UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADRORFACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

ASIGNATURA HORMIGÓN ARMADO 1PROF: MSc Ing. Dany del Valle Bravo

HORMIGÓN ARMADO 1

1.4- Tipos de cargas, Hipótesis de carga, factores de mayoración, factores de reducción de capacidad de carga.

OBJETIVO: Revisa las hipótesis de carga. Identifica los distintos factores de mayoración de cargas. Calcula las solicitaciones últimas, utilizando las hipótesis de

carga.

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COEFICIENTE DE SEGURIDAD Métodos de cálculo que involucran:- Factores de mayoración de la carga.- Factores de minoración de la resistencia. El coeficiente de seguridad global: valor dependiente de los factores

parciales de mayoración y minoración.

MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES Consiste en determinar posibles modos de fallo de un edificio, y fijar

un valor probable (valor característico) de cierta magnitud que controla alguno de los posibles modos de fallo funcional o estructural.

Determina el valor máximo de la misma magnitud que puede admitir la estructura proyectada, calculado a partir de sus características geométricas y las propiedades de los materiales con que está construido.

La relación entre el valor probable y el valor máximo admisible está relacionado con el coeficiente de seguridad.

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HIPÓTESIS DE CARGA. Habiendo fijado un valor probable de riesgo o hipótesis,

determinado por la simultaneidad de acciones prevista, dentro de un plazo de vida útil de la estructura, la finalidad del cálculo estructural será comprobar que no supere ese valor.

Deberá cuidadosamente organizar los criterios a aplicar para determinar el valor probable de riesgo.

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TIPOS DE CARGAS Tarea más importante del proyectista: determinar de

manera precisa el valor y posición de las cargas que soportará la estructura durante su vida útil

También determinar las combinaciones más desfavorables que pueda presentarse.

Debe diseñarse para resistir las combinaciones de carga: permanente, sobrecarga de uso, acciones sísmicas, cargas

temporales debida procesos constructivos, cargas dinámicas, de viento, explosión, hundimiento de cimentaciones y otras debidas a fenómenos naturales.

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CARGAS PERMANENTES (CARGA MUERTA) Su magnitud y posición permanecen prácticamente

constantes durante la vida útil de la estructura. Pesos de todos los miembros estructurales y los pesos de

objetos permanentemente unidos a la estructura. Puede estimarse satisfactoriamente por medio de fórmulas

basadas en los pesos y tamaños de estructuras similares. Con experiencia, se puede también “estimar” la magnitud de esas cargas.

Determinados los materiales y tamaños, sus pesos pueden determinarse a partir de tablas que dan sus densidades.

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SOBRECARGAS DE USO (CARGA VIVA) Son cargas variables en magnitud y posición debidas al funcionamiento

propio de la estructura. Causadas por los pesos de los objetos colocados temporalmente sobre

una estructura. Las cargas mínimas especificadas en los códigos se determinan

estudiando la historia de sus efectos sobre estructuras existentes. Esas cargas incluyen un margen para tener una protección contra

deflexiones excesivas o sobrecargas repentinas. Se supone que los pisos de edificios están sometidos a cargas vivas

uniformes, que dependen del propósito para el cual el edificio es diseñado. Estas cargas están tabuladas en códigos nacionales.

Incluyen márgenes contra la posibilidad de sobrecarga debido a cargas de construcción y requisitos de servicio.

Algunos códigos especifican cargas vivas concentradas. Dependen de la ocupación destinada la edificación y están conformadas

por los pesos de personas, muebles, equipos y accesorios móviles o temporales, mercadería en transición.

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CARGAS POR VIENTO (NEC-11) La velocidad de diseño para viento hasta 10 m de altura, será la adecuada a la

velocidad máxima para la zona de ubicación de la edificación, pero no será menor a 21m/s ó 75 km/h.

Tabla 1.4. COEFICIENTE DE CORRECCIÓN, σ

Categoría A: Edificios frente al mar, zonas rurales o espacios abiertos sin obstáculos topográficos.

Categoría B: Edificios en zonas suburbanas con edificación de baja altura, promedio hasta 10m.

Categoría C: Zonas urbanas con edificios de altura.

Altura

(m)

Sin obstrucción

(Categoría A)

Obstrucción baja

(Categoría B)

Zona edificada

(Categoría C)

5 0.91 0.86 0.80

10 1.00 0.90 0.80

20 1.06 0.97 0.88

40 1.14 1.03 0.96

80 1.21 1.14 1.06

150 1.28 1.22 1.15

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Vb la velocidad corregida del viento en m/s;

V la velocidad instantánea máxima del viento en m/s, registrada a 10 m

de altura sobre el terreno;

σ el coeficiente de corrección de la Tabla 1.4.

LA VELOCIDAD CORREGIDA DEL VIENTO (m/s) La velocidad corregida de

viento Vb, corresponde al valor característico de la velocidad media del viento a lo

largo de un período de 10 minutos, medida en una zona plana y desprotegida

frente al viento, a una altura de 10 metros sobre el suelo.

Dicho valor, será corregido con el factor σ, indicado en la Tabla 1.4, considera

altura del edificio y características topográficas y/o de edificación del entorno,

mediante la ecuación (1-5):

Mapa de zonificación de velocidades bases de viento para Ecuador ?

𝑉𝑏 = 𝑉 · σ (1−5)

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CÁLCULO DE LA PRESIÓN DEL VIENTO: La acción del viento se considera que actúa como presión sobre el

elemento de fachada. Para efectos de determinar la resistencia del elemento frente al empuje

del viento, se puede establecer una presión de cálculo P Se determinará mediante la siguiente expresión:

P=1/2 · ρ · Vb2 · Ce · Cƒ

P presión de cálculo expresada en Pa ó N/m2

ρ densidad del aire expresada en Kg/m3

Ce coeficiente de entorno/altura Cƒ coeficiente de forma

Para la densidad del aire se puede adoptar un valor de 1.25 Kg/m3. El coeficiente de entorno/altura Ce es un factor de corrección que tiene

en cuenta el grado de exposición al viento del elemento considerado. El coeficiente de forma Cƒ, factor de corrección que tiene en cuenta la

situación del elemento dentro de la fachada; ver Tabla 1.5

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Tabla 1.5. FACTOR DE FORMA, Cƒ

CONSTRUCCIÓN Barlovento Sotavento

Superficies verticales de edificios +0.8

Anuncios, muros aislados, elementos con una dimensión

corta en el sentido del viento

+1.5

Tanques de agua, chimeneas y otros de sección circular o

elíptica

+0.7

Tanques de agua, chimeneas y otros de sección cuadrada o

rectangular

+2.0

Arcos y cubiertas cilíndricas con un ángulo de inclinación

que no exceda los 45°

+0.8 -0.5

Superficies inclinadas a 15° o menos +0.3 a 0 -0.6

Superficies inclinadas entre 15° y 60° +0.3 a +0.7 -0.6

Superficies inclinadas entre 60° y la vertical +0.8 -0.6

El signo positivo (+) indica presión El signo negativo (-) indica succión

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FACTOR DE FORMA, Cƒ

Para contener en forma sencilla todas las posibilidades, se propone utilizar los siguientes valores para dicho coeficiente:

Elementos situados en patios interiores, cuyo ancho es inferior a la altura del edificio y sin conexión con el espacio exterior por su parte inferior, así como ventanas interiores (en el caso de que se dispongan dobles ventanas): Cƒ =0.3.

Elementos en fachadas protegidas en edificios alineados en calles rectas, a una distancia de la esquina, mayor que la altura de la edificación, en bloques exentos en la parte central de una fachada, de longitud mayor que el doble de la altura o en patios abiertos a fachadas o patios de manzana: Cƒ =0.8.

Elementos en fachadas expuestas en edificaciones aisladas o fachadas de longitud menor que el doble de la altura: Cƒ =1.3.

Elementos en fachadas muy expuestas, situados al borde de la orilla de lagos o del mar, próximos a escarpaduras, laderas de fuerte inclinación, desfiladeros, y otros: Cƒ =1.5.

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CARGAS DE SISMO: Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la

interacción del movimiento del suelo y las características de respuesta de la estructura.

Esas cargas resultan de la distorsión en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de ésta.

Sus magnitudes dependen de la velocidad y tipo de aceleraciones del suelo, así como de la masa y rigidez de la estructura.

Se pueden determinar como fuerzas estáticas horizontales aplicadas a las masas de la estructura.

Para estructuras pequeñas, un análisis estático de diseño sísmico puede ser satisfactorio.

Este método aproxima las cargas dinámicas mediante un conjunto de fuerzas estáticas externas que se aplican lateralmente a la estructura.

Una fórmula para hacerlo determinando el “cortante basal” V en la estructura.

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CARGAS DE SISMO: Debido a la altura de los edificios o esbeltez se hace necesario un

análisis dinámico para determinar las fuerzas máximas a que estará sometida la estructura.

Los efectos de la aceleración, velocidad y desplazamiento de una estructura pueden determinarse como un espectro de respuesta sísmica.

Una vez establecida esta gráfica, las cargas sísmicas pueden calcularse usando un análisis dinámico basado en la teoría de la dinámica estructural.

Este análisis es a menudo muy elaborado y requiere el uso de una computadora.

Tal análisis es obligatorio si la estructura es muy grande. Algunos códigos requieren que se preste atención específica al diseño

sísmico, especialmente en zonas que predominan sismos de alta intensidad.

Las cargas deben considerarse seriamente al diseñar edificios de gran altura o plantas de energía nuclear.

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OTROS TIPOS DE CARGAS: Acciones del terreno:

Las acciones derivadas del empuje del terreno, tanto las procedentes de su peso como de otras acciones que actúan sobre él, o las acciones debidas a sus desplazamientos y deformaciones.Incendio:

Las acciones debidas a la agresión térmica que puede provocar los incendios.Impacto:

Las acciones sobre un edificio causadas por impactos dependen de la masa, de la geometría y de la velocidad del cuerpo impactante, así como de la capacidad de deformación y de amortiguamiento tanto del cuerpo como del elemento contra el que impacta.

Salvo que se adoptaren medidas de protección, cuya eficacia debe verificarse, con el fin de disminuir la probabilidad de ocurrencia de un impacto o de atenuar sus consecuencias en caso de producirse, los elementos resistentes afectados por un impacto deben dimensionarse teniendo en cuenta las acciones debidas al mismo, con el fin de alcanzar una seguridad estructural adecuada.

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FACTORES DE CARGA Es el número por el cual hay que multiplicar el valor de la carga real o

de servicio para determinar la carga última que puede resistir un miembro en la ruptura.

Generalmente la carga muerta en una estructura, puede determinarse con bastante exactitud pero no así la carga viva cuyos valores el proyectista solo los puede suponer ya que es imprevisible la variación de la misma durante la vida de las estructuras; es por ello, que el coeficiente de seguridad o factor de carga para la carga viva es mayor que el de la carga muerta.

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COMBINACIONES DE CARGA (NEC)Símbolos y notación D carga permanente E carga de sismo F carga de fluidos con presiones y alturas máximas bien definidas Fa carga de inundación H carga por la presión lateral de suelo, presión de agua en el suelo, o presión de materiales a granel L sobrecarga (carga viva) Lr sobrecarga cubierta (carga viva) R carga de lluvia S carga de granizo T cargas por efectos acumulados de variación de temperatura, flujo plástico, retracción, y asentamiento diferencial W carga de viento

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FACTORES DE REDUCCIÓN Es un número menor que 1, por el cual hay que multiplicar la

resistencia nominal calculada para obtener la resistencia de diseño. Al factor de reducción de resistencia se denomina con la letra Ø. El factor de reducción de resistencia toma en cuenta las incertidumbres

en los cálculos de diseño y la importancia relativa de diversos tipos de elementos.

Proporciona disposiciones para la posibilidad de que las pequeñas variaciones adversas en la resistencia de los materiales, la mano de obra y las dimensiones las cuales, aunque pueden estar individualmente dentro de las tolerancias y los límites pueden al continuarse, tener como resultado una reducción de la resistencia.

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