Métodos de Diseño

1. Métodos de Diseño CONTENIDO • Introducción • Principios del diseño estructural • Filosofías de diseño • Cargas y combinaciones de carga • Métodos de análisis

2. DISEÑOESTRUCTURAL 1. Introducción 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).

3. REQUISITOSDE DISEÑO 1. Introducción • 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.

4. ETAPAS DEUN DISEÑO 1. Introducción • Definición conceptual. • Definición de solicitaciones a considerar. • Estructuración. • Selección de elementos. • Análisis. • Evaluación. • Emisión de planos y especificaciones.

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

6. Fin 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

7. 2. Principios del diseño estructural Qc Probabilidad de exceder Qc INCERTEZASSOLICITACIONES • Variabilidad de las solicitaciones • Cambio de uso • Estimación poco conservativa de las solicitaciones • Mala estimación de los efectos de las solicitaciones debido a simpificaciones excesivas durante análisis • Diferencias en el proceso constructivo Q Solicitaciones

8. 2. Principios del diseño estructural R Resistencia Rc Probabilidad de tener resistencia menor que Rc 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

9. 2. Principios del diseño estructural Q R Qm Rm Falla OBJETIVO DELDISEÑO • Diseño estructural debe proveer confiabilidad adecuada para el caso de solicitaciones mayores que las consideradas o baja resistencia

10. 2. Principios del diseño estructural fRc gQc Falla CONFIABILIDADESTRUCTURAL Q R Qm Rm Probabilidad de falla:

11. 2. Principios del diseño estructural ln(R/Q) Falla [ln(R/Q)]m bsln(R/Q) INDICE DECONFIABILIDAD Indice de Confiabilidad 0

12. 2. Principios del diseño estructural INDICE DECONFIABILIDAD • AISC-LRFD

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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.

17. 4. Cargas y combinaciones de carga CARGAS • Cargas muertas. • Cargas vivas estáticas. • Cargas vivas móviles. • Impacto. • Nieve. • Viento. • Sismos. • Lluvia. • Empuje de suelos. • Inundación. • Otros.

18. 4. Cargas y combinaciones de carga Losa estructural CARGASMUERTAS • Peso propio de la estructura. • Peso propio de las terminaciones de pisos y muros. • Peso de ductos y servicios. • Peso de tabiques.

19. 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

20. 4. Cargas y combinaciones de carga q(h) C2·q C3·q a Viento C1·q C4·q 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

21. 4. Cargas y combinaciones de carga W1 W1 Q1 W2 M·a Q2 W2 Q1 + Q2 = Q Cortante basal Movimiento del suelo CARGASSISMICAS • Método elástico estático Q = Cs · W

22. 5. Métodos de análisis sy E s e METODOELÁSTICO • Método elástico • Material es elástico, lineal, homogéneo e isótropo. • Miembros elásticos • Pequeñas deformaciones

23. 5. Métodos de análisis Fy My -Fy METODOPLÁSTICO • Método elástico • Límite de aplicación está dado por primera fluencia de la sección

24. 5. Métodos de análisis Dmax METODOPLÁSTICO • Método elástico • Resistencia de la estructura está dada por primera fluencia o límite de deformación Py

25. 5. Métodos de análisis Fy Fy My M1>My -Fy -Fy METODOPLÁSTICO • Existe reserva de resistencia en la sección

26. 5. Métodos de análisis P1≤Py P2>Py Pu>P2 Rango elástico Plastificación de viga Colapso METODOPLÁSTICO • Existe reserva de resistencia en la estructura (hiperestaticidad)

27. 5. Métodos de análisis sy E s e METODOPLÁSTICO • Método plástico • Material es elástico-perfectamente plástico. • No hay inestabilidad • No hay fractura • No hay fatiga

28. 5. Métodos de análisis Fy Mp -Fy METODOPLÁSTICO • Método plástico • Estado límite en la sección es plastificación

29. 5. Métodos de análisis Pu METODOPLÁSTICO • Método plástico • Estado límite en la estructura es colapso