METODO UNIFICADO DE DISEÑO_PRESENTACION_AM_JB.pdf

8/18/2019 METODO UNIFICADO DE DISEÑO_PRESENTACION_AM_JB.pdf

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Ing Jorge Buzón OjedaIng. Antonio Merlano Rivera

REQUISITOS DE DISEÑO UNIFICADO

CORPORACION UNIVERSITARIADE LA COSTA

BARRANQUILLA, 2011


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COMPARACION ENTRE LOS METODOS PORDISEÑO UNIFICADO Y POR RESISTENCIA

Para dimensionar los elementos se emplean:

SIMILITUDES

Cargas mayoradas

Factores de reducción de la resistencia.


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COMPARACION ENTRE LOS METODOS PORDISEÑO UNIFICADO Y POR RESISTENCIA

Sección se define controlada por:

Dependiendo de deformación neta detracción

Compresión

DIFERENCIAS

el factor φse determina según lascondiciones de restricción en una

sección para la resistencia nominal

METODO UNIFICADO METODO POR RESISTENCIA

los factores φ se especifican

Tracción Carga axial Flexión

Tipo de carga


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Resistencia de diseño ≥ Resistencia Requerida

REQUISISTOS DE RESISTENCIA

Factor de Reducción de la Resistencia (φ) × Resistencia Nominal≤ Factor de carga × Solicitación de Servicio


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Los elementos y secciones de una estructura se deben dimensionde manera que satisfagan este criterio bajo la combinación dcargas más crítica para todas las acciones posibles (flexión, cargaxial, corte, etc.):


φ Pn ≥ Pu

φ Mn ≥ Mu

φ Vn ≥ Vu

φ Tn ≥ Tu


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Este criterio:


Mn = As fy (d – a/2)

φ Mn =φ [As fy (d – a/2)]

1. Disminuye la resistencia multiplicando la resistencia nomin por el factor de reducción de la resistenciaφ adecuado, quesiempre es menor que la unidad.


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La resistencia a la flexión requerida para carga permanente y sobrecargas

Mu = 1,2 Md + 1,6 Mℓ ≥ 1,4 Md Mn = As fy (d – a/2)

Md y Mℓ son los momentos debidos a la carga permanente de servicio y sobrecarga de servicio

2. Aumenta la resistencia requerida usando cargas mayoradas los momentos y fuerzas internas mayoradas. Las cargamayoradas se definen como las cargas de serviciomultiplicadas por los factores de carga apropiados

[As fy (d – a/2)] ≥ 1,2 Md + 1,6 Mℓ ≥ 1,4 Md


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De manera similar, si hay corte actuando en la sección, el criteri para el diseño por resistencia se puede expresar como


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RAZONES PARA UTILIZAR FACTORES DEREDUCCION DE RESISTENCIA

a. Las resistencias de los materiales pueden diferir de lasupuestas en el diseño por las siguientes razones:

• Variabilidad de las resistencias de los materiales

• Efecto de la velocidad de ensayo

• Resistencia in situ vs. resistencia de una probeta

• Efecto de la variabilidad de las tensiones de contracción o latensiones residuales


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b. Las dimensiones de los elementos pueden diferir de lasupuestas, ya sea por errores constructivos o de fabricaciónLos siguientes factores son significativos:

• Las tolerancias de fabricación y laminación de las barras darmadura.

• Los errores geométricos en la sección transversal y lo

errores en la colocación de las armaduras.


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c. Las hipótesis y simplificaciones usadas en las ecuaciones ddiseño – tales como el uso del bloque rectangular de tensionesy una máxima deformación utilizable del hormigón igual 0,003 – introducen tanto errores sistemáticos como erroresaccidentales.

d. El uso de tamaños de barra discretos produce variaciones en

capacidad real de los elementos.


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Los factores de carga se requieren para considerar los posibleexcesos de carga ya que


a. Las magnitudes de las cargas pueden diferir de las supuestaLas cargas permanentes pueden variar por:

• Las variaciones del tamaño de los elementos.

• Las variaciones de la densidad de los materiales.

• Las modificaciones estructurales y no estructurales.

b. Existen incertidumbres en el cálculo de las solicitaciones


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Se requiere reducir la resistencia y mayorar las cargas para reflejel hecho de que las consecuencias de una falla pueden ser graveSe deberían considerar diferentes factores:


a. El tipo de falla, la presencia de señales que permitan anticipala ocurrencia de una falla, y la existencia de recorridos de cargalternativos.

b. Las potenciales pérdidas de vidas humanas.

c. Los costos sociales, en términos de tiempo, lucro cesante, pérdidas materiales o de vidas humanas indirectas, provocada por la falla.

d. La importancia del elemento estructural dentro de la estructur

e. El costo de reemplazo de la estructura


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“Los requisitos de diseño … de ACI … se basan en la hipótesis de quesi la probabilidad de que haya elementos de menor resistencia que lasupuesta es de aproximadamente 1 en 100 ,

La probabilidad de que haya exceso de carga es de aproximadamente1 en 1000

La probabilidad de que haya elementos con menor resistencia que lasupuesta sujetos a exceso de carga es de aproximadamente 1 en100.000.

Los factores de carga fueron desarrollados para lograr estaprobabilidad ….”


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REQUISITOS DE COMPORTAMIENTO ENSERVICIO

SOLICITACIONES DE FLEXIÓN

Requisitos especiales de comportamiento en servicio relacionados con

las flechas

distribución de la armadura

tensiones admisibles en el caso del hormigón pretensado.

Es particularmente importante considerar las fechas bajo cargas de servicio, evista del uso generalizado de los materiales de alta resistencia y métodos ddiseño menos conservadores que permiten obtener elementos de hormigóarmado cada vez más esbeltos.


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RESISTENCIA REQUERIDA

COMBINACIONES DE CARGA

U = 1.4(D + F) (1)

U = 1.2(D + F + T) + 1.6 (L + H ) + 0.5 (LR ó S ó R) (2)U = 1.2 D + 1.6 (LR ó S ó R) + (1.0 L ó 0.8 W) (3)

U = 1.2 D + 1.6 W + 1.0 L + 0.5 L(LR ó S ó R) (4)

U = 1.2 D + 1.0 E + 1.0 L + 0.2 S (5)

U = 0.9 D + 1.6 W + 1.6 H (6)

U = 0.9 D + 1.0 E + 1.6 H (7)


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El factor de carga paraL en las Ec. (3), (4) y (5) se podráreducir a 0,5excepto en el caso de garajes, zonas ocupadas por áreas destinadas actividades públicas y todas aquellas áreas donde la sobrecarga L sea mayque 100 lb/ft2.

Cuando la carga de vientoW no ha sido reducida por un factor dedireccionalidad,se permite utilizar 1,3W en lugar de 1,6Wen las Ecuaciones(4) y (6).

Cuando la carga sísmicaE se basa en fuerzas sísmicas de nivel de servicio,en las Ecuaciones (5) y (7) se deberá usar1,4E en lugar de 1,0E

En las Ecuaciones (6) y (7) el factor de carga paraH se debe fijar igual a cerosi la acción estructural debida a H contrarresta la acción debida a W o a .Cuando la presión lateral del suelo contribuye a resistir las accionestructurales debidas a otras fuerzas, no es necesario incluirla en H pero sí

necesario incluirla en la resistencia de diseño.

EXCEPCIONES A LASCOMBINACIONES DE CARGA


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1) Si en el diseño se considera la resistencia a los efectos de impacto, éstosdeberán incluir con la sobrecarga.

2) Las estimaciones de los asentamientos diferenciales, la fluencia lenta, contracción, la expansión del hormigón de contracción compensada, y lcambios por temperatura se deberán basar en una evaluación realista deocurrencia de estos efectos mientras la estructura está en servicio.

3) Para las estructuras ubicadas en zonas inundables, se deberán usar la carde inundación y las combinaciones de cargas de ASCE 7.

4) Para el diseño de la zona de anclaje de los elementos postesados se debeaplicar un factor de carga igual a 1,2 a la máxima fuerza del gato usado patesar el acero .

CONSIDERACIONES A LASCOMBINACIONES DE CARGA


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RESISTENCIA REQUERIDA PARA LASCOMBINACIONES DE CARGAS SIMPLIFICADAS


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RESISTENCIA DE DISEÑO

Resistencia de Diseño =φ Resistencia Nominalφ < 1.0

Resistencia

nominalEstadoslimites

Tensión

deformación

Fisuración


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FACTORES DE REDUCCIÓN DE LARESISTENCIA

ELEMENTO φ Secciones controladas por tracción 0.90Secciones controladas por compresión

• elementoscon armadura en espiral• otros elementos armados

0.700.65

Corte y torsión 0.75Aplastamiento del hormigón (excepto para laszonas de anclaje de postensado)

0.65

Zonas de anclaje de postensado 0.85Modelos de bielas (Apéndice A) 0.75


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VARIACIÓN DE Φ EN FUNCIÓN DE LA DEFORMACIÓN NETA PORTRACCIÓN, T, Y DE LA RELACIÓN c/dT PARA ARMADURAS DE

ACERO GRADO 60 Y PARA ACERO DE PRETENSADO


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1) No requieren la aplicación de un factor de reducción de la resistencia

2) No se requieren factoresφ para las longitudes de empalme, ya que éstas seexpresan como múltiplos de las longitudes de desarrollo

LONGITUDES DE DESARROLLO DE LAARMADURA


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Para flexión, compresión, corte y aplastamiento del hormigón simple se deutilizar el factor de reducción de la resistenciaφ = 0,65.

HORMIGÓN ESTRUCTURAL SIMPLE

Esto se debe a que tanto la resistencia a la tracción por flexión como la resistenal corte del hormigón simple dependen de las características de resistencia atracción del hormigón que, en ausencia de armaduras, no posee reservas

resistencia ni de ductilidad.


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Para la tensión de fluencia del acero de la armadura se establece unlímitesuperior de 80.000 psi, excepto para el acero de los tendones de pretensado.

El uso de barras de armadura con una tensión de fluencia especificadafymayor que 60.000 psirequiere que fy sea la tensión correspondiente a unadeformación específica de 0,35 por ciento

La máxima fy que se puede usar en el diseño paracorte, combinación decorte y torsión, y corte por fricción es 60.000 psi, excepto que se puede usarfy de hasta 80.000 psi sólo para armadura de corte consistente en malla alambre conformado soldada que satisface los requisitos de ASTM A497.

La máxima fy especificada para cáscaras, placas plegadas y estructurgobernadas por los requisitos sísmicos especiales es de 60.000 psi.

RESISTENCIA DE DISEÑO DE LAARMADURA


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CONDICIÓN DE DEFORMACIÓNBALANCEADA


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Observar que cuando se utiliza armadura de diferente grado, el valor límitela deformación específica para secciones controladas por compresión no igual a 0,002. Esto modifica el valor límite de la deformación específica p

secciones controladas por compresión, y por lo tanto varía las ecuaciones "transición" para el factor de reducción de la resistencia.

SECCIONES CONTROLADAS PORCOMPRESIÓN


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Las secciones son controladas por tracción cuando la deformación específneta de tracción en el acero más traccionado es mayor o igual que 0,005 juen el momento en que el hormigón comprimido llega al valor límite de deformación específica para secciones controladas por compresión supuesto0,003.

SECCIONES CONTROLADAS POR TRACCIÓN YSECCIONES DE TRANSICIÓN


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DEFORMACIONES ESPECÍFICAS EN EL LÍMITEPARA SECCIONES CONTROLADAS POR TRACCIÓN


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DEFORMACIONES ESPECÍFICAS EN EL LÍMITEPARA SECCIONES CONTROLADAS POR TRACCIÓN


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PARÁMETROS DE DISEÑO EN EL LÍMITE DE 0,005CORRESPONDIENTE A SECCIONES CONTROLADAS POR

TRACCIÓN


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El Código define los límites de armaduraen términos de la deformaciónespecífica neta de tracción,e t, NO en términos de la relación balanceadaρ/ρb como ocurría anteriormente.

Para secciones rectangulares que contienen una capa de acero Grado 60, exiuna relación sencilla entree t y ρ/ρb

ARMADURA MÁXIMA EN ELEMENTOSSOLICITADOS A FLEXIÓN


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ARMADURA MÁXIMA EN ELEMENTOSSOLICITADOS A FLEXIÓN


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RELACION ENTRE LA DEFORMACIONY LA TENSION


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RELACIÓN ENTRE LA CUANTÍA BALANCEADA YLA DEFORMACIÓN NETA DE TRACCIÓN

NSR-98

NSR-10


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FACTOR DE SEGURIDAD GLOBAL PARAELEMENTOS SOLICITADOS A FLEXIÓN

Í


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ARMADURA MÍNIMA EN ELEMENTOSSOLICITADOS A FLEXIÓN

La cuantía mínima de armaduraρmin = 200/fy originalmente fue desarrollada para proveer el mismo porcentaje mínimo de 0,5% (para acero dulce) qrequerían las versiones anteriores del código.

Esta armadura mínima es adecuada para hormigones con resistencias alrededor de 4000 psi o menores. La versión de 1995 del código reconoce qes posible queρmin = 200/fy no sea suficiente cuando f'c es mayor queaproximadamente 5000 psi. En consecuencia

(3)

Í


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ARMADURA MÍNIMA EN ELEMENTOSSOLICITADOS A FLEXIÓN

Observar que, cuando f'c es igual a 4444 psi, es igual a 200. Por tanto, cuando f'c > 4444 psi, el valor es determinante, cascontrario es determinante 200 bwd/fy.

La cuantía mínima de armaduraρmin = 200/fy originalmente fue desarrollada para proveer el mismo porcentaje mínimo de 0,5% (para acero dulce) qrequerían las versiones anteriores del código.

La Ecuación del Código se eliminó, y fue reemplazada por el siguiente texto

“ Para los elementos estáticamente determinados que tienen un ala traccionael área As,min deberá ser mayor o igual que el valor dado por la Ecuación (reemplazando bw por 2bw o por el ancho del ala, cualquiera sea el valor q

resulte menor”.


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RESISTENCIA AL MOMENTO USANDO LA DISTRIBUCIÓNRECTANGULAR DE TENSIONES EQUIVALENTE

Calcular la resistencia al momento en base a la condición de equilibrio estátusando la distribución rectangular de tensiones equivalente ilustrada en Figura.

Asumir f'c = 4000 psi y fy = 60.00 psi. Por motivos de simplicidad, despreclas barras suspensoras.

Ejemplo1


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Ejemplo1


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Ejemplo1


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Ejemplo1


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Ejemplo1


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DISEÑO DE UNA VIGA CON ARMADURA DE COMPRESIÓN

Ejemplo 2Determinar el área de armadura requerida para un momento

mayorado Mu = 516 ft - kips. f'c = 4000 psi; fy = 60.00 psi.


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Ejemplo 2

Ñ Ó


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Ejemplo 2

Ñ Ó


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Ejemplo 2

Ñ Ó


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Ejemplo 2

Ñ Ó


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Ejemplo 2

Ñ Ó


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Ejemplo 2

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