Ing. Carlos Saavedra

Definiciones de Casos de Carga para Sistemas Estructurales

De acuerdo a las convenciones estipuladas en la Norma COVENIN para el diseo de estructuras para edificaciones, se definen casos de carga estticos y dinmicos para poder estimar la resistencia de las edificaciones sometidas a estos efectos, tales como:

Casos de Carga Definicin

U Estado lmite ltimo de resistencia.

CP Cargas permanentes en la edificacin (Tabiqueras, acabados, mamposteria no estructural)

CV Cargas variables dentro de la edificacin (Maquinaria, vehculos, personas, mobiliario no fijo)

CVt Cargas variables aplicadas en las cubiertas o techos .

W Cargas de viento.

S Cargas ssmicas.

CT Cargas por efectos trmicos.

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

CF Cargas debido a fluidos.

Factor de participacin y/o reduccin de cargas variables.

Combinaciones Para Sistemas Estructurales en Acero

Las solicitaciones sobre la estructura, sus miembros y juntas de acuerdo a la teora de los estados lmites de agotamiento resistente, U (Fyu para el Acero), se determinarn basados en las hiptesis de solicitaciones que produzcan el efecto mas desfavorable. Las Combinaciones sern 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 0,8W)

U = 1,2CP + 1,3W + 0,5CV + 0,5CVt

U = 0,9CP 1,3W

U = 1,2CP + CV S

U = 0,9CP S

Cuando los efectos estructurales de otras acciones sean importantes para el diseo, sus solicitaciones se incorporarn mediante la siguiente ecuacin:

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 continuacin. Anlogamente, como en las estructuras de acero, se elegir para el diseo la combinacin 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 + (CV 0,8W)

U = 1,2CP + 1,6W + CV + 0,5CVt

U = 1,2CP + CV S

U = 0,9CP 1,6S

U = 0,9CP S

U = 0,9CP 1,6CE

Valores para el factor de Reduccin de Cargas Variables

Tanto para los sistemas estructurales de Acero como de Concreto Armado, el factor de reduccin de Cargas Variables ser siendo 1,00, a excepcin de los pisos y terrazas de viviendas o edificaciones donde su valor ser igual a 0,50, as como tambin en techos donde el factor de reduccin se puede considerar como 0,25.

Grupo Escenario Porcentaje Factor

A Recipientes de lquidos completamente llenos 100% 1,00

B Almacenes y depsitos en general (Bibliotecas o Archivos)

100% 1,00

C Edificaciones con concentraciones de ms de 200 personas (Educacionales, comerciales, cines, industrias, escaleras y vas de escape)

50% 0,50

D Estacionamientos pblicos 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

Combinaciones Para el Diseo de Elementos Resistentes al Sismo

Sistemas Estructurales de Concreto Armado:

Combinaciones

U = 1,2CP + CV S (*)

U = 0,9CP 1,6S (*)

U = 0,9CP S (*)

U = 0,9CP 1,6CE

Sistemas Estructurales de Acero:

Combinaciones

U = 1,2CP + CV S (*)

U = 0,9CP S (*)

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

Amplificacin de la Carga Ssmica Bsica

S Accin ssmica

Sb = QE 0,2SDS CP

Sa = 0QE 0,2SDS CP

Efecto de Fuerzas Horizontales Efecto de Fuerzas Verticales

Casos de Carga Definicin

QE Carga Ssmica Horizontal

SDS Aceleracin del espectro de diseo para perodos cortos

CP Cargas permanentes en la edificacin

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

0 Factor de Sobre-resistencia ssmica (Depende del sistema estructural)

Accin ssmica aplicada a Combinaciones de Carga, Ilustracin

Tomando en cuenta la siguiente combinacin de cargas:

U = 1.2CP + CV + 1,0Sb

Tomando en cuenta que:

Sb = QE + 0,2SDS CP

Combinando se obtiene:

U = (1,2 + 0,2SDS )CP + CV +1,0 QE

Accin ssmica aplicada a Combinaciones de Carga, Ilustracin

Tomando en cuenta la siguiente combinacin de cargas:

U = 0,9CP + 1,0Sb

Tomando en cuenta que:

Sb = QE - 0,2SDS CP

Combinando se obtiene:

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

Factor de Amplificacin Ssmica 0

Tipos de Sistema 0

Prticos Resistentes a Momento (SMF, IMF, OMF) Moment Resistance Frames 3

Prticos con Arriostramientos Especiales (STMF) Special Truss Moment Frames 2

Prticos Arriostrados Concntricamente (SCBF, OCBF) - Concentrically Braced Frames

2

Prticos Arriostrados Excntricamente (EBF) Eccentrically Braced Frames 2

Placas y Muros Especiales de Corte (SPSW) Special Plate Shear Walls 2

Prticos Arriostrados Restringidos de Pandeo (BRBF) Buckling Restrained Braced Frames

(BRBF) - Conexiones Viga Columna Resistentes a momento 2.5

(BRBF) - Conexiones Viga Columna No Resistentes a Momentos 2

Funcin de la Amplificacin de la Resistencia Ssmica 0QE

La amplificacin de la carga ssmica se fundamenta en la estimacin 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 inelstico. Es simplemente para disear elementos que soporten cargas ssmicas amplificadas sin que los mismos fallen por cedencia plstica, ya que pueden trabajar en rango inelstico sin ocurrir el colapso de la estructura por falla de algn elemento.

0QE

QE

Que hacer con 0QE ? Luego de haber estimado todas las combinaciones estticas y dinmicas posibles dentro de la normativa vigente, se deben estimar adicionalmente el comportamiento inelstico de la estructura sin incurrir en el colapso de miembros que puedan comprometer su estabilidad estructural. Por lo tanto, se deben aadir combinaciones en ambos sentidos, X e Y, modificando las magnitudes ordinarias de las cargas ssmicas con un factor de amplificacin especificado en la tabla de 0 que puedan determinar el comportamiento de los prticos en cualquiera de las tipologas especificadas en anteriormente, dependiendo de los miembros que los forman. Sean iguales o no, las tipologas de los prticos en diferentes direcciones se deben estudiar por separado.

0QE

QE

Aplicacin Definitiva en el Caso de un Sistema en Acero

Si = 0,5 (P. Ej)

Combinaciones

U = 1,2CP + CV S (*)

U = 0,9CP S (*)

Nuevas Combinaciones Sin Amplificar

U = 1,2CP + 0,5CV S (*)

U = 0,9CP S (*)

Suponiendo que se tenga una estructura SMF, donde 0 = 3

Nuevas Combinaciones Amplificadas

U = 1,2CP + 0,5CV 3S(*)

U = 0,9CP 3S(*)