A N A L I S I S D E L A S N O R
OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERAL:
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Analizar las diferencias entre normativas CEB y ACI
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
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Analizar los factores de carga para la resistencia última. Conocer los Fines para los que fueron creadas las normas. Conocer y comparar los factores de reducción de la carga última
ANAI!I! "E N#$%A! ACI&CEB AMERICAN CONCRETE INSTITUTE (ACI) El American Concrete Institute 'ACI( o Instituto Americano del Concreto es una organización sin )nimo de lucro de los Estados *nidos de Am+rica que desarrolla est)ndares, normas y recomendaciones t+cnicas con referencia al -ormigón reforzado. !e fundó en /01 y su sede central se -alla en Farmington 2ills, %ic-igan, *!A. HISTORIA
A principios del !. 33, en EE. **. no e4ist5an est)ndares para la fa6ricación de 6loques de -ormigón y, de6ido a ello, se popularizó una percepción negativa del uso del -ormigón para la construcción. *n editorial de C-arles C. Bro7n en la edición de septiem6re de /01 de %unicipal Engineering llegó a discutir la idea de formar una organización para poner en orden y estandarizar pr)cticas en la industra. En /08, la Asociación Nacional de *suarios de cemento se organizó formalmente y adoptó una constitución y unos estatutos. $ic-ard 2ump-rey fue elegido como el primer presidente de la asociación. os primeros comit+s fueron nom6rados en la convención de /08 en Indian)polis y ofrecen informes preliminares en diversas )reas tem)ticas. En la convención de /09 se ofrecieron los primeros informes completos de los comit+s. a primera sede o:cial de la asociación fue esta6lecida en /0; en la o:cina de $ic-ard 2ump-rey en Filadel:a,
o /? la asociación ya -a65a apro6ado 1 est)ndares. En la convención de diciem6re de /?, la asociación apro6ó la pu6licación de una revista mensual de los procedimientos. En @ulio de /, el Conse@o de "irección de lo que entonces era NAC* decidió cam6iar su nom6re por el de American Concrete Institute. !e consideró que el nuevo nom6re era m)s descriptivo en relación al tra6a@o llevado a ca6o dentro del instituto.
ACI 318
El código de requisitos de edi:cación para -ormigón de estructura 'ACI ;( proporciona unos requisitos m5nimos para el dise>o y construcción de estructuras de partes de -ormigón de cualquier estructura levantada 6a@o los requisitos de un código de edi:cación general que lo incorpore. Esto fue emitido por el Instituto Americano del Concreto.
COMITÉ EUROPEO DEL HORMIGON En /8, en pleno desarrollo de la reconstrucción europea tras el :nal de la ? ran uerra, se constituye el CEB 'Comit+ Europeo del 2ormigón(. En el origen de la constitución del CEB se encuentra, sin duda, la necesidad de economizar esfuerzo y coordinar tareas de los t+cnicos e investigadores europeos ante las necesidades planteadas por un desarrollo económico incipiente y por las tareas de reconstrucción de una Europa devastada. Estas necesidades se reDe@ar)n de forma o6via en un material como el -ormigón, cuyo conocimiento cient5:co por los t+cnicos era escaso. !i a esto se une la idea de una Europa sin fronteras, que precisa de la uni:cación y normalización de m+todos, ideas y tecnolog5as, quedan as5 de:nidos los dos pilares 6)sicos so6re los que se constituye el CEB. Fruto de los primeros a>os de vida del CEB son las vie@as $ecomendaciones de /1 'dedicadas, por cierto, a la memoria del profesor Eduardo orre@a( que, circunscritas al -ormigón armado, presentan una recopilación y uni:cación de los conocimientos so6re -ormigón en Europa. El avance registrado en la utilización del -ormigón pretensado durante los primeros 0, plantea al CEB la cola6oración indispensa6le con otra asociaciónG a Federación Internacional del
proyecto m)s am6iciosoG la realización de un aut+ntico Código, es decir, un documento que sirva como 6ase para el proyecto y e@ecución de o6ras de -ormigón, con las caracter5sticas de operatividad y realidad pr)ctica necesarias, incorporando a su vez los m)s recientes resultados y avances de la investigación.
MÉTODOS DE DISEÑO POR RESISTENCIA CONCRETO REFORZADO ACI-CEB
ÚLTIMA
PARA
"ada la importancia que el m+todo de dise>o por resistencia tiene para el dise>o de estructuras de concreto reforzado, en este art5culo se analizan sus principios a la vez que se comparan las diversas formas en que el concepto es tratado en el reglamento del ACI y el europeo uni:cado CEB. En los 10 a>os que -an transcurrido desde que en el $eglamento ;& 8 del American Concrete Institute 'ACI( se introdu@o el llamado m+todo de dise>o por resistencia última, +ste se -a convertido en el m+todo principal para el dise>o de estructuras de concreto reforzado en Estados *nidos. El concepto de dise>o último o de estado l5mite tam6i+n -a sido incorporado en reglamentos de construcción de diversos pa5ses. !in em6argo, no -ay un consenso general entre los códigos acerca de los factores empleados para relacionar las cargas de servicio con las cargas últimas. En este art5culo se analizan los principios del m+todo de dise>o por resistencia y se compara el tratamiento del concepto de dise>o por resistencia en los reglamentos de diferentes pa5ses. os reglamentos que se -an comparado son el del ACI, CEB. *na de las venta@as del m+todo de dise>o por resistencia es que el ingeniero cuenta con una estimación de:nitiva del factor de seguridad aplicado al dise>o que de:ne su reserva estructural. El factor de seguridad total tiene dos componentesG uno est) 6asado en la carga, y el otro en los materiales y fa6ricación. El ingeniero de6e considerar el caso de una estructura m)s d+6il que la esperada, sometida a cargas m)s altas que las estimadas.
se aplican a distintos tipos de cargas, siendo las principales la carga muerta '"( y la carga viva '(. En el reglamento ACI ;&;/ la carga última se de:ne como .1 veces la carga muerta m)s .9 veces la carga viva. "e6e o6servarse que cuando en el reglamento ACI ;&8 se introdu@o el concepto de dise>o por resistencia última, los factores por carga muerta y por carga viva eran de .8 y .;, respectivamente. os factores de .1 y .9 se adoptaron en la versión ACI ;&9 y -an permanecido invaria6les en el reglamento actual. El segundo componente del factor de seguridad permite la reducción de la resistencia calculada de la sección mediante la aplicación de un factor de su6capacidad o de reducción de resistencia. Este factor toma en cuenta las variaciones en el material y en la fa6ricación, las apro4imaciones en el dise>o y la ductilidad e importancia relativa del elemento estructural. Al factor de reducción de resistencia se le conoce comúnmente como un =factor resistente= ya que representa una reducción de la capacidad del miem6ro para soportar la carga. Al factor de reducción de resistencia se le identi:ca con el s5m6olo f en la sección /..? del reglamento ACI ;&;/. •
<#$ ELE%<#G o de una viga que tra6a@e a presión con 6ase en los criterios ACI ;&;/, el momento último est) relacionado con el momento de servicio mediante la fórmula .1 M%" .9 M% O f M%n, donde %" se re:ere al momento por carga muerta, y % representa el momento por carga viva. El factor f de reducción de resistencia es igual a 0./ para c)lculos relacionados con momentos De4ionantes. El momento de servicio, %s, resulta igual a %" m)s %. !i el valor de %" se supone igual al de %, entonces %s se calcula igual a 0.8;M%a. Cuando %" sólo alcanza 0.9M%, entonces %s resulta igual a 0.89M%n. !i %" es igual a .M%, entonces el valor de %s ser) de 0.8/M%n.
En los reglamentos de otros pa5ses se aplican factores de reducción por so6recarga y por resistencia que di:eren de los esta6lecidos en el reglamento de construcción ACI.
COMPARACION ENTRE ACI-CEB (ESTADO DE RESISTENCIA ÚLTIMA) Nos -acemos la siguiente preguntaG ¿Son los reglamentos el CEB realmente tan diferentes al del ACI como parece?
No, a pesar de que este 'CEB( reglamento no contiene directamente un factor PfQ glo6al, de -ec-o s5 presentan factores de reducción parcial de resistencia 6asados en los materiales incluidos en los c)lculos preliminares. A diferencia del reglamento ACI, en el reglamento CEB no se aplica directamente el l5mite aparente de Duencia del acero 'fy(. En vez de ello, se utiliza un esfuerzo de =dise>o= fyMdOfyJts, donde t s es igual a .8. El t+rmino t s es un factor de reducción de resistencia espec5:co del acero.
CEB. El factor t c se puede considerar igual al producto de tres factores, t c, t c? y t c, que toman en cuanta las incertidum6res y las desviaciones entre dise>o, prue6as de la6oratorio y construcción real. Con esto se logra la misma :nalidad que el valor glo6al de f empleado en el reglamento ACI de construcción. aer7e -a llevado a ca6o una amplia investigación relacionada con estos factores parciales y -a con:rmado su validez continua en el caso de concretos de alta resistencia. a capacidad por momento de una sección, calculada a partir de factores de reducción parcial de la resistencia, se puede comparar para llegar a un equivalente matem)tico del factor f glo6al utilizado en el reglamento ACI de construcción..
de el el el
Mn = T
donde d es igual a la profundidad del centroide del acero de refuerzo medido a partir de la cara e4trema de compresión, y a es la profundidad del 6loque de esfuerzos de T-itney. !uponiendo que O AsMfy y que C O , se o6tieneG
Mn = As f y
a ecuación para calcular el momento último dentro del reglamento canadiense es 6)sicamente la misma que la incluida en el reglamento ACI, con la adición de los factores de reducción parcial f c y f sG
Mr = f s As f y
!i se -acen -ipótesis generales tales como una profundidad d igual al do6le del anc-o b, y se :@a el valor canadiense de Mr igual a f multiplicado por el valor ACI Mn, el factor equivalente de reducción de la resistencia f se podr) calcular 'en este caso resulta igual a f O 0.99(. Como se mencionó anteriormente, si el valor de %" se supone igual al valor de %, y el momento por carga de servicio %s es igual a %" %, entonces la com6inación de los factores de carga y de reducción de la resistencia que se usan en el reglamento ACI traer5a como resultado un valor de %s igual a 0.8;M%n. !i se aplican las
mismas -ipótesis a los otros reglamentos, se o6tendr)n los resultados mostrados en el cuadro .
FACTORES DE CARGA
Factor de carga es el número por el cual -ay que multiplicar el valor de la carga real o de servicio para determinar la carga última que puede resistir un miem6ro en la ruptura. eneralmente la carga muerta en una estructura, puede determinarse con 6astante e4actitud pero no as5 la carga viva cuyos valores el proyectista solo los puede suponer ya que es imprevisi6le la variación de la misma durante la vida de las estructurasK es por ello, que el coe:ciente de seguridad o factor de carga para la carga viva es
mayor que el de la carga muerta. os factores que en el reglamento del ACI se denominan *, son los siguientesG A(
* O .1" .9 "ondeG " O Ualor de la carga muerta y O Ualor de la carga viva
B(
* O 0.98 '.1" .9 .9T( o * O 0.98 '.1" .9 .;9E( "ondeG T O Ualor de la carga de viento y E O Ualor de la carga de sismo
Cuando la carga viva sea favora6le se de6er) revisar la com6inación de carga muerta y carga accidental con los siguientes factores de cargaG * O 0./0" .0T * O 0./0" .0E
FACTORES DE REDUCCIÓN Es un número menor que , por el cual -ay que multiplicar la resistencia nominal calculada para o6tener la resistencia de dise>o. Al factor de reducción de resistencia se denomina con la letra VG los factores de reducción son los siguientesG
Fle4ión 0./0 Cortante y orsión 0.98 Ad-erencia 0.;8 Compresión con o sin De4ión columnas con refuerzo -elicoidal 0.98 Columnas con Estri6os 0.90
El factor de reducción de resistencia toma en cuenta las incertidum6res en los c)lculos de dise>o y la importancia relativa de diversos tipos de elementosK proporciona disposiciones para la posi6ilidad de que las peque>as variaciones adversas en la resistencia de los materiales, la mano de o6ra y las dimensiones las cuales, aunque pueden estar individualmente dentro de las tolerancias y los l5mites pueden al continuarse, tener como resultado una reducción de la resistencia.
CONCLUSIONES El concepto de resistencia última de dise>o se acepta y se aplica en reglamentos de todo el mundo, pero en los reglamentos de varios pa5ses no se ponen de acuerdo si utilizar ya sea los factores de so6recarga para relacionar las cargas de servicio con las cargas últimas nominales, o si aplicar los factores de reducción de la resistencia para tomar en cuenta las diferencias en los materiales y
en la fa6ricación. !in em6argo, en la comparación :nal, los resultados son esencialmente id+nticos. En el reglamento CEB tam6i+n se aplican menores factores de so6recarga, pero sus menores valores equivalentes de f traen como resultado relaciones entre los momentos de servicio y últimos que son iguales o pr)cticamente iguales que los del ACI. a investigación realizada por %acregor 9 y por Ellington et al. -a sugerido que los factores óptimos de so6recarga por De4ión de6er5an ser de .?8 para carga muerta y de .1? para carga viva. El factor f para De4ión se sugiere igual a 0.;. Aunque no e4iste la necesidad inmediata de revisar los factores ACI actuales de so6recarga o de reducción de la resistencia, la comunidad internacional de ingenieros dise>adores de concreto reforzados de6er) tra6a@ar para estandarizar el m+todo empleado en la de:nición del estado último.
