El documento describe los principales métodos y conceptos del diseño estructural. En primer lugar, introduce los principios del diseño estructural como un proceso basado en la mecánica de sólidos y el análisis estructural. Luego, resume las principales filosofías de diseño como el diseño por tensiones admisibles y el diseño por estados límite. Finalmente, resume los métodos de análisis estructural como el método elástico y el método plástico.

1. Métodos de Diseño

2. CONTENIDO
Métodos de Diseño
1. Introducción
2. Principios del diseño estructural
3. Filosofías de diseño
4. Cargas y combinaciones de carga
5. Métodos de análisis

3. 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).
DISEÑO
ESTRUCTURAL

4. 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.
REQUISITOS
DE DISEÑO

5. 1. Introducción
1. Definición conceptual.
2. Definición de solicitaciones a considerar.
3. Estructuración.
4. Selección de elementos.
5. Análisis.
6. Evaluación.
7. Emisión de planos y especificaciones.
ETAPAS DE
UN DISEÑO

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

7. 2. Principios del diseño estructural
Modelos de carga Modelo estructural Modelos de resistencia
Análisis estructural
Comparar
respuesta vs.
resistencia
No cumple Cumple Fin
Revisar diseño
Proceso de diseño estructural
PROCESO DE
DISEÑO

8. 2. Principios del diseño estructural
• 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
INCERTEZAS
SOLICITACIONES
Q
Solicitaciones
Qc
Probabilidad de exceder Qc

9. 2. Principios del diseño estructural
• 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
INCERTEZAS
RESISTENCIA
R
Resistencia
Rc
Probabilidad de tener
resistencia menor que Rc

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

11. 2. Principios del diseño estructural
Q R
Qm Rm
gQc
fRc
CONFIABILIDAD
ESTRUCTURAL
Probabilidad de falla:
Falla
  




 







  0ln10
Q
RP
Q
RPQRP

12. 2. Principios del diseño estructural
ln(R/Q)
[ln(R/Q)]m
bsln(R/Q)
0
INDICE DE
CONFIABILIDAD
 
22
ln
QR
mm
VV
QR

b Indice de
Confiabilidad
Falla

13. 2. Principios del diseño estructural
• AISC-LRFD
INDICE DE
CONFIABILIDAD
Combinaciones de carga b objetivo
Carga permanente + carga viva (o nieve) 3 para miembros
4.5 para uniones
Carga permanente + carga viva + viento 2.5 para miembros
Carga permanente + carga viva + sismo 1.75 para miembros

14. 3. Filosofías de diseño
• 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
METODOS DE
DISEÑO

15. 3. Filosofías de diseño
Método de Diseño por tensiones admisibles (ASD):
Asume la misma variabilidad para todas las
solicitaciones (g = cte.)
Escrito en otro formato
 i
n
Q
R
g
f
Q
FS
R
R n
adm 
TENSIONES
ADMISIBLES

16. 3. Filosofías de diseño
Método de Diseño por factores de carga y resistencia
(LRFD)
• Basado en:
– Modelo probabilístico
– Calibración con ASD
– Evaluación de experiencias previas
uiin QQR  gf
FACTORES DE CARGA
Y RESISTENCIA

17. 3. Filosofías de diseño
• 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.
VENTAJAS
COMPARATIVAS

18. 4. Cargas y combinaciones de carga
• Especificaciones
– SEI/ASCE 7-02: Minimum Design Loads for Buildings and Other
Structures:
• Reglamentos o códigos de construcción
– Eurocode 1: “Basis of Design and Actions on Structures”.
– Códigos nacionales o regionales.
NORMAS
Y GUIAS

19. 4. Cargas y combinaciones de carga
• Cargas muertas (D).
• Cargas vivas estáticas (L, Lr).
• Cargas vivas móviles (L).
• Impacto (I).
• Nieve (S).
• Viento (W).
• Sismos (E).
• Lluvia (R).
• Empuje de suelos (H).
• Inundación (F).
• Otros.
CARGAS

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

21. 4. Cargas y combinaciones de carga
Cargas vivas estáticas:
• Sobrecargas de uso
– habitacional,
– de oficinas,
– de almacenamiento,
– de estacionamiento
• Tráfico peatonal o vehicular
– Cargas distribuidas
– Cargas móviles
CARGAS
VIVAS

22. 4. Cargas y combinaciones de carga
• 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
CARGAS
DE VIENTO
a
C2·q
C1·q
C3·q
C4·q
q(h)
Viento

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

24. 4. Cargas y combinaciones de carga
• Combinaciones de carga LRFD (ASCE 7-02)
1. 1.4(D + F)
2. 1.2(D + F + T ) + 1.6(L + H) + 0.5(Lr or S or R)
3. 1.2D + 1.6(Lr or S or R) + (L or 0.8W)
4. 1.2D + 1.6W + L + 0.5(Lr or S or R)
5. 1.2D + 1.0E + L + 0.2S
6. 0.9D + 1.6W + 1.6H
7. 0.9D + 1.0E + 1.6H
COMBOS
DE CARGA

25. 4. Cargas y combinaciones de carga
• Combinaciones de carga ASD (ASCE 7-02)
– D+ F
– D + H + F + L + T
– D + H + F + (Lr or S or R)
– D + H + F + 0.75(L + T ) + 0.75(Lr or S or R)
– D + H + F + (W or 0.7E)
– D + H + F + 0.75(W or 0.7E) + 0.75L + 0.75(Lr or S or R)
– 0.6D + W + H
– 0.6D + 0.7E + H
COMBOS
DE CARGA

26. 5. Métodos de análisis
• Método elástico
– Material es elástico, lineal, homogéneo e isótropo.
– Miembros elásticos
– Pequeñas deformaciones
METODO
ELÁSTICO
s
e
sy
E

27. 5. Métodos de análisis
• Método elástico
– Límite de aplicación está dado por primera fluencia de la sección
METODO
PLÁSTICO
My
Fy
-Fy

28. 5. Métodos de análisis
• Método elástico
– Resistencia de la estructura está dada por primera fluencia o
límite de deformación
METODO
PLÁSTICO
Py
Dmax

29. 5. Métodos de análisis
• Existe reserva de resistencia en la sección
METODO
PLÁSTICO
M1>My
Fy
-Fy
My
Fy
-Fy

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

31. 5. Métodos de análisis
• Método plástico
– Material es elástico-perfectamente plástico.
– No hay inestabilidad
– No hay fractura
– No hay fatiga
METODO
PLÁSTICO
s
e
sy
E

32. 5. Métodos de análisis
• Método plástico
– Estado límite en la sección es plastificación
METODO
PLÁSTICO
Mp
Fy
-Fy

33. 5. Métodos de análisis
• Método plástico
– Estado límite en la estructura es colapso
METODO
PLÁSTICO
Pu