Mod 2_14_Diseño de Servicio

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ANALISIS Y DISEÑO EN
ACERO ESTRUCTURAL
SEGÚN AISC 360
MODULO II: 
COMPORTAMIENTO Y DISEÑO DE MIEMBROS DE ACERO ESTRUCTURAL SOMETIDO A 
DISTINTAS SOLICITACIONES SEGÚN ESPECIFICACIONES AISC 360
ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
ANALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL SEGÚN AISC 360
ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
Diseño para Estado Limite de 
Servicio.
ANALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL SEGÚN AISC 360
ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
Generalidades.
E l e s t ado l i m i t e d e se r v i c i o e s donde la f u nc i ó n d e l a ed i f i ca c i ó n , s u
a pa r i e nc i a , man t en i m i e n t o , d u rab i l i dad y co n fo r t de s u s ocupa n t e s s e
p r e s e r van pa ra cond i c i o na l e s no r ma l e s de u so . Lo s va l o r e s l i m i t e s pa ra un
adecuado compo r t am i e n t o e s t r u c t u r a l pa ra e l f u nc i o nam i en t o de l a
ed i f i cac i ó n , d ebe rá se r e s cog ido en f u nc i ó n de la d i s po s i c i ó n de l a
e s t r uc t u r a , e s d ec i r , dep ende rá de l u s o de s t i nado e i nc l u s o pa r t i c u l a r d e
cada m i emb ro e s t r u c t u r a l .
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Tipos de Servicios.
De f l e x i o ne s ve r t i ca l e s :
S o n l a s de fo r mac i o ne s de m i emb ro s y /o s i s t ema s de p i s o s o t echo s deb ido a
la s ca rga s de se r v i c i o .
𝑳
A B
𝑷
𝑳
A B
𝒚𝒎𝒂𝒙
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De f l e x i o ne s ve r t i ca l e s – l i m i t e s :
Lo s l i m i t e s de de f l e x i ó n dependen much í s i mo en l a f u nc i ó n que d e semp eña r a
e l m i emb ro o s i s t ema de la e s t r u c t u r a , s i s t ema s de a poyo s , u s o , e t c . Lo s
l i m i t e s t r ad i c i o na l e s e xp r e sado s en f r acc i ó n de l a l o ng i t ud de l t r am o no se
deben ex t r a po la r ma s a l l á de l a e xpe r i e nc i a . E l con t r o l adecuado de
de f l e x i o ne s e s u n a s un t o comp l e j o q ue r equ i e r e d e la cu i d ado sa a p l i cac i ó n
de l j u i c i o p ro f e s i o na l . Lo s l i m i t e s t r ad i c i o na l e s s o n :
∆𝑳𝑳=
𝑳
𝟑𝟔𝟎
∆𝑫𝑳+𝑳𝑳=
𝑳
𝟐𝟒𝟎
De f l e x i ó n máx i ma pa ra ca rga va r i ab l e :
D e f l e x i ó n máx i ma pa ra ca rga to ta l :
∆𝑫𝑳=
𝑳
𝟏𝟐𝟎
De f l e x i ó n máx i ma pa ra ca rga pe r manen t e :
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De f l e x i o ne s ve r t i ca l e s – ca rga s de se r v i c i o :
La s comb i nac i o ne s pa ra e l c hequeo d e l a s de f l e x i o ne s e s t á t i ca s pued en
de sa r r o l l a r s e u sand o un aná l i s i s con f i ab l e de p r i me r o rden . Pa ra e l e s t ado
l i m i t e de se r v i c i o e nvo l v i e nd o a s í de fo r mac i o ne s v i s ua lmen t e cue s t i o nab l e s ,
ag r i e t am i en t o s u o t r o s daño s i n t e r i o r e s en l o s acabado s , y o t ro s e f ec t o s a
co r t o p la zo , l a s comb i nac i o ne s s o n :
𝑫+ 𝑳
( S = N i eve )𝑫+ 𝟎. 𝟓 𝐒
𝑫 + 𝟎. 𝟓 𝑳
Pa ra e s t ado s l i m i t e s de se r v i c i o que envue l va n e f ec t o s de con t r a cc i ó n ,
a s en tam i e n t o s , o e f ec t o s s i m i l a r e s de la r go p la zo o pe r manen t e , l a
comb i nac i ó n de ca rga s uge r i da se rá :
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De f l e x i o ne s ve r t i ca l e s - Con t r a f l e cha s :
La s con t r a f l e cha s s o n de fo r m ac i o ne s r ea l i zad a s an t e s d e la co l ocac i ó n d e l
m i emb ro ya sea en ta l l e r o en ob ra , con l a f i na l i dad de con t r a r r e s t a r
de fo r mac i o ne s e xce s i va s de l m i s mo en un e s t ado de s e r v i c i o . E s t a pued e s e r
o NO una so l uc i ó n a p rob l ema s de se r v i c i o en e s t r uc t u r a s .
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De f l e x i o ne s La t e ra l e s o De r i va s :
S o n l a s de fo r mac i o ne s l a t e r a l e s d e m i emb ro s ve r t i ca l e s d e la e s t r u c t u r a y
de fo r mac i o ne s ho r i zo n ta l e s de l o s d i a f r agma s ( r o tac i ó n como cue r po
r í g i do ) .
𝜹𝟐𝜹𝟏
𝑯𝟏
𝑯𝟐
∆𝟐=
𝜹𝟐
𝑯𝟐
∆𝟏=
𝜹𝟏
𝑯𝟏
𝜹
𝑳
𝑳
∆=
𝜹
𝑳
∆=
𝜹
𝑳
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De f l e x i o ne s La t e ra l e s o De r i va s - l i m i t e s :
Lo s l i m i t e s de de r i va comúnmen t e u sa do s en e l d i s e ño de ed i f i cac i o ne s
e s t á n en e l o r den de
𝟏
𝟔𝟎𝟎
y
𝟏
𝟐𝟎𝟎
de la a l t u r a de en t r ep i s o . E s t o s l i m i t e s
gene ra lmen t e son s u f i c i e n t e s pa ra m i n i m i za r e l daño de r eve s t i m i e n t o s y
pa rede s no e s t r u c t u r a l e s . D e r i va s meno r e s s e r i a n ma s a p rop iada s cua ndo e l
r eve s t i m i e n t o e s f r ág i l .
Lo s l i m i t e s ma s u sad o s so n va l o r e s en t r e
𝟏
𝟓𝟎𝟎
y
𝟏
𝟒𝟎𝟎
. E l va l o r l i m i t e ab so l u t o de
una d e r i va de en t r ep i s o e s a vece s de f i n i da po r e l i ngen i e ro p royec t i s t a en
f u nc i ó n d e l a ev i denc i a que ex i s t a ace r ca d e l o s daño s que p ued en o cu r r i r
a l o s r eve s t i m i e n t o s , pa r t e s no e s t r u c t u r a l e s y ac r i s t a l am i e n t o s s i l a de r i va
de en t r ep i s o e xcede l o s 10 mm .
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De f l e x i o ne s La t e ra l e s o De r i va s – ca rga s de se r v i c i o :
E l c hequeo de de r i va s l a t e r a l e s conc i e r ne p r i n c i pa lm en t e pa ra e f ec t o s
i nduc i do s po r e l v i e n t o . La comb i nac i ó n s uge r i da pa r a e l c hequeo d e
de r i va la t e ra l e s :
𝑫+ 𝟎. 𝟓 𝐋 +𝐖
E s i mpo r ta n t e d e s taca r que a p e sa r de q ue l a s ca rga s i nduc i da s po r l a
acc i ó n s í s m i ca no son con s i de rada s en e s t o s l i m i t e s deb ido a s u na t u r a l e za
imp r edec ib l e , po r end e, s e de s l i gan de e s t a s r ecom end ac i o ne s y pa san a
se r r eque r i m i e n t o s no r ma t i vo s , con l a ún i ca f i na l i dad no i ncu r r i r e n
de sp la za m i en t o s e xce s i vo s que p ueda n o r i g i na r e f ec t o s de 2do o rden e
i nc l u s o e l co la p so de un m i emb ro .
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𝑳
A B
𝑳
A B
V ib rac i o ne s en s i s t ema s de p i s o s :
S o n mov im i e n t o s oca s i o nado s po r l a i n t e r venc i ó n de a l guna f u e r za exc i t ado
ex t e r na , q ue pa r a e l ca so pa r t i c u l a r d e s i s t ema s de p i s o s , p r i n c i pa lmen t e
e s po r e l m i s mo u so de la e s t r u c t u r a , t a l como e l pa so a l cam i na r de la s
pe r s o na s , pa so veh i cu l a r, f u nc i o na m i en t o de equ i po s o maqu i na r i a s que
i nd u zcan ace l e r ac i o ne s pa r t i c u l a r e s en l a ed i f i cac i ó n , e t c .
𝒖(𝒕)
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V ib rac i o ne s – F r ecuenc i a na t u r a l de l s i s t ema de p i s o :
U n aná l i s i s moda l d e la e s t r u c t u r a d e p i s o pued e u t i l i za r s e pa r a d e t e r m i na r
l a s p rop i edade s mo da l e s c r i t i ca s d e l a m i sma , p e ro ex i s t e n fac t o r e s que so n
d i f í c i l e s de i nco r po r a r en l o s mode l o s e s t r u c t u r a l e s de l a m i sma , t a l e s como,
l a a cc i ó n compue s ta , cond i c i o ne s d e bo rde y d i s con t i n u i dade s , pa r t i c i o ne s ,
o t r o s componen
t e s no e s t r u c t u r a l e s , e t c . U n ca l c u l o s i mp l e de la
p rop i edade s d i nám i ca s de u n s i s t ema de p i s o e s med ian t e l o s p r i n c i p i o s de
d i nám i ca s pa ra cue r po s en v i b rac i ó n fo r zada no amo r t i g uada , po r l o t a n t o :
𝑳
A B
𝒇𝒏 =
𝝅
𝟐
.
𝑲
𝑴
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V ib rac i o ne s – F r ecuenc i a na t u r a l de l s i s t ema de p i s o :
Ten i e ndo en cuen ta que l a s de fo r ma c i o ne s d e la s e s t r u c t u r a s d epend en
ne tamen t e de s u r i g i dez , pod emo s r ea comoda r l a ecua c i ó n de la s i g u i e n t e
mane ra :
𝑳
A B
𝒚𝒎𝒂𝒙
W
𝒚𝒎𝒂𝒙 =
𝟓.𝑾. 𝑳𝟒
𝟑𝟖𝟒. 𝑬. 𝑰
=
𝟓.𝑾. 𝑳𝟑
𝟑𝟖𝟒.
𝑬. 𝑰
𝑳
𝒇𝒏 =
𝝅
𝟐
.
𝟏
ൗ𝑾 𝒈
.
𝑬. 𝑰
𝑳
Rigidez
Por lo tanto, la frecuencia del sistema puede
aproximarse a:
𝒇𝒏 = 𝟎. 𝟏𝟖.
𝒈
𝒚𝒎𝒂𝒙
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V ib rac i o ne s – F r ecuenc i a na t u r a l de l s i s t ema de p i s o :
E n e l ca s o t í p i co de co r r ea s s ob r e v i ga s , dond e se a s um e e l m i s m o mode l o
ma t emá t i co an t e r i o r de un s i mp l emen t e a poyado, podemo s de t e r m i na r l a
de f l e x i ó n máx i ma a pa r t i r de l a r e l ac i ó n de Dun ke r l e y :
𝑳
A B
𝒚𝒃
W
𝒇𝒏 = 𝟎. 𝟏𝟖.
𝒈
𝒚𝒃 + 𝒚𝒈
𝟏
𝒇𝒏
𝟐 =
𝟏
𝒇𝒃
𝟐 +
𝟏
𝒇𝒈
𝟐
Para modos combinadas, si ambos miembros se
encuentran simplemente apoyados, entonces:
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V ib rac i o ne s – F r ecuenc i a s e x t e r na s :
E l a ná l i s i s de v i b rac i o ne s dep end e f u ndam en ta lmen t e de la f r e cuenc i a
exc i t ado ra a la cua l s e e s t a some t i e ndo y se pued en d i s c r e t i za r
e s enc i a l men t e en :
• Pa so de gen t e cam i nando .
• Acc i o ne s r í t m i ca s t a l e s como , e j e r c i c i o s anae r ób i co s o ba i l e s .
• Maqu i na r i a s o equ i po s .
Vibraciones de piso debido a los 
impulsos por el paso durante caminatas
Deflexión pseudo-estatica en un sistema 
de piso debido al caminar de personas
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E xpan s i ó n y Con t r acc i ó n :
S o n de fo r mac i o ne s oca s i o nada s deb ido a la va r i ac i ó n de t em pe ra t u r a ,
h umedad r e l a t i va e i nc l u s o e f ec t o s de p r e - t e n s i o ne s .
𝑳 + ∆𝑳
A B
𝑳
A B∆𝑻
𝑳 − ∆𝑳
A B
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Du rab i l i dad :
Ed i f i cac i o ne s y o t r a s e s t r u c t u r a s pueden de t e r i o r a r s e d eb ido a c i e r t o s
cond i c i o ne s amb i en ta l e s pa r t i c u l a r e s .