Combinaciones de Carga de Acuerdo ACI
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ESTRUCTURAS II TEMA Combinación de cargas ACI 318-08
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ACI
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ESTRUCTURAS II
TEMA
Combinación decargas
ACI 318-08
Índice
Introducción........................................................................................................3
Objetivo General.................................................................................................4
Objetivo Especifico..............................................................................................4
Combinaciones de Carga de Acuerdo ACI-318....................................................5
Conclusiones.....................................................................................................13
Recomendaciones.............................................................................................14
Comentario sobre las cargas utilizadas en nuestro país en los edificios...........15
Bibliografía........................................................................................................16
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Introducción
En el presente trabajo se hizo una investigación acerca de los tipos de
combinaciones de cargas que se mencionan en el reglamento ACI 31808,
este es un código que tiene gran influencia en el mundo y presenta los
requisitos necesarios para el diseño de edificios de hormigón.
Una combinación de cargas es el cálculo general de un elemento o
estructura con las sobrecargas desfavorables, y que actúan en
determinadas partes de la estructura, estos elementos deben ser
diseñados para que tengan una resistencia de diseño al menos igual a la
resistencia requerida para que estos resistan y no colapsen con facilidad.
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Objetivo General
Que el estudiante estudie y conozca los tipos de combinaciones de cargar del código ACI 31808 y su utilidad en el diseño de las estructuras de una edificación.
Objetivo Especifico
1. Identificar las combinaciones de carga dadas en el reglamento ACI
31808 y sus excepciones.
2. Conocer la resistencia requerida que o actúan sobre las estructuras
de las edificaciones.
3. Estudiar los factores de resistencia y como estos nos pueden ayudar
a hacer un buen diseño de estructura.
4. Indicar los propósitos del factor de reducción de resistencia .φ
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Combinaciones de Carga de Acuerdo ACI-318
Empecemos por definir a que se denomina una combinación de cargas es
el cálculo general de un elemento o estructura con la concarga y con las
sobrecargas desfavorables, ya que actúan, a veces, sólo en determinadas
partes de la estructura. Es por esa razón que es importante identificar los
estados a que puede verse sometida la estructura y verificar que frente a
ellos continúe desempeñándose según los criterios de diseño aceptables.
El ACI 31808 en el capítulo 9 “Requisitos de Resistencia y
Funcionamiento” establece las condiciones de resistencia y rigidez que
deben cumplirse para satisfacer el estado límite último y de servicio.
Las estructuras y los elementos estructurales deben ser diseñados para
que tengan en cualquier sección una resistencia de diseño al menos igual
a la resistencia requerida, calculada esta última para las cargas y fuerzas.
En el capítulo 9 donde se realizara la base para la investigación sobre la
combinación de cargas, define la resistencia básica y las condiciones de
funcionamiento para diseñar elementos de concreto estructural. El
requisito básico para el diseño por resistencia se puede expresar como:
Resistencia de diseño ≥ Resistencia requerida
(Resistencia nominal) ≥ UǾ
Resistencia Requerida
La resistencia requerida representa el valor de la fuerza axil, momento
flector o torsor y fuerza cortante, que solicitan o actúan sobre la
estructura, consecuencia de las acciones aplicadas sobe ésta y que ha sido
obtenida utilizando cualquiera de los métodos de análisis estructural
prescrito por el ACI 318.
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La resistencia requerida U se expresa en términos de cargas mayoradas
(producto de la carga nominal por un factor de mayoración de las cargas) o
de las fuerzas y momentos internos correspondientes. Estás cargas
mayoradas son las cargas especificas en el reglamento general de
construcción multiplicadas por los factores de carga apropiados.
A continuación se presentan las siguientes combinaciones de carga dadas
en el reglamento ACI 31808:
Ec1) U = 1.4 (D + F)
Ec2) U = 1.2 (D + F + T) + 1.6 (L + H) + 0.5 (L, ó S ó R)
Ec3) U = 1.2D + 1.6 (L, ó S ó R) + (1.0L ó 0.8W)
Ec4) U = 1.2D + 1.6W + 1.0L + 0.5 (L, ó S ó R)
Ec5) U = 1.2D + 1.0E + 1.0L + 0.2S
Ec6) U= 0.9D + 1.6W + 1.6H
Ec7) U= 0.9D + 1.0E +1.6H
También el reglamento ACI 31808 indica las siguientes excepciones a las
ecuaciones anteriores:
Se permite reducir a 0.5 el factor de carga viva, L, en las ecuaciones
Ec3 a Ec5, excepto para estacionamientos, áreas ocupadas como
lugares de reunión pública y en todas las áreas donde L sea superior
a 4.8 KN/m2.
Se permite utilizar 1.3W en lugar de 1.6W en las ecuaciones Ec4 y
Ec6 cuando la carga de viento W no haya sido educida por un factor
de direccionalidad.
En las ecuaciones Ec5 y Ec7 se puede usar 1.4E en lugar de 1.0E,
cuando E, los efectos de carga por sismo se basen en los niveles de
servicio de las fuerzas sísmicas.
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El factor de carga para H, cagas horizontales debidas al peso y
presión del suelo, agua en el suelo, y otros materiales debe fijarse
igual a cero en las Ec6 y Ec7, si la acción estructural debida a H
neutraliza las causadas por W ó E. Cuando las presiones laterales
ejercidas por el empuje del suelo proporcionan resistencia a las
acciones estructurales provenientes de otras fuerzas, no deben
incluirse en H, sino deben incluirse en la resistencia de diseño.
El factor asignado de cada carga está influenciado por el grado de
precisión con el cual normalmente se puede calcular la carga y por las
variaciones esperadas para dicha carga durante la vida de la estructura.
Por esta razón a las cargas muertas que se determinan con mayor
precisión y son menos variables se les asigna un factor de carga más bajo
que a las cargas vivas. Los factores de carga también toman en cuenta
variabilidades inherentes al análisis estructural empleado al calcular los
momentos y cortantes.
Debe darse la debida consideración al signo en la determinación de U,
para las combinaciones de carga, dado que un tipo de carga puede
producir efectos en sentido opuesto al de los producidos por otros tipos.
Las combinaciones de carga 0.9D, están específicamente incluidas para el
caso, para el cual una carga muerta reduce los efectos de otra. En dicho
caso, una reducción de la carga axial y un incremento del momento
pueden producir una combinación de carga más desfavorable.
Deben considerarse las diversas combinaciones de carga con el fin de
determinar la condición de diseño crítico, esto resulta particularmente
cierto, cuando la resistencia depende de más de un efecto de carga, tal
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como la resistencia a la flexión y a la carga axial combinadas, o a la
resistencia a cortante, en elementos con carga axial.
Resistencia de Diseño
La resistencia de diseño proporcionada por un elemento, sus conexiones
con otros elementos, así como sus secciones transversales, en términos de
flexión, carga axial, cortante y torsión corresponde al producto de la
resistencia nominal calculada de acuerdo a las disposiciones de
reglamento ACI 318 y un factor de reducción de resistencia que siempreφ
es menor que la unidad.
Los propósitos del factor de reducción de resistencia son:φ
1) Tener en cuenta la probabilidad de existencia de elementos con una
resistencia baja debida a variaciones en la resistencia de los
materiales y las dimensiones.
2) Tener en cuenta inexactitudes en las ecuaciones de diseño.
3) Reflejar el grado de ductilidad y la confiabilidad requerida para el
elemento bajo los efectos de la carga bajo consideración.
4) Reflejar la importancia del elemento en la estructura.
La resistencia nominal es la resistencia de un elemento o sección
transversal calculada usando las hipótesis y ecuaciones de resistencia del
Método de Diseño por Resistencia, antes de aplicar cualquier factor de
reducción de la resistencia.
Los factores de reducción de la resistencia (sección 9.3.2):φ
1) En secciones controladas por tracción: = 0, 90φ
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2) Secciones controladas por compresión: elementos con armadura en
espiral (sec.10.9.3) = 0, 70; otros elementos armados = 0, 65φ φ
3) Corte y torsión = 0, 75φ
4) Aplastamiento en el concreto (excepto para zonas de anclaje
postesado y modelos puntaltensor) = 0, 65φ
5) Zonas de anclaje de postensado = 0, 85φ
6) Modelos puntaltensor, (Apéndice A) puntales, tensores, zonas
nodales y áreas de aplastamiento en esos modelos = 0, 85φ
7) Las secciones a flexión en los elementos pretensados donde la
longitud embebida del torón es menor que la longitud de desarrollo
como se establece en (art. 12.9.1.1)
a) Desde el extremo del elemento hasta el extremo de la longitud
de transferencia = 0, 75φ
b) Desde el extremo de la longitud se transferencia hasta el
extremo de la longitud de desarrollo, debe permitirse que seaφ
incrementado linealmente de 0.75 a 0.9
8) Para flexión compresión, cortante y aplastamiento en concreto
estructural simple: = 0, 65φ
9) En estructuras que dependen de muros prefabricados intermedios
de categoría de diseño sísmico, el se debe modificar según seφ
indica:
a) Para cualquier elemento estructural diseñado para resistir E,
para cortante debe ser 0.60 si la resistencia nominal aφ
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cortante del elemento es menor que el cortante
correspondiente al desarrollo de la resistencia nominal a
flexión del elemento.
b) Para diagramas, para cortante no bebe exceder el mínimo φ φ
para cortante usado para los elementos verticales del sistema
primario resistente a fuerzas laterales.
c) Para nudos y vigas de acople reforzadas en forma diagonal, φ
para cortante debe ser 0.85.
Control de Deflexiones
Los elementos de concreto reforzado sometidos a flexión deben diseñarse
para que tengan una rigidez adecuada con el fin de limitar cualquier
deflexión que pudiese afectar adversamente la resistencia o el
funcionamiento de la estructura.
Cuando se calculen deflexiones a largo plazo, únicamente debe
considerarse la carga muerta y la porción de la carga viva que actúan en
forma permanente.
Se dan dos métodos para controlar las deflexiones.
Para vigas no preesforzadas y losas en una dirección, y para elementos
compuestos se deben seguir las disposiciones de altura o espesor total
mínimo, según la tabla que a continuación se presenta.
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Espesor mínimo h
Simplemente apoyadas
Con un extremo continuo
Ambos extremoscontinuos
En voladizo
Elementos
Elementos que no soportan o estén ligadas a divisiones u otro tipo de elementos susceptibles a dañarse debido a deflexionesgrandes
Losas macizas con una dirección L /20 L /24 L /28 L /10
Vigas o losas nervadas en una dirección L /16 L/18.5 L /21 L/8
Tabla 9.5 (a) alturas o espesores mínimos de vigas no preesforzadas o
losas reforzadas en una dirección a menos que se calculen las deflexiones
Para elementos reforzados en dos direcciones (no preesforzados) la altura
mínima requerida de las losas sin vigas interiores que se extiende entre los
apoyos y que tienen una relación entre lados no mayor que 2, debe
cumplir con lo requerido en la tabla 9.5(c) y no debe ser inferior que los
siguientes valores:
a) Losas sin ábacos 125 mm
b) Losas con ábacos 100 mm
El espesor mínimo H para losas con vigas que se extienden entre los
apoyos en todos los lados debe ser:
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a) Para igual o menor que 0.2, se aplican las dispociones de
9.5.3.2
b) Para mayor que 0.2 pero no mayor que 0.2, h no debe ser menor
que:
Ecuación 912
Pero no menor de 125 mm.
c) Para mayor que 2.0, h no debe ser menor que
Ecuación 913
Y no menor que 90 mm.
d) En bordes discontinuos bebe disponerse una viga de borde que
tenga una relación de rigidez no menor de 0.80, o bien aumentar el
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espesor mínimo requerido por las ecuaciones 912 0 913 por lo
menos un 10 por ciento en el panel que tenga un borde discontinuo.
El termino en b y c corresponden a la luz libre en la dirección larga
medida cara a cara de las vigas. El termino en b y c corresponde a la
relación de la luz libre en la dirección larga a la luz libre en la dirección
corta de la losa.
Sin ábacos Con ábacos
Paneles exteriores Panelesinteriores
Paneles exteriores Panelesinteriores
Sin vigasde borde
Convigas de
bordeSin vigasde borde
Convigas de
borde
280
420
520
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Tabla 9.5 (c) Espoesores mínimos de losas sin vigas interiores
Conclusiones
Las estructuras de las edificaciones que nos rodean tienden a ser
afectadas por diferentes tipos de cargas o también llamadas fuerzas, estas
pueden ser tanto internas como externas, y suelen provocar deformaciones
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en las estructuras y provocar que los edificios colapsen, aquí es donde
entran en juego estos reglas de código ACI, que nos sirven para que los
edificios se mantengan en su lugar a la hora que entren en juegos fuerzas
externas que quieran dañar el edificio.
Recomendaciones
1. Los profesionales de la construcción deben estar atentos e identificar
los estados a que puede verse sometida la estructura y verificar que
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frente a ellos continúe desempeñándose según los criterios de diseño
aceptables.
2. Es recomendable que se verifique no solo los tipos de
comportamiento de las cargas sino también se debe tener en cuenta
que pueden ocurrir simultáneamente varios de ellos, para tomar las
medidas necesarias a la hora de diseñar las estructuras de una
edificación.
3. Es recomendable que los diseños de las estructuras sean dúctiles ya
que este tipo de diseños tiene la capacidad de atenuar vibraciones y
por tanto los edificios no se dañan y resisten cuando hay fuerzas
externas como por ejemplo sismos.
Comentario sobre las cargas utilizadas ennuestro país en los edificios.
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En nuestro país no siempre se siguen las reglas acerca de lo que serecomienda para tener un buen diseño estructural que cumpla con losestándares de diseño del códigos internacionales como es el código ACI,por lo general quien construye las casas o edificios se van a base derecetas, es decir, que solo siguen un patrón de diseño que como lesfunciono en un lugar les funcionara en todo lugar sin embargo, a la horade diseñar las estructuras de un edificio se deben tomar en cuenta eltipo de suelo en donde se pondrán las cimentaciones del edificio ya queno todos los suelos son iguales unos necesitan más refuerzos que otros.Por último es importante recordar que como profesionales de laconstrucción debemos velar porque nuestros diseños sean dúctiles paraque estos tenga la capacidad de atenuar vibraciones y por tanto se dañemenos nuestro edificio.
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Bibliografía
http://www.engoon.com/Lectivo/1022_NINT/C5_PROCED_CALCULO_ACI
http://www.frsf.utn.edu.ar/matero/visitante/bajar_repositorio.php?
id_catedra=171&id_repositorio=2619
Reglamento ACI 31808 (American Concrete Institute).
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