diseño estructura metalica

1. 2. ESPECIFICACIONES, CARGAS
Y MÉTODOS DE DISEÑO
F.2.1, F.2.2 y Título B de la NSR-10

2. ESPECIFICACIONES Y CÓDIGOS DE
CONSTRUCCIÓN
El diseño de estructura está regido por normativas que son desarrolladas por
diversas organizaciones, más sin embargo esto al final actúa más bien como una
guía, porque una normativa no puede tener las infinidades de alternativas que se
pueden presentar en un diseño, y al final es el ingeniero diseñador quien toma la
decisión. Las normativas si son cobijadas por una autoridad estatal se convierte en
reglamento (este es el caso de la NSR-10).
Es un hecho que hay menos fallas estructurales en zonas que tienen buenos códigos
y que se acatan estrictamente. Si bien las normativas limitan en cierta forma el
actuar de un ingeniero, es indudable que al cumplir las obligaciones de la
normativa aumenta la posibilidad de que las estructuras sean bien construidas y
perduren en el tiempo.
En Colombia respecto a estructuras metálicas podemos necesitar las siguientes
normativas:
NSR-10: Titulo A (sismo). Titulo B (cargas), Titulo F (acero y aluminio) y Titulo I
(supervisión técnica)
CCP-14: Sección 3 (cargas y factores de carga), Sección 4 (análisis y evaluación
estructural), Sección 6 (estructuras de acero), Sección 7 (estructuras de aluminio),
Sección 9 (tableros y sistemas de tableros) y Sección 13 (barandas).
Este curso solo va estar orientado a edificios, por lo tanto solo se verá la NSR-10.

3. ESPECIFICACIONES Y CÓDIGOS DE
CONSTRUCCIÓN

4. ESPECIFICACIONES Y CÓDIGOS DE
CONSTRUCCIÓN

5. CARGAS
Una de las tareas más importantes en el diseño de estructuras es establecer el tipo y valor de cargas que
estarán aplicadas a la estructura y utilizar la combinación de carga más desfavorable. Para la NSR-10 las
cargas están establecidas en el Titulo B (el Titulo A también por sismo) y para el CCP-14 es la Sección 3.
Carga Muerta: Es una carga permanente y hay 3 tipos: Peso propio, sobreimpuesta (muros y pisos) y
equipos permanentes.
Carga Viva: Son cargas movibles como:
Cargas de piso.
Cargas de tránsito en puentes.
Cargas de impacto.
Cargas longitudinales (un tren frenando, un barco chocando con un muelle o grúas viajeras apoyadas en
marcos estructurales, se generan fuerzas longitudinales).
Otras cargas vivas: presiones del suelo, presiones hidrostáticas, cargas de explosiones, fuerzas térmicas y
fuerzas centrífugas.
Cargas ambientales: En el sentido estricto de la palabra son cargas vivas, pero causadas por el medio
ambiente, ejemplos de ella son: la lluvia, la nieve, el viento, los cambios de temperatura y los sismos.
Nieve: entre mayor sea la pendiente de cubierta menos carga. (1 kg/m² por 1 cm de nieve),
Lluvia: El agua generalmente escurre, excepto si hay un encharcamiento, lo cual genera represamiento
de agua, y entre más agua mayor deflexión, empeorando con el tiempo esta carga, excepto si no hay un
sifón.
Cargas de viento: Las magnitudes de las cargas de viento varían con la ubicación geográfica, las alturas
sobre el nivel del terreno, los tipos de terreno que rodean a los edificios, la proximidad y la naturaleza
de otras estructuras cercanas, y otros factores. A través de los años se ha ido avanzando en precisión
pero todavía no se puede considerar que sea una ciencia exacta. A pesar de este hecho, actualmente se
dispone de suficiente información para permitir la estimación satisfactoria de las presiones de viento de
una manera razonablemente eficiente.
Cargas sísmicas: Se aproximan valores mediante fuerzas estáticas que se distribuyen a tevés del piso.

6. CARGAS: NSR-10
B.2.4 COMBOS-B.2.4
Combo B.2.4-1 1.4D+1.4F
Combo B.2.4-2.1 1.2D+1.6L+1.6H+1.2F+0.5Lr+1.2T
Combo B.2.4-2.2 1.2D+1.6L+1.6H+1.2F+0.5G+1.2T
Combo B.2.4-2.3 1.2D+1.6L+1.6H+1.2F+0.5Le+1.2T
Combo B.2.4-3.1 1.2D+1L+1.2F+1.6Lr
Combo B.2.4-3.2 1.2D+1L+1.2F+1.6G
Combo B.2.4-3.3 1.2D+1L+1.2F+1.6Le
Combo B.2.4-3.4 1.2D+0.5W+1.2F+1.6Lr
Combo B.2.4-3.5 1.2D+0.5W+1.2F+1.6G
Combo B.2.4-3.6 1.2D+0.5W+1.2F+1.6Le
Combo B.2.4-4.1 1.2D+1L+1W+1.2F+0.5Lr
Combo B.2.4-4.2 1.2D+1L+1W+1.2F+0.5G
Combo B.2.4-4.3 1.2D+1L+1W+1.2F+0.5Le
Combo B.2.4-5X 1.2D+1L+1Ex+0.3Ey+1.2F
Combo B.2.4-5Y 1.2D+1L+0.3Ex+1Ey+1.2F
Combo B.2.4-6 0.9D+1.6H+1W
Combo B.2.4-7X 0.9D+1Ex+0.3Ey+1.6H+0.9F
Combo B.2.4-7Y 0.9D+0.3Ex+1Ey+1.6H+0.9F
El coeficiente Φ se denomina factor de resistencia; tiene en cuenta las incertidumbres
asociadas con la estructura misma y normalmente es menos de 1. Los coeficientes γM y γV se
conocen como los factores de carga; tienen en cuenta las incertidumbres asociadas, con la
carga muerta y carga viva respectivamente y serán normalmente mayores que 1, siendo γV
generalmente mayor que γM (debido a que tiene mayor de incertidumbre en su obtención).

7. TEMPERATURA (T), FLUIDOS (F) y EMPUJE LATERAL (H)

8. CARGA MUERTA (D)
Peso propio:
• ∗
• ∗ ∗
• ρ.concreto 2400 kg/m³
• ρ.mampostería 1850 kg/m³
• ρ.acero 7850 kg/m³

9. DENSIDAD MATERIALES

10. CARGA VIVA(L) Y VIVA CUBIERTA (Lr)

11. REDUCCIÓN DE CARGA VIVA e IMPACTO

12. EMPOZAMIENTO (Le) Y GRANIZO (G)

13. CARGA DE VIENTO (W)

14. CARGA DE VIENTO (W)

15. CARGA DE VIENTO (W)

16. CARGA DE VIENTO (W)

17. CARGA DE VIENTO (W)
B/s=8/6=1.33
s/h=6/12=0.5

18. SISMICIDAD (Fs=E/R)

19. SISMICIDAD (APÉNDICE A-4, TÍTULO A)

20. SISMICIDAD (AMENAZA SÍSMICA Y SISMO DE DISEÑO)

21. SISMICIDAD (FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE)
Existen 4 maneras de calcular sismo:

22. SISMICIDAD (FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE)

23. DISEÑO CON FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA (LRFD)
Y DISEÑO POR ESFUERZOS PERMISIBLES (ASD)
La Especificación AISC proporciona dos métodos aceptables para diseñar miembros de acero estructural y sus conectores.
Éstos son el Diseño con factores de carga y resistencia (LRFD: Load and Resistance Factor Design) y el Diseño por
esfuerzos permisibles (ASD: Allowable Strength Design). Ambos métodos se basan en el estado limite. La NSR-10 solo se
basa en el método LRFD.
El término estado límite se usa para describir una condición en la que una estructura o parte de ella deja de cumplir su
función prescrita. Existen dos tipos de estados límite: los de resistencia y los de servicio. Ambos deben evitarse
Los estados límite de resistencia definen la capacidad de sustentar una carga, incluyendo la fluencia excesiva, la fractura, el pandeo, la
fatiga y el movimiento bruto de cuerpo rígido.
Los estados límite de servicio definen el comportamiento, incluyendo la deflexión, el agrietamiento, los deslizamientos, la vibración y el
deterioro.
Hay dos diferencias notorias entre el método LRFD y el ASD. La primera tiene que ver con el método que se usa para
calcular las cargas de diseño. El método LRFD utiliza las combinaciones B.2.4 y el método ASD utiliza las combinaciones
B.2.3. La segunda diferencia tiene que ver con el uso de los factores de resistencia (ф en el método LRFD) y los factores
de seguridad (Ω en el método ASD). Si se hacen diseños con ambos métodos LRFD y ASD, los resultados serán bastante
parecidos entre sí. En algunas ocasiones, los diseños con el método LRFD serán ligeramente más económicos.
Un concepto importante para el diseño es la Resistencia Nominal, la cual es resistencia teórica calculada, sin la
aplicación de factores de seguridad Ωs (para el método ASD) o de resistencia фs (para el método LRFD). La razón de
aplicar estos factores se hace para considerar las variaciones de la resistencia del material, las dimensiones del miembro,
y la mano de obra así como la manera y las consecuencias de la falla.
En el método LRFD, se multiplica la resistencia nominal del miembro por ф (casi siempre ф <1.0) y el resultado se compara con la
condición aplicable de carga factorizada.
En el método ASD, la resistencia nominal se divide entre un factor de seguridad Ω (casi siempre Ω>1.0) y el resultado se compara con la
condición aplicable de carga de servicio.

24. Ejemplo

25. Ejemplo

26. REQUISITOS DE DISEÑO: NSR-10