unidad 03 la funcionalidad y seguridad estructural patología 2° sem de 2013 ok

30/07/2013

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Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera

Escuela de Construccin Civil

UNIDAD 03

LA FUNCIONALIDAD Y SEGURIDAD ESTRUCTURAL

PATOLOGAS EN OBRAS DE CONSTRUCCINDR. BENJAMN NAVARRETE FRANCISCO

LA SEGURIDAD ESTRUCTURALConsiste en asegurar que la obra de construccin tiene un comportamientoestructural adecuado frente a las acciones previsibles y a las influenciasprevisibles a las que pueda estar sometida durante su construccin y usoprevisto.

Para satisfacer este objetivo, la estructura en su conjunto, las partes que lacomponen y los elementos resistentes no estructurales se proyectarn,fabricarn y mantendrn de forma que, con una fiabilidad adecuada, secumplan las exigencias bsicas que se establecen a continuacin:

Resistencia y estabilidadMantencin de la resistencia y estabilidad frente a acciones e influenciasprevisibles.

Aptitud de servicioNo se produzcan deformaciones, degradaciones y anomalasinadmisibles. Los efectos dinmicos de las acciones no generenincorfortabilidad a los usuarios.

Fuente: Cdigo Tcnico de Edificacin. Ministerio de Fomento. Espaa. PATOLOGAS EN OBRAS DE CONSTRUCCINDR. BENJAMN NAVARRETE FRANCISCO



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La Seguridad frente a los Estados Lmite ltimos se incorpora atravs de unos coeficientes de seguridad, que en general la mayorade las Normas y Cdigos la estipulan en funcin de:

La mayoracin de las solicitaciones. La minoracin de la resistencia de los materiales.

Razn y ser de los coeficientes de seguridad

Por ejemplo:

Cdigo ACI 318-2002 Instruccin Espaola EHE 1999.Peso Propio: 1,2Sobrecarga: 1,6Minoracin: Corte 0,75

Flexin 0,9

Peso Propio: 1,5Sobrecarga: 1,6Minoracin: Acero 1,15

Hormign 1,5




Criterios de Diseo

Diseo elstico o de tensiones admisibles: se admite un comportamiento lineal elstico de los materiales.1 Se determinan las solicitaciones.2 Se calculan las tensiones de trabajo.3 Se comparan estas ltimas con una fraccin de la resistencia de los materiales

= TENSIN ADMISIBLE

En este caso se introduce la seguridad solamente afectando la capacidadresistente de los materiales.Desventajas: Conduce a un desaprovechamiento de los materiales, al no tener en cuenta

su capacidad de adaptacin plstica para resistir mayores solicitaciones. Slo entrega el valor de las tensiones en servicio, en el supuesto de

comportamiento elstico, como suele ser en general, pero no proporcionainformacin acerca de la capacidad real que posee la estructura para recibirms carga, por tanto no se conoce el margen de seguridad real que staposee.




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Diseo en rotura o capacidad ltima:1 Se determinan las solicitaciones, considerando las cargas

mayoradas.2 Se comparan estas solicitaciones con aqullas que agotan la pieza,

considerando que los materiales tienen ahora una resistenciamenor que la real.

SE ABANDONA EL COMPORTAMIENTO LINEAL ELSTICO

En este caso se introduce la seguridad afectando tanto la capacidadresistente de los materiales como tambin mayorando lassolicitaciones.Ventajas:- Tiene en cuenta la capacidad de adaptacin plstica de los

materiales para resistir mayores solicitaciones.- Es posible conocer el margen real de seguridad que posee la

estructura.PATOLOGAS EN OBRAS DE CONSTRUCCIN

DR. BENJAMN NAVARRETE FRANCISCO

Criterios de Diseo



Factores aleatorios Causas de Incertidumbre Anlisis

Resistencia de los materiales

-Variabilidad de los materiales.

-Errores de ensayo

-Correlacin probeta -realidad

Resistencia de clculo de los materiales

Acciones -Variabilidad sobrecargas

-Variabilidad peso propio

-Efectos dinmicos sismo y viento

Valor de clculo de las acciones

Proceso de Clculo -Precisin de las hiptesis

-Errores numricos

-Grado de rigor


Caractersticas geomtricas y mecnicas de la estructura real

-Defectos de ejecucin:

disposicin de armaduras, errores

hormigonado, coacciones no previstas.

Resistencia de los materiales y valor de clculo de las acciones

Otros factores -Errores en planos

-Errores de interpretacin


FACTORES ALEATORIOS E INCERTIDUMBRE




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ANLISIS DE LA CONFIABILIDAD ESTRUCTURAL

La Resistencia y la solicitacin, al ser valores aleatorios y nodeterminsticos, se describen a travs de una funcin dedistribucin.

En rigor, se trata de un problema probabilstico.





Valores de 84 % de nivel de confianza: = 1,0097,5 % de nivel de confianza: = 2,00

99,85 % de nivel de confianza: = 3,00PATOLOGAS EN OBRAS DE CONSTRUCCIN

DR. BENJAMN NAVARRETE FRANCISCO



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Margen de seguridad:

PROBABILIDAD DE FALLA

Siendo pc la confiabilidad.Si la funcin de densidad de probabilidad de Z es conocida:

Siendo la funcin dedistribucin acumulada deprobabilidad para variablealeatoria normal estndar.




RIESGO DE MUERTE OTRAS ACTIVIDADES

Actividad Tasa de muerte anual

Motociclista en competencia

Accidente Automvil

Accidente avin comercial

Impacto por un rayo

5,0 x 10-3

3,6 x 10-4

3,0 x 10-6

5,0 x 10-7

Pf > 10-3 Riesgo AltoPf < 10-5 Bajo Riesgo

Fuente: Diseo Estructural. Riddell e Hidalgo. 1997.

PROBABILIDAD DE FALLO

EDIFICACIN:




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Ejemplo:Columna de hormign armadoCarga axial peso propio: 50 ton variacin estimada 15%Carga axial sobrecarga: 70 ton variacin estimada 22 %Solicitacin de diseo: 2,8 ( PP + SC )Coeficiente de variacin de la resistencia: 15 %.

Resolucin:Resistencia (Rm)

Solicitacin (Sm)




Ejemplo:Columna de hormign armadoCarga axial peso propio: 50 ton variacin estimada 15%Carga axial sobrecarga: 70 ton variacin estimada 22 %Solicitacin de diseo: 2,8 ( PP + SC )Coeficiente de variacin de la resistencia: 15 %.

Resolucin:

(*)(*) Anexo P, Diseo Estructural. Riddell e Hidalgo.




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CRITERIO DE OPTIMIZACIN ECONMICO




EVALUACIN DE LA SEGURIDAD

Informacin determinstica

Informacin probabilstica

Se consideran fijos y no aleatorios los distintos valores numricos quesirven de partida para el clculo ( resistencia de los materiales, valorde las cargas, entre otros ).

Se consideran como aleatorias las diversas magnitudes que sirven departida para el clculo, por lo que se admite que los valores con queopera tienen una determinada probabilidad de ser o no alcanzados enla realidad.

ES POSIBLE ACEPTAR UNA DISMINUCIN EN LA SEGURIDAD DE UNA ESTRUCTURA ?

CIITERIOS DE ACEPTACIN O RECHAZO




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Tipo de informacin Semiprobabilista

Determinista

Valor de Base ( % ) 9 12

Revisin del clculoestructural

Reducida(%)

0.3 0.4

Completa(%)

1 1.3

Investigacin de los materiales Reducida(%)

0.3 0.4

Intensa (%) 1 1.3

Revisin de la ejecucin Reducida(%)

0.2 0.3

Intensa (%) 0.5 0.7

Importancia del fallo de lapieza enEl conjunto de la estructura

Baja (%) 1.2 1.7

Alta (%) 0.4 0.5

Probabilidad de ocurrencia delasacciones

Baja (%) 0.5 0.6

Alta (%) 0.1 0.2

Seguridad a sobrecargas Baja (%) 0.1 0.2

Alta (%) 0.5 0.6

Recomendaciones para el establecimiento del lmite de refuerzo(expresado en % de reduccin de la capacidad resistente)




Capacidad de aviso

Ni fisuracinnideformaciones (%)

0 0

Fisuracin odeformaciones (%)

0.4 0.6

Fisuracionesydeformaciones (%)

0.8 1.1

Colaboraciones fiables de partesno estructurales

Despreciable(%)

0 0

Importante(%)

0.5 0.7

VALOR LIMITE TOTAL6,0 8,0

Jos Calavera Ruiz, Patologa de Estructuras de Hormign Armado y Pretensado, Edicin ao 1996




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CRITERIOS DE ACEPTACIN O RECHAZOEvaluacin estadstica de la resistencia del hormign, NCh 1998.

Evaluacin por muestras consecutivas:

( N muestras 10 )a)

b)

3 Resistencia media de las tres muestras consecutivas correspondientes a cada parcialidad del lote de hormign ( MPa )

c Resistencia especificada a la rotura por compresin (Mpa) i Resistencia individual de cada muestra (Mpa) o Lmite inferior para las resistencias de fi en cada muestra (Mpa)K1 y K2 constantes de evaluacin segn tabla B1




Tabla B1Valores de las constantes K1 y K2

Fraccin defectuosa

(%)Constantes

(MPa)H5 H10 H15 H20 o

superior

5K1K2

0.30.6

0.51.2

0.81.9

1.02.5

10K1K2

00.9

01.7

02.6

03.5

20 K1K2

-0.41.4

-0.72.7

-1.14.1

-1.55.5




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Tabla B2Anlisis de resultados

ANTECEDENTES CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

f3 >fc + k1 fi >fo Cumple la resistencia especificada

f3< fc + k1 fi >fo

No cumple la resistencia especificada

Informar a los proyectistasestructurales.Considerar las penalizaciones establecidas en los contratos.

fi

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Tabla B4Anlisis de resultados

ANTECEDENTES CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

fm >fc + s t fi >fo Cumple la resistencia especificada

fm< fc + s t fi >fo

No cumple la resistencia especificada

Informar a los proyectistasestructurales.Considerar las penalizaciones establecidas en los contratos.

fi

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CRITERIOS DE ACEPTACIN O RECHAZOEjemplo:Se desea evaluar la resistencia de un pilar mediante la extraccin de testigos. Laresistencia especificada del hormign es 20 MPa en probeta cbica a los 28 das.La tabla muestra los resultados de los ensayos a compresin, las dimensiones de laprobeta y los factores de correccin por esbeltez.

Testigo N

Dimetro Altura Esbeltez Resistencia del testigo

MPa

Factor de correccin

Resistencia del testigo corregida

MPa

1 100 195 1.95 14.6 0.996 14.542 100 198 1.98 14.0 0.998 13.973 100 197 1.97 16.4 0.998 16.37




Relacin entre las desviaciones resistentes y dimensionales de los elementos y su capacidad resistente

Resistencia Nominal: (Rn) Capacidad resistente real de los elementos.Resistencia de diseo: (Rd=Rn) Capacidad resistente real de los elementos

multiplicada por un factor de reduccinsiempre menor que uno.

Solicitacin de servicio: (Ss) Corresponde a la solicitacin sin mayorar.Solicitacin de diseo: (Sd) Corresponde a la solicitacin mayorada.

Es condicin de diseo ptimo:

Coeficiente Global de Seguridad:Capacidad resistente real

Solicitacin de servicio




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Coeficiente Global de Seguridad: Capacidad resistente real

Solicitacin de servicioLuego:

Como:

Reemplazando:





Variacin del Coeficiente Global de Seguridad:

Capacidad alterada - Capacidad nominal

Capacidad nominal

Por lo Tanto:




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Comportamiento Lineal:

Comportamiento no lineal:- No linealidad mecnica- No linealidad geomtrica

COMPORTAMIENTO NO LINEAL DE ESTRUCTURAS

Curvatura

Pendiente

Flecha




Diagrama lineal v/s no linealHormign Armado




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REDISTRIBUCIN DE ESFUERZOSFORMACIN DE RTULAS PLSTICAS





VIGA METLICA

Si el material es homogneo y de

seccin constante, esta situacin no se

puede presentar.




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Ejemplo:Momento en centro de vano:

Momento en apoyos:

Si se disea correctamente la viga, la capacidad resistente queda gobernada por los esfuerzos generados en los apoyos. Al parecer la

seccin de centro de vano puede admitir el doble de carga (2Q) que la seccin de apoyo.

Momento resistente de la seccin: 14,58 t-m




En este caso:

La carga que es capaz de resistir la viga es un 33% ms alta que la que arroja el clculo lineal.

Se tiene:




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VIGA DE HORMIGN ARMADO





VIGA HORMIGN ARMADOCalcular la carga ltima que es capaz de soportar la viga de la figura, realizando un anlisis no lineal.

Acero: A44-28H.Hormign: H30q = 1,8 ton/m Mayoracin: 1,5 PP 1,6 SCPP = 1,17 ton/m Minoracin: c = 1,5 s = 1,15




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Carga de Clculo: 4,64 ton/m.

Vano: Mv = 695.790 kg-cmAs = 8,71 cm22 16 + 2 22 = 11,624 cm2Momento resistente: Mvu = 928.572 kg-cm

Apoyo: Ma = 1.391.580 kg-cmAs = 19,17 cm22 16 + 2 32 = 20,11 cm2Momento resistente: Mau = 1.459.670 kg-cm





Consecuencia directa del aumento de acero:

Vano: qu = 6,19 ton/mApoyo: qu = 4,86 ton/m

Incremento de la carga: 0,22 ton/m

Verificar si apoyo plastifica antes que vano:

Mv = 0,5 Ma ( rgimen lineal )Si Mvu > 0,5Mau plastifica el apoyo.928.572 > 0,5 1.459.670 = 729.835

plastifica apoyo




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Es necesario encontrar, cuanto se descuelga la ley de momento flector.

Mau =AquL2 Mvu = VquL2

Por otra parte:( Ma1 + Ma2) : 2 + Mv = 1/8

A + V = 0,125

Resolviendo:A = 0,076 = 1 / 13,2V = 0,049 = 1 / 20,4qu = 5,3 ton/m





VIGA HORMIGN ARMADO




unidad 03 la funcionalidad y seguridad estructural patología 2° sem de 2013 ok

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