Mod 1_2 - Filosofia de Diseño

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ANALISIS Y DISEÑO EN
ACERO ESTRUCTURAL
SEGÚN AISC 360
MODULO I: 
MODELADO, ANALISIS Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO ESTRUCTURAL OMF BAJO 
NORMATIVA AISC 360
ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
ANALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL SEGÚN AISC 360
ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
CARGAS, FILOSOFIA Y 
REQUISITOS PARA EL DISEÑO 
ESTRUCTURAL EN ACERO
ANALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL SEGÚN AISC 360
ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
¿Cuál es Nuestro Propósito?
E l p ropós i to de cua lqu ie r d i seño ya sea es t r uc tu ra l , v ia l , h id ráu l i co,
geotécn ico, e tc. Cons i s te en garan t i za r la SEGUR IDAD e INTEGR IDAD
de l d i seño du ran te su e tapa de proyec to, du ran te su p roceso
cons t r uc t i vo, du ran te su comp le ta ope ra t i v idad des t i nada e inc l u so
an te acc iones ex t raord ina r ia s que puede l l ega r has ta a se r
i mp redec ib le s .
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¿Cómo Garantizamos Seguridad?
La segu r idad de nues t ros d i seños depende rá bás icamente de lo
s igu ien te :
• Aprend iza je cons tan te .
• Conoc im ien to p leno ace rca de nues t ro p royec to.
• E s t ud ios o sopor te s técn icos . ( véase ensayos, i nves t igac iones, e tc . )
• Normat i vas v igen te s .
• Uso co r rec to de los conoc im ien to s adqu i r idos .
• É t i ca p ro fe s iona l .
• CONSULTAR ot ras op in iones o pun tos de v i s ta s . ( Impo r tan te )
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ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
Conocer Nuestro Proyecto
En la i ngen ie r ía c iv i l e s v i ta l un conoc im ien to p leno de sob re e l
p royec to que es temos por d i señar, ya que es to nos sum in i s t ra ra la
i n fo rmac ión o INTERROGANTES necesa r ia s para pode r rea l i za r lo
adecuadamente cump l i endo con nues t ro p ropós i to f i na l de segu r idad .
Para e l d i seño de ed i f i cac iones en l í nea gene ra l pud ié ramos desc r ib i r
l a i n fo rmac ión bás ica que se neces i ta para pode r rea l i za r un
p royec to :
• Des t i nac ión o p ropós i to de la ed i f i cac ión . (Muy impor tan te )
• Ub icac ión de l p royec to.
• Arqu i tec tu ra de l p royec to.
• Mate r ia le s de cons t r ucc ión . (opc iona l )
• S i s tema es t r uc tu ra l .
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La s ca rga s o acc i o ne s s ob r e una e s t r u c t u r a s e pueden d e f i n i r como
cua lqu i e r agen t e e x t e r no que a l t e r e e l eq u i l i b r i o i n t e r no de la e s t r u c t u r a .
Una e s t r u c t u r a r e sp onde rá a n t e d i c ha s acc i o ne s e x t e r na r d i s t r i b u yéndo la s a
l o l a r go d e e s ta s y t r aduc i é ndo la s en d i s t i n t o s t i po s de f ue r za s i n t e r na s y
en co n secuenc i a de fo r mac i o ne s s ob r e l a m i sma . D i c ha r e spue s t a s e xp r e sad a
en fo r ma de f ue r za s i n t e r na s s e l e conoce como so l i c i t ac i o ne s .
S o l i c i t ac i o ne s :
• Momen to f l ec t o r.
• Co r tan t e o c i za l l adu ra .
• Fue r za s a x i a l e s .
• Momen to s t o r s o r e s .
• Ten s i o ne s comb i nada s
Cargas o Acciones Sobre la Estructura
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Acciones Respuesta
Cargas o Acciones Sobre la Estructura
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T i po s de Ca rga :
• Ca rga s e s t á t i ca s : pued en con s i de ra r s e aque l l a s ca rga s cu ya magn i t ud no
va r i a de mane ra s i g n i f i ca t i va a l o l a rgo de l t i empo .
➢ Ca rga s pe r manen t e s o mue r ta s : S o n l a s que a c t úan co n t i n uamen t e
s ob r e l a ed i f i cac i ó n y cu ya magn i t ud pued e con s i de ra r s e i nva r i ab l e
en e l t i empo , com o la s ca rga s deb ido a l pe so p rop io de l o s
componen t e s e s t r u c t u r a l e s y no e s t r u c t u r a l e s , pav i men t o s , r e l l e no s
pa r ede s , mampo s t e r í a , i n s t a l ac i o ne s san i t a r i a s y e l é c t r i ca s , e t c .
I g ua lm en t e , l o s emp u j e s e s t á t i co s de l í q u i do s y t i e r r a que t engan u n
ca rá c t e r pe r manen t e , l a s de fo r mac i o ne s y l o s de sp la zam i e n t o s
i mpue s t o s po r e l e f e c t o de p r e t en s i ó n , l o s deb ido s a mov im i e n t o s
d i f e r e nc i a l e s p e r ma nen t e s d e l o s a poyo s , acc i o ne s r eo l ó g i ca s y d e
t empe ra t u r a .
Cargas o Acciones Sobre la Estructura
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ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
T i po s de Ca rga :
• Ca rga s e s t á t i ca s : pued en con s i de ra r s e aque l l a s ca rga s cu ya magn i t ud no
va r i a de mane ra s i g n i f i ca t i va a l o l a r go de l t i empo .
➢ Ca rga s va r i ab l e s o v i va s : s o n aque l l a s que a c t úan sob r e l a
ed i f i cac i ó n con u na magn i t ud va r i ab l e en e l t i em po y que se deben a
s u ocup a c i ó n y u s o hab i t ua l , como la s ca rga s de p e r s o na s , ob j e t o s ,
veh í c u l o s , a s cen so r e s , maqu i na r i a s , g r úa s móv i l e s y s u s e f ec t o s d e
i mpac to , a s í como acc i o ne s va r i ab l e s de t emp e r a t u r a s y empu j e s d e
t i e r r a y l i q u i do que t engan ca rác t e r va r i ab l e s . A pe sa r de que va r í a n
en e l t i empo se con s i de ran ca rga s e s t á t i ca s deb ido a que d i c ha s
ca rga s s o n gene r a lmen t e no r ma l i zad a s en cada reg i ó n med ia n t e
e s t ud i o s p robab i l í s t i co s , con e l p ro pó s i t o de s i mu l a r u na ca rga
máx i ma p robab l e a l o l a rgo de l f u nc i o nam i en t o de la ed i f i cac i ó n .
Cargas o Acciones Sobre la Estructura
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Cargas o Acciones Sobre la Estructura
T i po s de Ca rga :
• Ca rga s d i nám i ca s : p ued en con s i de ra r s e aque l l a s ca rga s cuya m agn i t ud
va r i a de mane ra s i g n i f i ca t i va en un pe r i odo muy co r t o de t i empo .
➢ Ca rga s acc id en ta l e s : s o n l a s acc i o ne s que en l a v i da ú t i l d e l a
ed i f i cac i ó n t i e ne n una p eq ueña p robab i l i dad de o cu r r e nc i a so l o
du ran t e l a p so s b r eve s de t i empo, como la s a cc i o ne s d eb ido a l s i s mo,
a l v i e n t o , e t c .
➢ Ca rga s E x t r ao rd i na r i a s : S o n l a s a cc i o ne s que no r ma l m en t e no se
con s i de ra n en t r e l a s que ac t úan en l a v i da ú t i l d e una ed i f i cac i ó n y
que , s i n emba rgo , pueden p r e s en ta r s e en ca so s e xcepc i o na l e s y
cau sa r ca tá s t r o f e s , como l a s acc i o ne s d eb ida s a e xp l o s i o ne s ,
i n cend i o s , e t c .
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Filosofía de Diseño
E s tados l ím i t e s : se u sa para desc r ib i r una cond ic ión en la que una
es t r uc tu ra o par te de e l la de ja de cump l i r s u f unc ión p re sc r i ta .
E x i s ten 2 t ipos de es tados l im i t e s :
• Agotam ien to re s i s ten te : de f i nen la capac idad de su s ten ta r una
carga, i nc l uyendo la cedenc ia exces i va , la f rac tu ra , e l pandeo, la
fa t iga y e l desp lazam ien to b r u to de un cue rpo r íg ido.
• Se r v ic io : de f i nen e l compor tam ien to, i nc l uyendo la de f l e x ión , e l
agr ie tam ien to, desp lazam ien tos , v ib rac iones, e tc.
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Filosofía de Diseño
A lo la rgo de l t i empo s iempre a ex i s t ido la ince r t idumbre ace rca la
magn i tud de las ca rgas que actúan sobre las e s t r uc tu ras as í como la
capac idad de la m i sma para su s ten ta r d ichas cargas . Deb ido a d icha
ince r t idumbre se hand i spues to de 2 en foques de d i seño con la
f i na l idad de obtene r d i seños a favo r de la segu r idad pe ro reduc iendo
e l ma rgen de p robab i l idad de excedenc ia de las ca rgas ac tuan te s
con t ra la capac idad es t r uc tu ra l . E s ta s f i l o so f ía s son :
• Load and Res i s tance Fac to r Des ign ( LRFD ) – Teo r ía de es tados
l i m i t e s .
• A l lowab le S t r e s s Des ign (A SD ) – D i seño por capac idad adm i s ib le .
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Filosofía de Diseño LRFD
E s un en foque de d i seño en e l que cons i s te ap l i ca r fac to r de
mod i f i cac ión tan to en la s cargas como en las capac idad de lo s
m iembros e s t r uc tu ra le s a d i señar, con la f i na l idad de d i sm i nu i r la
p robab i l idad de excedenc ia en t re la s ca rgas ac tuan tes y la
capac idad es t r uc tu ra l .
Fuerza actuante
(Demanda)
Resistencia nominal.
(Capacidad)
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Filosofía de Diseño LRFD
En foque p robab i l í s t i co de l LRFD : S i b ien pud ié ramos dec i r que las
ca rgas ac tuan tes pueden desc r ib i r se como a una dens idad de
probab i l idad matemát ica (d i s t r ibuc ión p robab i l í s t i ca no rma l o
es tándar ) , la capac idad es t r uc tu ra l tamb ién , po r lo tan to, puede
dete rm i na r se la p robab i l idad de excedenc ia en t re ambas dens idades .
Cargas, Q
Capacidad, R
Probabilidad de
excedencia
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Filosofía de Diseño LRFD
Par t i endo de l p r i nc ip io que las cargas ac tuan te s no deben supe ra r la
capac idad es t r uc tu ra l , s e puede l l ega r a lo s igu ien te : e s tándar
𝑅 − 𝑄 ≥ 0
𝑅
𝑄
≥ 1 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 − 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑
ln
𝑅
𝑄
≥ 0
𝛽 =
ln
𝑅𝑚
𝑄𝑚
𝜎𝑅
2 + 𝜎𝑄
2
≥ 0
𝜎 = 𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟
𝛽 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑.
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Filosofía de Diseño LRFD
Median te e l e s t ud io p robab i l í s t i co de los d i s t i n to s t ipos de cargas
ac tuan tes sobre una es t r uc tu ra y de la capac idad de los m iembros
e s t r uc tu ra le s , se de te rm i na ron mú l t ip le s fac to re s de mod i f i cac iones de
cargas y re s i s tenc ia , po r lo que la f i l o so f ía de d i seño se enunc ia la
s igu ien te mane ra :
෍𝛾𝑖 . 𝑄𝑖 ≤ 𝜑𝑖 . 𝑅𝑖
𝛾𝑖 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎.
𝑄𝑖 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠 𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠.
𝜑𝑖 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑛𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎.
𝑅𝑖 = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙.
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Combinaciones de Carga.
Ad ic iona lmen te de l e s t ud io p rev io para la de te rm i nac ión de los
fac to re s de carga y de re s i s tenc ia , con la f i na l idad de s imu la r
mú l t ip le s e scenar io s donde las ca rgas pueden i n f l uenc ia r de mane ra
d i s t i n ta sob re c ie r to s m iembros e s t r uc tu ra l o donde ev idenc ian un
compor tam ien to espec i f i co de in te ré s gene ra l , se c rearon
comb inac iones de las pos ib le s ca rgas ac tuan te s sob re la es t r uc tu ra :
1 . 1 .4D
2 . 1 .2D + 1 .6L + 0 .5 ( L r o r S o r R )
3 . 1 .2D + 1 .6 ( L r o r S o r R ) + ( L o r 0 .5W)
4 . 1 .2D + 1 .0W + L + 0 .5 ( L r o r S o r R )
5 . 1 .2D + 1 .0E + L + 0 .2S
6 . 0 .9D + 1 .0W
7 . 0 .9D + 1 .0E
• D = Ca rga s pe r manen t e s .
• L = Ca rga s va r i ab l e s .
• L r = Ca rga s va r i ab l e s d e
t echo .
• R = Ca rga s de l l u v i a .
• S = Ca rga s de n i eve .
• E = Ca rga s de s i s mo .
• W = Ca rga s de V i en t o
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Factores de minoración de resistencia.
E s tos fac to re s a pesa r de que todos cump len con un m i smo p ropós i to,
m i no ra r la re s i s tenc ia nom ina l de lo s m iembros e s t r uc tu ra le s , ex i s ten
mú l t ip le s fac to re s ap l i cados a cada es tado l im i t e de agotam ien to
re s i s ten te (d i seño por f l e x ión , co r tan te, ax ia l , e tc. ) y depende rán de
la no rmat i va ap l i cada a l d i seño.
En l í neas gene ra le s se puede in te rp re ta r e l d i seño med ian te e l
en foque LRFD como una f i l o so f ía adecuada deb ido a que cons i s te
bás icamen te en rea l i za r un d i seño que acorde con cargas mayo radas
(p r ime r fac to r de segu r idad) comparadas con t ra una res i s tenc ia
m ino rada ( segundo fac to r de segu r idad) .
σ𝛾𝑖 . 𝑄𝑖 ≤ 𝜑𝑖 . 𝑅𝑖z
Aumento de 
Cargas
Disminución 
de Resistencia