresados como una fracción de la luz no debieran ser extrapolados más allá de la experiencia. Por ejemplo, el límite tradicional de 1/360 de la luz funcionó bien para controlar grietas en cielos de yeso con luces comunes en la primera mitad del siglo veinte. Muchas estructuras con mayor flexibilidad se han comportado satisfactoriamente con los ahora comunes, y más tolerantes, sistemas de cielo. Por otra parte, con la aparición de mayores luces estructurales, se han observado problemas de servicio con cielos de malla flexibles donde las deformaciones reales fueron mucho menores que 1/360 de la luz, debido a que la distancia entre tabiques u otros elementos que pudieran interferir con la deformación del cielo son bastante menores que la luz del elemento estructural. El control adecuado de las deformaciones es un tema complejo que requiere de la aplicación cuidadosa del criterio profesional. West, Fisher y Griffis (2003) entregan una extensa discusión sobre los problemas. Los cálculos de deformación para vigas compuestas debieran incluir un ajuste por deslizamiento, fluencia lenta y retracción (ver Comentario Sección I3.1). En ciertos sistemas de piso de luz larga, puede ser necesario establecer un límite (independiente de la luz) en la deformación máxima para minimizar la posibilidad de dañar elementos no estructurales adyacentes (ISO, 1977). Por ejemplo, puede ocurrir daño a tabiques no resistentes a cargas si la deformación vertical excede más de alrededor de unos 10 mm, a menos que se tomen precauciones especiales para movimiento diferencial (Cooney y King, 1988); sin embargo, muchos componentes pueden y aceptan mayores deformaciones. Las combinaciones de carga para verificar deformaciones estáticas pueden ser desarrolladas utilizando análisis de confianza de primer orden (Galambos y Ellingwood, 1986). Las pautas actuales de deformación estática para sistemas de piso y de techo son adecuadas para limitar daño superficial en la mayoría de las edificaciones. Una carga combinada con una probabilidad anual de excedencia de 5 por ciento es adecuada en la mayoría de los casos. Para los estados límite de servicio que incluyen deformaciones visualmente objetables, agrietamiento reparables u otros daños a terminaciones interiores, y otros efectos de corto plazo, las combinaciones de carga sugeridas son: D+L D + 0.5S Para los estados límite de servicio que incluyen fluencia lenta, asentamiento o efectos de largo plazo similares, la combinación de carga sugerida es: D + 0.5L El efecto de carga muerta, D, puede ser aquella parte de la carga muerta que se presenta luego de la colocación de los componentes no estructurales. Por ejemplo, en construcción compuesta, los efectos de carga muerta suelen ser tomados como aquellos aplicados luego que el hormigón ha curado. Para cálculos relativos al cielo, los efectos de carga muerta pueden incluir aquellas cargas aplicadas luego que la estructura de cielo está en su lugar.
MC CORMAC
Las deflexiones de las vigas de acero se limitan generalmente a ciertos valores máximos. Algunas de las buenas razones para limitar las deflexiones son las siguientes: 1. Las deflexiones excesivas pueden dañar los materiales unidos o soportados por las vigas consideradas. Las grietas en los plafones ocasionadas por grandes deflexiones en los largueros que los soportan son un ejemplo. 2. La apariencia de las estructuras se ve afectada por deflexiones excesivas. 3. Las deformaciones excesivas no inspiran confianza en las personas que utilizan una estructura, aunque exista una completa seguridad desde el punto de vista de la resistencia. 4. Puede ser necesario que diferentes vigas que soportan la misma carga, tengan las mismas deflexiones. La práctica americana normal para edificios ha sido limitar las deflexiones por carga viva a aproximadamente 1/360 de la longitud del claro; se supone que esta deformación es la que toleran las vigas con el fin de que los aplanados o los plafones que soportan no presenten grietas. La deflexión de 1/360 es sólo uno de los muchos valores de la deflexión máxima en uso para las diferentes condiciones de carga, por distintos ingenieros, o diferentes especificaciones; para los casos donde se soporta maquinaria delicada y precisa, las deformaciones máximas pueden quedar limitadas a 1/1 500 o 1/2000 de la longitud del claro. Las especificaciones AASHTO 1989, fijan las deflexiones de las vigas y trabes de acero por efecto de cargas vivas e impacto a 1/800 del claro. (Para los puentes en áreas urbanas y que usan también los peatones, las especificaciones AASHTO recomiendan un valor máximo de 1/1 000 del claro.) Las especificaciones LRFD no especifican exactamente deflexiones máximas permisibles. Existen tantos materiales diferentes, tipos de estructuras y cargas que no es aceptable un solo grupo de deflexiones máximas para todos los casos. Por ello los valores máximos debe establecerlos el proyectista basándose en su experiencia y buenjuicio. Antes de sustituir a ciegas la fórmula que da la flecha de una viga para determinada condición de carga, el lector deberá saber los métodos teóricos para calcular deflexiones; entre estos métodos se incluyen los de area de momentos, los de la viga conjugada y el trabajo virtual. Con estos métodos pueden obtenerse varias expresiones como la del final de este párrafo para la deflexión en el centro del claro de una viga simple con carga uniformemente repartida. ΔL =
AISC
Contraflecha Está permitido el uso de calor para enderezar o dar contraflecha a miembros en aceros A514/A514M y A852/A852M, de igual manera como se permite para otros aceros. Sin embargo, la máxima temperatura permitida es 590 ºC (1,100 ºF) algo inferior a los 650 ºC (1.200 ºF) permitidos para otros aceros. Cuando es requerida por los documentos de contrato, la contraflecha, se puede lograr de varias formas. En el caso de enrejados y vigas armadas, la curvatura deseada se puede obtener durante el ensamblaje de las partes componentes. Dentro de ciertos límites, a las vigas laminadas se les puede dar contraflecha en frío. La aplicación local de calor ha sido utilizada por mucho tiempo como una forma de enderezar o dar contraflecha a vigas. El método depende de un acortamiento último de las zonas afectadas por el calor. Un cierto número de estas zonas, en el lado que será sujeto a compresión durante la contraflecha en frío, son calentados lo suficiente como para ser “alterados” por la restricción impuesta por las áreas no calentadas que las rodean. El acortamiento ocurre durante el enfriamiento. Mientras la curvatura final y la contraflecha pueden ser controladas por estos métodos, se debe tener presente que es inevitable cierta desviación debido a consideraciones de ejecución y cambio permanente durante la manipulación. La contraflecha se define usualmente por una ordenada media, ya que controlar más de un punto es difícil e innecesario normalmente. Invertir las contraflechas es difícil de lograr y no se recomienda. Voladizos largos son sensibles a la contraflecha y pueden necesitar un control más preciso.
