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Ing. Carlos Saavedra

Definiciones de Casos de Carga para Sistemas Estructurales De acuerdo a las convenciones estipuladas en la Norma COVENIN para el diseño de estructuras para edificaciones, se definen casos de carga estáticos y dinámicos para poder estimar la resistencia de las edificaciones sometidas a estos efectos, tales como: Casos de Carga

Definición

U

Estado límite último de resistencia.

CP

Cargas permanentes en la edificación (Tabiquerías, acabados, mamposteria no estructural)

CV

Cargas variables dentro de la edificación (Maquinaria, vehículos, personas, mobiliario no fijo)

CVt

Cargas variables aplicadas en las cubiertas o techos .

W

Cargas de viento.

S

Cargas sísmicas.

CT

Cargas por efectos térmicos.

CE

Cargas debido a empujes (Terraplenes y/o Taludes, aplica en muros de contención y muros de corte con cargas diferentes al sismo)

CF

Cargas debido a fluidos.

γ

Factor de participación y/o reducción de cargas variables.

Combinaciones Para Sistemas Estructurales en Acero Las solicitaciones sobre la estructura, sus miembros y juntas de acuerdo a la teoría de los estados límites de agotamiento resistente, U (Fyu para el Acero), se determinarán basados en las hipótesis de solicitaciones que produzcan el efecto mas desfavorable. Las Combinaciones serán las que se especifican en la siguiente tabla: Combinaciones U = 1,4CP U = 1,2CP + 1,6CV + 0,5CVt U = 1,2CP +1,6CVt + 0,5(CV ó 0,8W) U = 1,2CP + 1,3W + 0,5CV + 0,5CVt U = 0,9CP ± 1,3W U = 1,2CP + γCV ± S U = 0,9CP ± S

Cuando los efectos estructurales de otras acciones sean importantes para el diseño, sus solicitaciones se incorporarán mediante la siguiente ecuación: 1,2(CP + CF + CT) + 1,6(CV +CE) + 0,5CVt

Combinaciones Para Sistemas Estructurales en Concreto En el caso de las estructuras de Concreto Armado, se toman en cuenta las combinaciones de cargas mayoradas indicadas en las ecuaciones a continuación. Análogamente, como en las estructuras de acero, se elegirá para el diseño la combinación con el efecto mas desfavorable. Combinaciones U = 1,4CP U = 1,2(CP + CF + CT) + 1,6(CV + CE) + 0,5CVt U = 1,2CP +1,6CVt + (γCV ó ± 0,8W) U = 1,2CP + 1,6W + γCV + 0,5CVt U = 1,2CP + γCV ± S U = 0,9CP ± 1,6S U = 0,9CP ± S U = 0,9CP ± 1,6CE

Valores para el factor de Reducción de Cargas Variables “γ” Grupo

Escenario

Porcentaje

Factor γ

A

Recipientes de líquidos completamente llenos

100%

1,00

B

Almacenes y depósitos en general (Bibliotecas o Archivos)

100%

1,00

C

Edificaciones con concentraciones de más de 200 personas (Educacionales, comerciales, cines, industrias, escaleras y vías de escape)

50%

0,50

D

Estacionamientos públicos

50%

0,50

E

Edificaciones con entrepisos no incluidos en el Grupo C, tales como viviendas y estacionamientos distintos al grupo D

25%

0,25

F

Techos y terrazas no accesibles

0%

0,00

Tanto para los sistemas estructurales de Acero como de Concreto Armado, el factor de reducción de Cargas Variables “γ” será siendo 1,00, a excepción de los pisos y terrazas de viviendas o edificaciones donde su valor será igual a 0,50, así como también en techos donde el factor de reducción se puede considerar como 0,25.

Combinaciones Para el Diseño de Elementos Resistentes al Sismo Sistemas Estructurales de Concreto Armado: Combinaciones U = 1,2CP + γCV ± S (*) U = 0,9CP ± 1,6S (*) U = 0,9CP ± S (*) U = 0,9CP ± 1,6CE

Sistemas Estructurales de Acero: Combinaciones U = 1,2CP + γCV ± S (*) U = 0,9CP ± S (*)

(*) verificar que la carga sísmica a utilizar es la carga sísmica amplificada, la cual es completamente diferente a la carga sísmica básica.

Amplificación de la Carga Sísmica Básica

S

Acción sísmica Sb = ρQE ± 0,2SDS CP Sa = Ω0QE ± 0,2SDS CP

Efecto de Fuerzas Horizontales Casos de Carga

Efecto de Fuerzas Verticales

Definición

QE

Carga Sísmica Horizontal

SDS

Aceleración del espectro de diseño para períodos cortos

CP

Cargas permanentes en la edificación

ρ

Factor que varía de 1,00 a 1,50 (Depende de la Hiperestaticidad Estructural)

Ω0

Factor de Sobre-resistencia sísmica (Depende del sistema estructural)

Acción sísmica aplicada a Combinaciones de Carga, Ilustración

Tomando en cuenta la siguiente combinación de cargas:

Tomando en cuenta que:

Combinando se obtiene:

U = 1.2CP + γCV + 1,0Sb Sb = ρQE + 0,2SDS CP U = (1,2 + 0,2SDS )CP + γCV +1,0 ρQE

Acción sísmica aplicada a Combinaciones de Carga, Ilustración

Tomando en cuenta la siguiente combinación de cargas:

Tomando en cuenta que:

Combinando se obtiene:

U = 0,9CP + 1,0Sb Sb = ρQE - 0,2SDS CP U = (0,9 - 0,2SDS )CP + 1,0 ρQE

Factor de Amplificación Sísmica “Ω0” Tipos de Sistema

Ω0

Pórticos Resistentes a Momento (SMF, IMF, OMF) – Moment Resistance Frames

3

Pórticos con Arriostramientos Especiales (STMF) –Special Truss Moment Frames

2

Pórticos Arriostrados Concéntricamente (SCBF, OCBF) - Concentrically Braced Frames

2

Pórticos Arriostrados Excéntricamente (EBF) – Eccentrically Braced Frames

2

Placas y Muros Especiales de Corte (SPSW) – Special Plate Shear Walls

2

Pórticos Arriostrados Restringidos de Pandeo (BRBF) – Buckling Restrained Braced Frames

(BRBF) - Conexiones Viga Columna Resistentes a momento (BRBF) - Conexiones Viga Columna No Resistentes a Momentos

2.5 2

Función de la Amplificación de la Resistencia Sísmica “Ω0QE ” La amplificación de la carga sísmica se fundamenta en la estimación de las fuerzas que ocurren en cada uno de los elementos que conforman el sistema resistente al sismo, para cuando los “fusibles” de la estructura incursionan en el rango inelástico. Es simplemente para diseñar elementos que soporten cargas sísmicas amplificadas sin que los mismos fallen por cedencia plástica, ya que pueden trabajar en rango inelástico sin ocurrir el colapso de la estructura por falla de algún elemento.

Ω0QE

QE

Que hacer con “Ω0QE ”? Luego de haber estimado todas las combinaciones estáticas y dinámicas posibles dentro de la normativa vigente, se deben estimar adicionalmente el comportamiento inelástico de la estructura sin incurrir en el colapso de miembros que puedan comprometer su estabilidad estructural. Por lo tanto, se deben añadir combinaciones en ambos sentidos, X e Y, modificando las magnitudes ordinarias de las cargas sísmicas con un factor de amplificación especificado en la tabla de ”Ω0” que puedan determinar el comportamiento de los pórticos en cualquiera de las tipologías especificadas en anteriormente, dependiendo de los miembros que los forman. Sean iguales o no, las tipologías de los pórticos en diferentes direcciones se deben estudiar por separado.

Ω0QE

QE

Aplicación Definitiva en el Caso de un Sistema en Acero Combinaciones U = 1,2CP + γCV ± S (*) U = 0,9CP ± S (*)

Si γ= 0,5 (P. Ej) Nuevas Combinaciones Sin Amplificar U = 1,2CP + 0,5CV ± S (*) U = 0,9CP ± S (*)

Suponiendo que se tenga una estructura SMF, donde Ω0 = 3 Nuevas Combinaciones Amplificadas U = 1,2CP + 0,5CV ± 3S(*) U = 0,9CP ± 3S(*)