Criterios de Diseño y Normas
ASD · LRFD · Normativa chilena · Combinaciones de carga · Cap. 03 · Ing. M. Colque · ULS 2026
1Factor de Seguridad — Concepto Probabilístico
El factor de seguridad (FS) es la relación entre la capacidad del elemento (resistencia) y la demanda que se le impone (solicitación):
El problema probabilístico
Tanto la resistencia como la demanda son variables aleatorias descritas por funciones de distribución de probabilidad.
- • El hormigón no tiene exactamente la misma resistencia en toda la estructura
- • Las dimensiones reales difieren de las nominales
- • El acero tiene tolerancias de fabricación
- • Las cargas reales (personas, viento, sismo) son impredecibles en su magnitud exacta
- • El solapamiento entre distribuciones = probabilidad de falla
El FS no es arbitrario: garantiza que la zona de solapamiento entre las distribuciones de resistencia y demanda sea suficientemente pequeña. A mayor incertidumbre, mayor debe ser el FS. Por eso el hormigón (más variable) tiene FS mayor que el acero (más controlado) en el método ASD.
2Diseño por Tensiones Admisibles (ASD)
Principio: las tensiones bajo cargas de trabajo NO deben superar tensiones admisibles que garanticen que la estructura permanezca en el rango elástico.
S* = solicitación bajo cargas de servicio · R* = resistencia del material · FS = factor de seguridad
Hipótesis base del ASD
- • Las tensiones son proporcionales a las deformaciones (Ley de Hooke — comportamiento elástico lineal)
- • Las tensiones de servicio no sobrepasan las tensiones admisibles (fracción de la resistencia última)
Limitaciones del ASD: (1) No puede predecir la resistencia última real del hormigón armado (no lineal cerca de la falla). (2) Un único FS no refleja la diferente incertidumbre de distintas cargas. (3) No permite estimar la ductilidad de la estructura. Por esto fue reemplazado por el LRFD.
3Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD) ⭐
También llamado Diseño por Resistencia Última. El diseño se hace en términos de resistencia última: la sección alcanza su capacidad máxima (hormigón en f'c, acero en fy) bajo cargas amplificadas.
| Símbolo | Nombre | Descripción |
|---|---|---|
| Su | Solicitación última | Carga de servicio amplificada por factores αᵢ |
| αᵢ | Factor de amplificación de carga | Amplifica cada tipo de carga según su incertidumbre |
| Sᵢ | Efecto de cada carga | Momento, corte, axial producido por cada carga |
| Ru | Resistencia última de diseño | Resistencia nominal reducida por φ |
| φ | Factor de reducción de resistencia | Reduce Rn según el tipo de falla e incertidumbre |
| Rn | Resistencia nominal | Resistencia calculada con las fórmulas del código |
Factores de amplificación αᵢ
Amplifican las cargas según su incertidumbre:
- • Carga muerta D: α ≈ 1,2 (muy predecible)
- • Carga viva L: α ≈ 1,6 (menos predecible)
- • Sismo/Viento E,W: factores específicos por norma
Factor de reducción φ
Reduce la resistencia nominal. Menor φ = falla más peligrosa:
- • Flexión (dúctil): φ = 0,90
- • Corte/Torsión: φ = 0,75
- • Compresión espirales: φ = 0,75
- • Compresión estribos: φ = 0,65
¿Por qué el LRFD es superior al ASD?
La teoría elástica no puede predecir la resistencia última del hormigón armado. El hormigón no es lineal cerca de la falla.
Los factores de amplificación se asignan de manera más racional: cada tipo de carga tiene su propio factor según su nivel de incertidumbre.
La curva σ-ε del hormigón es no lineal. El LRFD incorpora este comportamiento real (bloque de Whitney, εu = 0,003) que el ASD ignora.
El LRFD permite estimar la ductilidad en el rango postelástico y controlar el modo de falla.
En LRFD todo se calcula con cargas amplificadas (Mu, Vu, Nu) y se compara con resistencias reducidas (φMn, φVn, φNn). Condición de diseño: φ·Rn ≥ Su.
4Factores de Reducción de Resistencia φ (ACI 318)
| Tipo de solicitación | φ | Tipo de falla |
|---|---|---|
| Flexión — sección controlada por tracción (εt ≥ 0,005) | 0,90 | Dúctil ✅ |
| Flexión — zona de transición (0,004 ≤ εt < 0,005) | 0,65 → 0,90 (interpolación lineal) | Intermedia |
| Corte y torsión | 0,75 | Moderadamente peligrosa |
| Compresión con espirales | 0,75 | Frágil en columnas |
| Compresión con estribos | 0,65 | Frágil — catastrófico para la estructura |
| Aplastamiento del hormigón | 0,65 | Frágil |
| Tracción en anclas (post-instalación) | 0,45 – 0,75 | Depende del tipo |
El factor φ más importante del ramo: φ = 0,90 para flexión. Toda la resistencia a flexión de vigas se verifica como φMn ≥ Mu. Los factores menores reflejan fallas más peligrosas e impredecibles.
5Marco Normativo — Jerarquía de Fuentes
Lo publicado, difundido y validado por la comunidad científica — conocimiento más avanzado disponible.
Lo que se usa efectivamente del estado del arte en la práctica de ingeniería — subconjunto validado.
Publicaciones de organismos reguladores con reglas básicas de diseño. Obligatorias cuando son citadas en reglamentación.
Carácter voluntario vs. obligatorio en Chile
Todas las normas chilenas INN son de carácter voluntario en origen. Se transforman en obligatorias cuando son citadas en alguna reglamentación (resolución, decreto o ley).
Jerarquía cuando no existe norma nacional
Si se usa una norma extranjera, deben usarse TODOS los factores de ese mismo código de manera consistente. No se pueden mezclar cargas de NCh con resistencias de ACI sin verificar compatibilidad.
6Normativa Nacional Vigente en Chile — Cargas
NCh1537.Of2009 — Cargas permanentes y cargas de uso
Área de planta total que, multiplicada por la carga uniformemente distribuida, define la carga sobre el elemento. Se determina trazando perpendiculares a mitad de vanos.
Área total desde la cual el elemento recibe cargas. Para viga interior ≈ doble del área tributaria.
Reducción de sobrecargas de uso
Cuando el área de influencia es grande, la probabilidad de que toda el área esté al máximo cargada disminuye. Condiciones para aplicar:
- • Área de influencia > 36 m²
- • Sobrecarga de uso < 500 kgf/m²
- • No debe ser carga de estacionamiento ni lugares públicos
NCh432.Of2025 — Cargas de viento
- • Acción perpendicular a la superficie sobre la cual actúa
- • Puede ser presión (signo positivo, hacia adentro) o succión (signo negativo, hacia afuera)
- • La presión depende de: altura de la construcción y ubicación geográfica
NCh431.Of2010 — Cargas de nieve
Carga de nieve según zona geográfica de Chile. Relevante para regiones del sur y zonas cordilleranas. Depende de altitud, inclinación de cubierta y zona de nieve.
NCh433.Of1996 Mod 2009 — Diseño sísmico de edificios
- • Estático equivalente: fuerza horizontal estática proporcional al peso. Para estructuras regulares y bajas.
- • Análisis modal espectral: respuesta dinámica con múltiples modos. Para estructuras altas, irregulares o de mayor importancia.
Norma prescriptiva: establece procedimientos de análisis obligatorios. Proporciona rigidez y resistencia mínima, no un nivel de desempeño específico.
7Normativa Nacional — Diseño por Material
| Norma | Material / Alcance |
|---|---|
| NCh430:2008 ⭐ | Hormigón armado — norma principal del ramo (basada en ACI 318) |
| NCh427/1-2016 | Estructuras de acero (edificios) |
| NCh427/2 | Acero conformado en frío |
| NCh2123.Of1997 Mod 2003 | Albañilería confinada |
| NCh1928.Of1993 Mod 2009 | Albañilería armada |
| NCh1198-2024 | Madera — construcciones |
Códigos internacionales de referencia
| Código | Organismo | Alcance |
|---|---|---|
| ACI 318 ⭐ | ACI | Hormigón armado — referencia principal del ramo |
| ASCE 7/SEI | ASCE | Cargas mínimas de diseño |
| ANSI/AISC 360 | AISC | Estructuras de acero |
| ANSI/AISC 341 | AISC | Disposiciones sísmicas para acero |
| AASHTO LRFD | AASHTO | Puentes |
8Combinaciones de Carga — NCh3171.Of2017
Norma fundamental que integra todas las cargas para el diseño. Define cómo combinarlas en el método LRFD y ASD.
Combinaciones LRFD (cargas amplificadas)
| # | Expresión | Uso típico |
|---|---|---|
| 1 | 1,4D | Solo carga muerta — errores de estimación |
| 2 ⭐ | 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr o S o R) | Crítica para edificios con carga viva alta |
| 3 | 1,2D + 1,6(Lr o S o R) + (1,0L o 0,5W) | Predomina carga de cubierta |
| 4 | 1,2D + 1,0W + 1,0L + 0,5(Lr o S o R) | Con viento relevante |
| 5 | 0,9D + 1,0W | Volteo por viento — D reduce, no aumenta |
| 6 | 1,2D + 1,0E + 1,0L + 0,2S | Combinación sísmica principal |
| 7 | 0,9D + 1,0E | Volteo sísmico — D reduce, no aumenta |
Combinaciones ASD (cargas de servicio, sin amplificar)
| # | Cargas |
|---|---|
| 1 | D |
| 2 | D + L |
| 3 | D + Lr (o S o R) |
| 4 | D + 0,75L + 0,75Lr (o S o R) |
| 5 | D + (W o 0,7E) |
| 6 | D + 0,75L + 0,75(W o 0,7E) + 0,75Lr (o S o R) |
| 7 | 0,6D + W |
| 8 | 0,6D + 0,7E |
Nomenclatura de cargas
Para diseño de vigas de hormigón armado, la combinación crítica habitualmente es la Comb. 2: 1,2D + 1,6L, que genera el momento último Mu que debe ser resistido por φMn. Las combinaciones 5 y 7 (con factor 0,9D) cubren el caso en que la carga muerta ayuda a la estabilidad contra volteo — reducirla es más desfavorable.
9Proceso Completo de Diseño LRFD (ACI 318)
D, L, W, E, S, etc. — valores nominales sin amplificar
Mu, Vu, Nu = tomar la combinación LRFD más desfavorable
Se trabaja con la resistencia ÚLTIMA (bloque de Whitney, modelo EPP). Garantizar: φ·Rn ≥ Su
Cuantías mínima y máxima, separación de barras, recubrimientos
Deflexiones, fisuración, vibración — se calculan con cargas SIN amplificar