Diseño estructural

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1. Introducción
1.1 Aspectos generales del diseño estructural.
1.2 Procedimientos de verificación del diseño estructural.
1.3 Concepto de niveles de observación.
1.4 Ensayos experimentales y simulaciones numéricas.
1.1 Aspectos Generales del Diseño Estructural
Códigos de Diseño
� Resistencia
� Serviciabilidad
� Durabilidad
� Otros requerimientos
Tienen objetivos de desempeño que se logran mediante requisitos de:
Contiene regulaciones mínimas con el objetivo de proteger la seguridad y el bienestar
de los ocupantes.
Proceso de Diseño
� Definición de las necesidades y prioridades del cliente
Proceso secuencial e iterativo de toma de decisiones
Etapas principales:
1. Análisis estructural para determinar esfuerzos y deformaciones en los 
elementos.
2. Diseño de elementos para resistir las fuerzas calculadas.
3. Dibujar planos de construcción.
Características de la estructura, estética, costo, tiempo de construcción.
Selección de una alternativa estructural. Estimación preliminar de 
elementos estructurales costos y tiempo de construcción.
� Desarrollo conceptual del proyecto
� Diseño detallado de elementos estructurales
1.2 Verificación del Desempeño
a) Estados Límites de Diseño
Condición de un elemento (o sistema estructural) que si se sobrepasa, el 
elemento (o sistema) no cumple los requerimientos de desempeño.
Análisis elásticos son apropiados
� Estado límite de servicio
� Estado límite último
b) Estados Límite de Servicio
Una estructura debe permanecer funcional para cargas rutinarias
� Deformaciones
� Daño en elementos no estructurales
� Vibraciones
� Espesor de grietas
c) Estados de Límite Ultimo
La estructura debe resistir cargas eventuales. La verificación se realiza
considerando un análisis lineal elástico.
Se utiliza el método LRFD
Verificación
��� ≥ �
Los factores de carga y resistencia se establecieron considerando :
� : Factor de reducción de Resistencia
�� : Resistencia nominal
� : Carga mayorada
� Variabilidad e incerteza de las cargas
� Variabilidad e incerteza de las propiedades de los materiales
� Precisión y variabilidad de la resistencia estructural
� Fragilidad de los modos de falla
� Consecuencias de la falla
d) Diseño por Capacidad (Capacity Design)
Controla el mecanismo de falla de un elemento o estructura. Considera las
siguientes etapas:
1. Seleccionar un mecanismo de fluencia objetivo.
2. Aplicar las cargas de diseño a la estructura y diseñar la zona de fluencia 
para la resistencia requerida y con una ductilidad apropiada.
3. Determinar las fuerzas que se generan en la estructura cuando se alcanza 
el mecanismo de fluencia objetivo utilizando resistencia esperada de los 
elementos.
4. Diseñar el resto de los elementos con las fuerzas obtenidas en 3.
e) Diseño Basado en los Desplazamientos (Displacement-Based Design)
El diseño se realiza considerando el desplazamiento de los elementos
(Priestley et al. 2007)
Porque el daño está más relación con 
los desplazamientos que con las fuerzas
F
δ
x
f) Diseño Basado en el Desempeño (Performance-Based Design)
� La estructura se diseña verificando los objetivos de desempeño.
� Se requiere análisis no lineal estático o dinámico.
El documento Vision 2000 entrega una definición de desempeño sísmico.
(SEAOC 1995)
Ejemplos: FEMA 356 2000; TBI 2010 ASCE-41 2013
IO: Immediate Occupancy
LS: Life Safety
CP: Collapse Prevention
FEMA 356 incorpora 3 niveles de verificación de desempeño sísmico.
PEER (Pacific Earthquake Engineering Research Center) y ATC-58 están desarrollando 
métodos de verificación de desempeño más refinado.
• Taza de muerte
• Tiempo de reparación
• $$
Ejemplo de Indicadores
1.3 Concepto de Niveles de Observación
Micro Meso Macro
Estos 3 niveles de observación son útiles para el estudio de materiales y
estructuras (Wittmann, 1983).
El comportamiento de los materiales y una estructura
están muy relacionados
Nivel Micro
Nivel Meso
Nivel Macro
Estructura interna de la pasta del cemento y de los áridos
Escala donde trabajan los ingenieros estructurales. No se reconoce
estructura interna del material, solo se distingue entre hormigón y
acero.
Estructura de la partícula. Heterogeneidad del hormigón es
la causa de la concentración de tensiones.
Es posible explicar el comportamiento estructural 
usando un nivel menor de observación.
Ejemplos
Estructura micro del hidrato de silicato de calcio, porosidad en pasta de cemento
e interacción agua-cemento, explican el comportamiento macro del creep y
retracción.
Estructura micro de la pasta de cemento explica el comportamiento meso de la
interacción pasta-árido.
1.4 Ensayos Experimentales y Simulación Numérica
Existen 3 Herramientas para el estudio del HA
Observación Experimental
El desarrollo de nuevas técnica experimentales es
importante para mejorar el conocimiento en HA
Modelos Analíticos
Entregan resultados correctos si se utilizan supuestos físicos adecuados.
Herramientas Numéricas
Métodos de carga
Métodos de control
Instrumentos de medición
Entregan una aproximación al comportamiento real. En elementos finitos 
es posible incorporar comportamiento no lineal, condiciones de borde, 
efectos de escala, etc.