Diseño Estructural

Norma técnica

Seguridad: Los edificios y cualquier otra estructura deberán diseñarse y construirse para soportar de forma segura todas las cargas sin exceder los esfuerzos permisibles o las resistencias ultimas, según el método con que se diseñe, de los materiales de la construcción utilizados.

Serviciabilidad: Está asociada al buen funcionamiento de la estructura bajo cargas de uso normal, generalmente para cargas de gravedad. Los sistemas estructurales y sus componentes deberán diseñarse para que tengan a rigidez adecuada para limitar:

 Desplazamientos laterales

 Vibración

 Cualquier deformación que pueda afectar la Serviciabilidad del edificio o estructura.

Fuerzas por deformación:

 Asentamientos diferenciales de fundaciones.

 Cambios restringidos en las dimensiones debidos a variaciones de temperatura.

 Expansión por humedad, contracciones y flujo plástico del concreto y otros efectos similares.

Análisis estructural: Los efectos de las cargas en las estructuras deberán determinarse tomando en cuenta propiedades de: equilibrio, compatibilidad, propiedades del material a corto y largo plazo.

Integridad estructural: Es la capacidad de sostener daño local con la estructura como un todo permaneciendo estable y sin sufrir un daño desproporcionado al daño inicial.

También se debe notar que un factor F menor es utilizado para secciones controladas por compresión (columnas) que para secciones controladas por tensión (vigas). Esto es debido a que las secciones controladas por compresión generalmente tienen menos ductilidad y son más sensibles a variaciones en la resistencia del concreto.

El propósito de las provisiones de seguridad es: Limitar la probabilidad de falla y permitir un diseño económico.

Tipos de cargas:

 Cargas muertas.

 Cargas vivas.

 Cargas de sismo.

 Cargas de viento.

 Cargas en estructuras de retención.

 Cargas de impacto.

Las fuerzas sísmicas, son esencialmente fuerzas de inercia.

Ejemplos de cargas muertas:

 El peso propio de la estructura: Losas, vigas, columnas, paredes.

 Acabados: Cielos falsos, enchapados, repellos, pisos.

 Instalaciones: Eléctricas, aire acondicionado.

 Todo elemento que ocupa una posición permanente dentro de la edificación y un peso que no cambia sustancialmente con el tiempo.

Carga viva: Es la carga que tiene que soportar una estructura por su uso y que no tiene carácter permanente.

Carga de sismo: Es la fuerza producida por el efecto de los sismos en una estructura.

Para proveer ductilidad a las estructuras los códigos establecen una serie de requisitos y consideraciones:

 Porcentajes mínimos y máximos de refuerzo.

 Separaciones máximas de refuerzo transversal.

 Detallados especiales de la armaduría de los elementos de concreto: Separación de varias de refuerzo longitudinal, traslapes y anclajes.

De acuerdo a la NTDS el método estático puede ser utilizado en los siguientes casos:

 Estructuras regulares menores de 70 m de altura, excepto aquellas que se encuentren ubicadas en un terreno tipo S4 y tengan un periodo fundamental mayor de 0.7 segundos.

 Estructuras irregulares no mayores de 5 pisos ni de 20 m de altura.

Las fuerzas sísmicas de una estructura se evalúan de acuerdo a la NTDS considerando:

 La zonificación sísmica.

 Las características del sitio.

 La categoría de ocupación de la edificación.

 La configuración del sistema estructural

 La altura del edificio.

Cortante basal: Es la fuerza total en la base de la estructura ocasionada por el sismo.

Las fuerzas sísmicas obtenidas para cada piso se distribuyen entre los elementos resistentes a carga lateral (marcos y/o paredes estructurales) proporcionalmente a la rigidez de esos elementos si se tiene un diafragma rígido, como es el caso de una losa de concreto.

Irregularidades estructurales verticales:

A. Irregularidad en la rigidez-Entrepiso flexible: Entrepiso flexible es aquel cuya rigidez lateral es menor que el 70% de la del entrepiso inmediato superior o menor que el 80% del promedio de las rigideces de los 3 entrepisos superiores.

B. Irregularidad en la masa: Se considera que existe irregularidad cuando la masa efectiva de cualquier piso es mayor que el 150% de la masa efectiva de un piso consecutivo. No se considera irregularidad en la masa cuando el techo sea más liviano que el piso inferior.

C. Irregularidad geométrica vertical: Se considera que existe irregularidad geométrica vertical cuando la dimensión horizontal del sistema resistente a cargas laterales en cualquier entre piso es mayor que el 130% de la de un entrepiso consecutivo.

D. Discontinuidad en el plano de los elementos verticales resistentes a cargas laterales: Se considera que existe una discontinuidad cuando los elementos resistentes a cargas laterales están desplazados dentro de su plano, una cantidad mayor de que la longitud de tales elementos.

E. Discontinuidad en la capacidad – Entrepiso débil: Se considera que un entrepiso es débil cuando su resistencia es menor que el 80% de la del entrepiso superior. Resistencia de entrepiso es la resistencia total de todos los elementos resistentes a sismo que comparten el cortante de entrepiso en la dirección considerada.

Irregularidades estructurales en planta:

A. Irregularidad torsional: Si los diafragmas no son flexibles se considerara que existe irregularidad torsional cuando la máxima deriva de entrepiso, incluyendo la torsión accidental, calculada en un extremo de la estructura transversal a un eje, es mayor que 1.2 veces la deriva de entrepiso promedio de los dos extremos de la estructura.

B. Esquinas entrantes: La configuración en planta de una estructura y su sistema resistente a fuerzas laterales contiene una irregularidad de tipo “esquina entrante” cuando ambas proyecciones de la estructura más allá de una esquina entrante sean mayores que el 15% de la dimensión en planta de la estructuras en la dirección considerada.

C. Discontinuidad del diafragma: Se consideran discontinuidades en diafragma los cambios abruptos o variaciones en la rigidez, como recortes o aberturas mayores que el 50% del área bruta de la planta del edificio.

D. Desalineamiento fuera del plano: discontinuidades en la trayectoria de una fuerza lateral, tal como elementos verticales fuera del plano.

E. Sistemas no paralelos: Los elementos verticales resistentes a cargas laterales no son paralelos o no son simétricos con respecto a los ejes principales ortogonales del sistema resistente a fuerzas laterales.

Capítulo 5: Criterios de estructuración

Deben evitarse fuertes diferencias en los pesos de pisos sucesivos, porque generan variaciones bruscas en las fuerzas de inercia y en la forma de vibrar del edificio.

Para que una estructura se califique como regular debe cumplirse que: El peso de cada nivel, incluyendo la carga viva que debe considerarse para diseño sísmico, no es mayor que el del piso inmediato inferior ni, excepción hecha por el ultimo nivel de la construcción, es menor que 70% de dicho peso.

Es importante observar que en voladizos, o en vigas que tengan claros muy largos, la vibración vertical produce fuerzas de inercia verticales que se suman a la de la gravedad y que conviene reducir al mínimo. Por ello, hay que evitar masas excesivas en estos elementos.

Algunos aspectos de la forma en planta del edificio propician una respuesta sísmica poco conveniente y deben evitarse. Entre estos aspectos tenemos: Irregularidades en planta

a) La asimetría de la planta: La que tiende a provocar vibraciones torsionales del edificio.

b) Presencia de alas muy alargadas: Esto tiende a producir que las alas vibren en direcciones diferentes, con lo que se producen fuertes concentraciones de solicitaciones en las esquinas interiores de la planta.

c) Plantas no muy alargadas: Mientras mayor es la longitud del edificio, mayor es la probabilidad de que actúen sobre su base movimientos que difieran en un extremo y otro de la planta, pero el problema principal de las plantas muy alargadas es que la flexibilidad del sistema de piso puede provocar vibraciones importantes en planta.

d) Plantas con esquinas entrantes: El problema no es muy grave, a menos que las alas sean muy largas, pero como principio de be buscarse siempre que la planta sea lo más compacta posible, para evitar las concentraciones de esfuerzos en las esquinas entrantes.

La esbeltez excesiva de la construcción puede provocar problemas de volteo, de inestabilidad (efectos P-delta) y de trasmisión de cargas elevadas a la cimentación y al subsuelo.

Las normas RCDF permiten considerar una estructura como regular, solo si su relación de esbeltez no excede de 2.5. H/A > 2.5

Separación entre edificios adyacentes: Diversas recomendaciones proponen una separación mínima entre edificios de un centésimo de la altura del punto más alto posible de contacto.

Requisitos básicos de estructuración:

 El edificio debe poseer una configuración de elementos estructurales que le confiera resistencia y rigidez a cargas laterales en cualquier dirección.

 La configuración de los elementos estructurales debe permitir un flujo continuo, regular y eficiente de las fuerzas sísmicas desde el punto en que estas se generan hasta el terreno.

 Hay que evitar las amplificaciones de las vibraciones, las concentraciones

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