Rafael Riddell C. - Diseño estructural

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DISEÑO ESTRUCTURAL

Rafael Riddell C. y Pedro Hidalgo O.

© Inscripción N° 101.820

Derechos reservados

Diciembre 1997

ISBN edición impresa 978-956-14-2249-0

ISBN edición digital 978-956-14-2663-4

Sexta edición, junio 2018.

Diseño interior:

José Miguel Cariaga

Diseño portada:

versión | producciones gráficas ltda.

Diagramación digital: ebooks Patagonia

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CIP - Pontificia Universidad Católica de Chile

Riddell, C. Rafael

Diseño Estructural / Rafael Riddell C., Pedro Hidalgo O.

Incluye Bibliografías

1. Diseño de Estructuras. 2. Ingeniería Estructural

I. Hidalgo Oyanedel, Pedro, coaut.

1997 624.1771 dc20 RCAA2

En esta edición se han corregido algunos errores, tanto de transcripción como en algunas figuras. Se han mantenido los valores de algunos coeficientes de normas que se han ajustado recientemente, como por ejemplo los factores de mayoración de cargas en diseño último, ya que no se trata de aspectos conceptuales en los que enfatiza este texto. Los autores desean dejar constancia del prolijo trabajo de los alumnos Herbert Bollman H. y Aarón González F., así como la cooperación de la secretaria Cristina Tapia B. en la preparación de la primera edición, y la participación del dibujante Jaime Fernández R. desde la primera edición hasta ésta. Finalmente cabe destacar la contribución de tantos y buenos alumnos que, sin saberlo, fueron puliendo la presentación de estas materias durante los últimos treinta y cinco años en la Escuela de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Agradecemos también a muchos colegas ingenieros estructurales que nos han expresado estimulantes comentarios acerca de este texto.

INDICE

PREFACIO

CAPITULO 1. INTRODUCCION AL DISENO ESTRUCTURAL

1.1 ASPECTOS BASICOS DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

1.1.1 Diseño Estructural

1.1.2 Factor de Seguridad y Confiabilidad Estructural

1.1.3 Criterios de Diseño para Seguridad

1.1.4 Normas de Cálculo y Diseño de Estructuras

1.1.5 Normas de Cargas

1.2 PRINCIPIOS DE LA MECANICA ESTRUCTURAL

1.2.1 El Método de la Resistencia de Materiales

1.2.2 Relaciones Tensión-Deformación de los Materiales Estructurales

1.2.2.1 Acero Estructural

1.2.2.2 Hormigón

1.2.2.3 Madera Aserrada

1.2.2.4 Conceptos Fundamentales de Mecánica Estructural

1.2.3 Inestabilidad Estructural

1.3 EJERCICIOS PROPUESTOS

CAPITULO 2. ELEMENTOS BAJO CARGA AXIAL

2.1 MATERIALES HOMOGENEOS

2.1.1. Comportamiento Elástico. Diseño de Elementos en Tracción

2.1.2. Efecto de Tensiones Iniciales

2.1.3. Elementos Traccionados de Madera

2.2 MATERIALES NO HOMOGENEOS

2.2.1 Comportamiento Elástico de Columnas de Hormigón Armado sin Pandeo

2.2.2 Comportamiento Inelástico de Columnas de Hormigón Armado sin Pandeo

2.2.3 Diseño de Columnas de Hormigón Armado sin Considerar Pandeo. Disposiciones de Códigos

2.3 PANDEO ELASTICO DE COLUMNAS

2.3.1 Introducción

2.3.2 Ecuaciones Diferenciales para Elementos Elásticos

2.3.3 Pandeo Elástico de Vigas-Columnas

2.3.4 La Columna Ideal

2.4 PANDEO INELASTICO DE COLUMNAS DE ACERO

2.5 DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO EN COMPRESIÓN

2.6 DISEÑO DE ELEMENTOS DE MADERA EN COMPRESIÓN

2.7 EJERCICIOS PROPUESTOS

CAPITULO 3. ELEMENTOS EN FLEXION

3.1 VIGAS DE MATERIAL HOMOGENEO EN COMPORTAMIENTO ELASTICO

3.1.1 Tensiones Debidas a Flexión y Esfuerzo de Corte

3.1.2 Diseño de Vigas

3.1.3 Problemas de Inestabilidad en Vigas

3.1.3.1 Pandeo Lateral-Torsional de Vigas

3.1.3.2 Pandeo Local en Placas Comprimidas de Vigas de Acero

3.1.3.3 Tensiones Admisibles de Flexión en Vigas de Acero según Condiciones de Inestabilidad Global y Local

3.1.3.4 Pandeo del Alma y Tensiones Admisibles de Cizalle

3.1.3.5 Pandeo del Alma por Cargas Concentradas

3.2 VIGAS DE MATERIAL NO HOMOGENEO

3.2.1 Comportamiento Elástico de Vigas con un Eje de Simetría. Tensiones Normales y Tangenciales

3.2.2 Importancia de la Transmisión del Flujo de Cizalle

3.2.3 Diseño Balanceado para Tensiones Admisibles

3.2.4 Construcción Compuesta

3.2.4.1 Vigas Metálicas con Losa Colaborante de Hormigón. Aplicación al Diseño de Puentes

3.2.4.2 Vigas Metálicas Embebidas en Hormigón

3.3 COMPORTAMIENTO INELASTICO DE VIGAS METALICAS

3.3.1 Introducción

3.3.2 Comportamiento Inelástico de Secciones Simétricas

3.3.3 Análisis Plástico

3.3.3.1 Carga de Colapso de Estructuras Estáticamente Determinadas

3.3.3.2 Carga de Colapso de Estructuras Estáticamente Indeterminadas

3.4 APLICACIONES AL HORMIGON ARMADO

3.4.1 Hipótesis Fundamentales

3.4.2 Comportamiento Elástico. Diseño por Tensiones Admisibles

3.4.2.1 Vigas en Flexión Simple con Armadura Simple

3.4.2.2 Vigas Ten Flexión Simple con Armadura Simple

3.4.2.3 Vigas Rectangulares en Flexión Simple con Armadura Doble

3.4.3 Comportamiento Inelástico de Vigas de Hormigón Armado

3.4.3.1 Relación Momento-Curvatura hasta la Rotura

3.4.3.2 Estimación de la Resistencia Última de una Sección. Cuantía de Balance en Rotura

3.4.3.3 Diseño por Capacidad Última

3.4.4 Esfuerzo de Corte y Tensión Diagonal

3.5 EJERCICIONES PROPUESTOS

CAPITULO 4. ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXION Y CARGA AXIAL

4.1 INTRODUCCION

4.2 MATERIAL HOMOGENEO ELASTICO

4.2.1 Fórmulas de Interacción de Rango Elástico

4.2.2 Núcleo Central en Compresión Excéntrica

4.2.3 Fundaciones

4.2.3.1 Presiones de Contacto. Seguridad al Volcamiento y Deslizamiento

4.2.3.2 Dimensionamiento de Zapatas de Hormigón Armado

4.2.4 Muros de Contención

4.2.4.1 Introducción

4.2.4.2 Presión Lateral de Tierras

4.2.4.3 Consideraciones de Diseño

4.3 MATERIAL NO HOMOGENEO. COLUMNAS DE HORMIGON ARMADO

4.3.1 Curva de Interacción para Capacidad Límite

4.3.2 Ductilidad de Secciones en Flexo-Compresión

4.3.3 Diseño de una Sección en Flexo-Compresión

4.3.4 Diseño de Columnas Incluyendo Pandeo

4.4 COLUMNAS DE ACERO. PROBLEMA DE INESTABILIDAD

4.4.1 Capacidad Última de una sección en Flexo-Compresión

4.4.2 Capacidad Última de una Columna en Flexo-Compresión Incluyendo Pandeo

4.5 CONCEPTOS BASICOS DE HORMIGON PRETENSADO

4.6 EJERCICIOS PROPUESTOS

REFERENCIAS

APENDICE A. TABLAS PARA DISEÑO EN ACERO

APENDICE H. TABLAS PARA DISENO EN HORMIGON

APENDICE M. TABLAS PARA DISEÑO EN MADERA

APENDICE P. TABLA DE PROBABILIDADES. DISTRIBUCION NORMAL

APENDICE V. TABLAS VARIAS

INDICE TEMATICO

PREFACIO

Este texto ha sido preparado para el curso Diseño Estructural, que es un ramo semestral de carácter obligatorio para los alumnos de la carrera de Ingeniería Civil de la Universidad Católica de Chile. Los conocimientos que deben tener los alumnos para tomar este curso son nociones básicas de Análisis Estructural, más los correspondientes a un curso elemental de Mecánica de Sólidos. El objetivo del curso es servir de introducción para estudiar posteriormente, en cursos más avanzados, el diseño referido a cada material estructural específico: Acero, Hormigón, Madera y Albañilería.