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5/22/2018 10 Clase Concreto Reforzado-1
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDAD ESTRUCTURAL DE
LOS COMPONENTES DEL CONCRETO
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
CONCRETOTres desarrollos en recientes dcadasinfluenciaron de manera principal los
procedimientos de diseo presente y futuro.
Estos son el vasto incremento en la evaluacinexperimenta y analtica de los elementos d
concreto, la aproximacin probabilstica a lainterpretacin del comportamiento y lasherramientas de computacin digital disponiblepara anlisis rpidos de seguridad y confiabilidad
de los sistemas.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
CONCRETOHasta ltimas fechas, la mayora de los factores deseguridad en el diseo tenan antecedentesempricos basados en la experiencia local en un
periodo extenso de tiempo.
Conforme se acumula experiencia adicional y seobtiene ms conocimiento de las fallas, s comofamiliaridad con las propiedades del concreto seajusta los factores de seguridad y en la mayora delos casos son reducidos por las instituciones
reguladoras.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
CONCRETO
A.L.L Baker propuso en 1956 un mtodosimplificado para la determinacin del factor deseguridad, como se muestra en la tabla 4.4basado
en una evaluacin probabilstica.
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TABLA 4.4 FACTOR DE SEGURIDAD PONDERADO DE BAKER
Efecto de falla ponderada Maximo Wt
1. Resultados de falla: de 1.0 a 4.0 4.0Serio, ya sea humano o economicoMenos serio, unicamente la exposicion de
material no daable 1.02. Mano de obra : de 0.5 a 2.0
Colado en el lugar 2.0Precolado "fabricado en planta" 0.5
3. Consideraciones de carga: 1.0 a 2.0 2.0(alta para claros simples y posibilidadesde sobrecarga; baja para combinaciones de cargatales como cargas vivas y de viento)
4. Importancia del miembro en la estructura 0.5(las vigas pueden utilizar valores mas bajos que
las columnas)
5. Aviso de falla 1.06. Disminucion de la resistencia 0.5
Total = Wt = 10.0
F.S. = 1.0 + Wt/10
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
CONCRETO
Este mtodo espera que el ingeniero de diseolleve a cabo selecciones crticas referentes a lasmagnitudes de los mrgenes de seguridad en un
diseo.Este mtodo toma en cuenta que se asignarandiferentes factores que afecta un diseo
En la tabla 4.4 se tabulan los efectos de fallaponderados Wt para los diferentes factores demano de obra, condiciones de carga, resultados defalla y capacidad de resistencia.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
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Donde el valor mximo total ponderado de todoslos parmetros que afectan el comportamiento esigual a 1.0.
El factor de seguridad contra la falla esF.S. = 1.0 + Wt
10
En otras palabras, para la peor combinacin de lascondiciones que afectan el comportamientoestructural, el factor de seguridad F:S: = 2.0.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
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Tales datos en muchas ocasiones no se encuentranfcilmente disponibles para la determinacin e losvalores ponderados de seguridad Wt en la ecuacin
4.1.
Este mtodo supone una adecuada informacin endatos anteriores de comportamiento similares a undiseo en desarrollo.
Adems, si los factores ponderados son muchos,es ms difcil de codificar una determinacinprobabilstica de los mismos
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
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Otro mtodo con un nmero ms pequeo deparmetros probabilsticas trata principalmente concargas y resistencias
De aqu que exista la probabilidad de que elingeniero de diseo considere un valor de cargaerrneo si el beneficio econmico total de laaproximacin se logra.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
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La aproximacin para las estructuras de concretoy acero es en forma general similar: tanto los
mtodos del factor de diseo de carga y resistencia(LRFD) como el mtodo del segundo momento deprimer orden (FOSM) proponen procedimientosgenerales de confiabilidad para la evaluacin del
criterio de la carga factorizada de diseo basada enla probabilidad.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
CONCRETO
Se utilizan en el dimensionamiento de losmiembros estructurales sobre las bases de lostipos de cargas de manera que los niveles de
resistencia sean mayores que la carga factorizadao que las distribuciones de momento.
Como estas aproximaciones se basanprincipalmente en la carga, reducen el nmero delas variables individuales que deben considerarse,tales como los que se listan en la tabla 4.4
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
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Suponga que i representa los factores deresistencia de un elemento de concreto y que irepresenta los factores de carga para los diferentes
tipos de carga. Si Rn es la resistencia nominal delelemento de concreto y Wi representa el efecto dela carga para diferentes tipos de cargasuperpuestas.
i Rn > i Wi (4.2)
Donde i representa los diferentes tipos de carga,tales como muertas, viva, viento, sismo o efectos
de tiempo.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
CONCRETOEn la figura se muestranuna grafica de lasdistribuciones de
frecuencia separada de lacarga real W y laresistencia R con valoresmedios R y W, la figura
(C) da las dosdistribucionessuperpuestas einterceptndose en el
punto C.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
CONCRETO
Es de reconocerse que laseguridad y la confiableintegridad de la
estructura puede existir siel efecto de la carga Wcae en un punto a laizquierda de lainterseccin C, en lacurva W y a la derecha dela interseccin C, en la
curva de resistencia R.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
CONCRETO
La falla, por otra parte,ocurrir si el efecto de lacarga o la resistencia caedentro del rea rayada en
la figura 4.5 ( c).
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
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si es un ndice de seguridad, entonces :
= . (4.3)((R )2 + (w )2)1/2
Donde R y w son las desviaciones estndarde la resistencia y la carga, respectivamente.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
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se muestra unagrafica del ndice
de seguridad para un sistemaestructuralhipottico contra
la probabilidadde falla delsistema
4 5 CONFIABILIDAD
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4.5 CONFIABILIDADY SEGURIDAD
ESTRUCTURAL DE
LOS COMPONENTESDEL CONCRETO
Puede observarse quetal probabilidad sereduce conforma se
aumenta la diferenciaentre la resistenciamedia y el efecto de lacarga , o se disminuya
la variabilidad deresistencia y el efecto dela carga medida por susdesviaciones estndar
R y w , con elloreduciendo el rearayada bajo lainterseccin C de la
figura anterior.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
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Consideraciones econmicas rigen el grado delaumento de la diferencia ( ) o la disminucindel grado de dispersin de R y w.
Desde el punto de vista econmico es irrazonabledisear una estructura para cero fallas,
particularmente ya que se aceptan otros tipos deriesgos diferentes a la carga, tales como los riesgosde sismos severos, huracanes, erupcin volcnica ofuego.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
CONCRETO
Los factores de seguridad y los correspondientesfactores de carga tendran de este modo que pasarpor alto estos tipos o niveles de carga, esfuerzo y
sobreesfuerzo cuya probabilidad de ocurrencia esmuy baja.
A pesar de esto, es posible aun lograr condiciones
confiables de seguridad escogiendo un valor delndice de seguridad a travs de una seleccinapropiada de los valores de Rn y Wi utilizando losvalores de resistencia i; y los factores de carga i
apropiados en al ecuacin 4.2.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
CONCRETO
se sugiere un ndice de seguridad teniendo el
valor de 1.75 a 3.2 para las estructuras de concreto,donde el valor mas bajo toma en cuenta lascontribuciones de carga debido a viento y sismo.
Si la carga externa factorizada se expresa como Ui,entonces i W = Ui para las diferentescombinaciones de carga.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
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A continuacin se indican los valores de Ui que serecomienda para seleccionar una mxima U autilizarse en la ecuacin 4.2, esto es iRn > i Wi
> Ui (max) :
1.4 Dn1.2Dn + 1.6 Ln
1.2Dn + 1.6 Sn + (0.5Ln o 0.8Wn) (4.4)i Uw = max. 1.2Dn + 1.3 Wn + 0.5Ln
1.2Dn + 1.5 En + (0.5Ln o 0.2Sn)0.9Dn - (1.3Wn o 1.5En)
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
CONCRETO
Donde el subndice n representa el valor nominal dela carga variable de trabajo:
Dn = carga muertaWn = carga de vientoLn = carga vivaEn = carga de sismo
Sn = carga de nievei y i se consideran tener valores ptimos;se recomienda un valor del factor de resistencia de 0.7 a 0.85.
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4.5 CONFIABILIDAD Y SEGURIDADESTRUCTURAL DE LOS COMPONENTES DEL
CONCRETOComo se discuti antes, en esta aproximacinprobabilstica la norma actual de ACI requiere que:
i Rn = max. : 1.4 Dn + 1.7 Ln
0.9 Dn - 1.3 W n (4.5)Conforme se recaben con el tiempo registros mssustanciosos de comportamiento, los detalles de laaproximacin anterior para confiabilidad, seguridad y
evaluacin de la resistencia de reserva de loscomponentes estructurales sern mas aceptados y seextendern mas all del tratamiento de los elementoscomponentes al tratamiento del sistema estructural
total.
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4.6 FACTORES DE CARGA Y MARGENES DESEGURIDAD DEL ACI
El concepto general de seguridad y confiabilidad delcomportamiento que se present en las seccionesanteriores est incluido en una forma massimplificada pero menos exacta en la norma del ACI.
Los factores de carga y los factores de reduccinde resistencia dan un factor de seguridad totalbasado en los tipos de carga de tal manera que
F.S. = 1 D + 2 L x 1 (4.6)
D + L
Donde es el factor de reduccin de resistencia y 1 y 2 son los factores de carga respectivos para la
carga muera D y la carga viva L.
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4.6 FACTORES DE CARGA Y MARGENES DESEGURIDAD DEL ACI
De manera bsica, se utiliza un nico factor comnpara carga muerta y otro para carga viva.
En el factor de reduccin se considera la
variacin en la capacidad de resistencia. Por ello elmtodo es una aproximacin emprica simplificadapara la seguridad y confiabilidad delcomportamiento estructural y que no es
econmicamente eficiente en todos los casos ni deltodo adecuado en otras ocasiones, tales como enlas combinaciones de cargas muertas y de viento.
4 6 FACTORES DE CARGA Y MARGENES DE
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4.6 FACTORES DE CARGA Y MARGENES DESEGURIDAD DEL ACI
Los factores del ACI son llamados factores de carga,ya que restringen la estimacin de la resistencia dereserva a las cargas unicamente comparadas conlos otros parmetros que se listan en la tabla 4.4.
Las cargas estimadas de servicio o de trabajo se
amplifican por los coeficientes, tales como uncoeficiente de 1.4 para cargas muertas y de 1.7 paracargas vivas.
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4.6 FACTORES DE CARGA Y MARGENES DESEGURIDAD DEL ACI
Los tipos comunes de carga que ocurren seidentifican como (1) carga muerta , D; (2) carga viva,L; (3) carga de viento, W; (4) cargas debido apresin lateral tales como los resultantes del suelo
en un muro de retencin, H; (5) cargas lateralesdebidas a la presin de un fluido, F; (6) cargas desismo, E; (7) cargas debidas al efecto del tiempo,tales como flujo plstico o contraccin.
La combinacin bsica de las cargas verticales escarga muerta mas carga viva.
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4.6 FACTORES DE CARGA Y MARGENES DESEGURIDAD DEL ACI
La carga muerta, constituida por el peso de laestructura y otros conceptos relativamentepermanentes, pueden estimarse de manera masprecisa que las cargas vivas.
Las cargas vivas se estima utilizando el peso de lascargas no permanentes, tales como gente ymuebles.
La naturaleza transitoria de las cargas vivas lashacen difcil de estimar de manera mas precisa. Porlo que, se utiliza un factor de carga mayor para las
cargas vivas que para las cargas muertas.
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4.6 FACTORES DE CARGA Y MARGENES DESEGURIDAD DEL ACI
Si la combinacin de cargas consiste solo decargas muertas y vivas, la carga ltima puedetomarse como
U = 1.4 D + 1.7 L (4.7a)Las estructuras rara vez estn sujetas nicamente acargas multar y vivas; la carga de viento esta confrecuencia presente
. Para estructuras en las cuales la carga de vientodebe considerarse, la combinacin recomendada es
U = 0.75 (1.4 D + 1.7 L + 1.7 W) (4.7b)
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4.6 FACTORES DE CARGA Y MARGENES DESEGURIDAD DEL ACI
Rara vez ocurren de manera simultanea cargasmximas muertas, vivas y de viento
De aqu que la carga total factorizada deba reducirseutilizando un factor de reduccin de 0.75.
Debido a que la carga de viento se aplicalateralmente, es posible que la ausencia de la cargaviva vertical, mientras el viento este presente,produzca esfuerzos mximos.
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4.6 FACTORES DE CARGA Y MARGENES DESEGURIDAD DEL ACI
La siguiente combinacin de carga deber tambinutilizarse para llegar a valor mximo de la cargafactorizada U:
U = 0.90 D + 1.3 W (4.7c)
Las estructuras que tienen que resistir presin
lateral debido a un relleno de tierra o a una presinde un fluido debern disearse para la peor de lasiguiente combinacin de cargas factorizadas:
4 6 FACTORES DE CARGA Y MARGENES DE
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4.6 FACTORES DE CARGA Y MARGENES DESEGURIDAD DEL ACI
U = 1.4 D + 1.7 L + 1.7 H (4.8a)U = 0.9 D + 1.7 H (4.8b)U = 1.4 D + 1.7 L (4.8c)U = 1.4 D + 1.7 L + 1.4 F (4.8d)
U = 0.9 D + 1.4 F (4.8e)U = 1.4 D + 1.7 L (4.8f)Para la carga de un sismo debern considerarse lassiguientes combinaciones:
U = 0.75 (1.4 D + 1.7 L + 1.87 E) (4.9a)U = 0.9 D + 1.43 E (4.9b)
O bien
U > 1.4 D + 1.7 L (4.9c)
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4.6 FACTORES DE CARGA Y MARGENES DESEGURIDAD DEL ACI
Cualquiera que sea la mayor. La filosofa
utilizada para la combinacin de los diferentescomponentes de carga por sismo es en esencia lamisma utilizada para el caso de la carga de viento.
4 7 RESISTENCIA DE DISEO CONTRA
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4.7 RESISTENCIA DE DISEO CONTRARESISTENCIA NOMINAL
FACTOR DE REDUCCION DE RESISTENCIALa resistencia de una unidad estructural particularcalculada por medio de los procedimientos actualesestablecidos se llama resistencia nominal.
Por ejemplo, en el caso de una viga, la capacidad demomento resistente de la seccin calculadautilizando las ecuaciones de equilibrio y laspropiedades del concreto y acero se llama lacapacidad de resistencia nominal a la flexin Mn dela seccin.
4 7 RESISTENCIA DE DISEO CONTRA
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4.7 RESISTENCIA DE DISEO CONTRARESISTENCIA NOMINAL
Esta resistencia nominal se reduce utilizando un
factor de reduccin de resistencia , para tomar encuenta las inexactitudes en la construccin, talescomo en las dimensiones o posicin del refuerzo ovariaciones en las propiedades. La resistencia
reducida del miembro se define como la resistenciade diseo del miembro.
Para una viga, la resistencia de diseo al la flexin Mn deber ser cuando menos igual o ligeramentemayor que el momento externo factorizado Mu, parala peor condicin de carga factorizada U.
4 7 RESISTENCIA DE DISEO CONTRA
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4.7 RESISTENCIA DE DISEO CONTRARESISTENCIA NOMINAL
El factor para los diferentes tipos de
comportamiento y para los diferentes tipos deelementos estructurales. Par vigas en flexin, porejemplo, el factor de reduccin es 0.90
Para columnas con estribos que soportan cargasdominantes de compresin, el factor es igual a0.70.
El factor de reduccin de resistencia ms pequeo
utilizado para columnas se debe a la importanciaestructural de las columnas en soportar laestructura total comparada con otros miembros ypara protegerse contra colapsos progresivos y fallafrgil sin aviso previo de colapso.
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4.7 RESISTENCIA DE DISEO CONTRARESISTENCIA NOMINAL
Las vigas, por otro lado, se disean paraexperimentar deformaciones excesivas antes de lafalla.
Por lo que la capacidad inherente de la viga para elaviso anticipado de falla permite el uso de un factor
de reduccin de resistencia o factor de resistenciamayor.
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4.7 RESISTENCIA DE DISEO CONTRARESISTENCIA NOMINAL
La tabla 4.5 resume los factores de resistencia para varios elementos estructurales tal como se
proporcionan en las normas del ACI.
TABLA 4.5 FACTOR DE REDUCCIONDE RESISTENCIA Elemento estructural FactorViga o losa: flexin 0.9
Columnas con estribos 0.7Columnas zunchadas 0.75Columnas que soportan cargas axiales 0.7-0.9,o bien muy pequeas 0.75-0.9
Vigas: cortante y torsin 0.85
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4.7 RESISTENCIA DE DISEO CONTRARESISTENCIA NOMINAL
Una comparacin de estros valores con los dadosindica que los valores de en esta tabla, as comolos factores de carga de la ecuacin 4.8, son enalgunos casos mas conservadores de lo que
debieran ser.
En los casos de sismos, viento y fuerzas decortante, la probabilidad de la magnitud de la carga
y confiabilidad del comportamiento est sujeta acasualidades mayores y, por lo tanto, a uncoeficiente de variacin superior que los otros tiposde carga.
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4.8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DECALIDAD
El control de calidad asegura la confiabilidad delcomportamiento de sistema diseado de acuerdocon las resistencias de reserva, supuestas y
esperadas en el diseoPracticar el control de calidad y lograr unaseguramiento de calidad incluye verificar los
papeles y desarrollo de todos los participantes: elcliente o propietario, el diseador, el fabricante deconcreto, el laboratorista, el constructor y elusuario.
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4.8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DECALIDAD
La mayora de las diferentes fases del proceso totalde construccin reciben el influjo de normas yrecomendaciones complejas emitidas por diversosorganismos reguladores.
Por otra parte, en contraste con la produccinmecanizada como en el caso de maquinarias, la
construccin de un edificio no sigue un proceso deproduccin en serie, donde los productos semueven pero los trabajadores estn relativamenteestacionarios: sucede lo contrario.
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4.8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DECALIDAD
En consecuencia, se tendrn mas seriascomplicaciones en los sistemas construidos a basede concreto.
Esto se debe en parte al hecho de que el concretoes un material no homogneo, con propiedades que
dependen de muchas variables, las cualesrequieren esfuerzo adicional en el control decalidad debido al mayor efecto del factor humanoen la calidad del producto terminado.
4 8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DE
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4.8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DECALIDAD
La confiabilidad del desarrollo del personal que
interviene en las diversas etapas de creacin de unsistema estructural de concreto desde laconcepcin hasta el diseo, construccin y usodepende del conocimiento, entrenamiento ycomunicacin en todos los niveles.
. Una ligera fluencia de informacin correcta entretodos los participantes y un entendimiento
sistemtico compartido de los problemasdesarrollados conduce a una mayor motivacinhacia soluciones ms aceradas y por lo tanto a unmejor control de calidad y un ndice elevado de
aseguramiento de calidad.
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4.8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DECALIDAD
En resumen, unsistema deaseguramiento decalidad necesita
proporcionarse conbase en la prctica decontrol de calidad enlas distintas fases einteraccionandoparmetros de unsistema total, como se
muestra en la fig. 4.7.
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4.8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DECALIDAD
4.8.1 El Usuario
La construccin de un sistema diseado se rige
bsicamente por cinco objetivos primarios:planeacin, diseo, seleccin de materiales,construccin y uso (incluyendo el mantenimiento).
La fig. 4.8 muestra de manera esquemtica lasecuencia de estos objetivos y las divisionesrespectivas de responsabilidad.
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4.8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DECALIDAD
La fig. 4.8 muestra de
manera esquemtica lasecuencia de estosobjetivos y las divisionesrespectivas de
responsabilidad.
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4.8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DECALIDAD
Como se puede observaren el diagrama, elproceso comienza con elusuario, ya que elprincipalobjetivo de unproceso es satisfacer lanecesidad de l, y
concluye con el usuariocomo el principalbeneficiario del productofinal.
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4.8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DECALIDAD
Se requiere elaseguramiento decalidad para satisfacerlas necesidades y
derechos del usuario.
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4.8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DECALIDAD
Garantiza que las actividades que afectan a lacalidad final de una estructura de concreto :
1. Basadas en requisitos fundamentales claramentedefinidos que satisfacen las condiciones de
operacin, medio ambiente y de lmitesestablecidos en el comienzo del proyecto.
2. Presentadas de una manera apropiada en planos
de ingeniera precisos y correctamentedimensionados, basados en procedimientos dediseo ptimos
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4.8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DECALIDAD
3. Llevadas a cabo de modo correcto y eficiente por
personal competente de acuerdo con planespreviamente determinados y dibujos de trabajobien supervisados durante la etapa de diseo.
4. Ejecutadas de manera sistemtica, de acuerdocon especificaciones detalladas que satisfacenlas normas y recomendaciones localesaplicables.
Para lograr estos objetivos se llama a los expertosmencionados por los otros componentes delpolgono en la fig. 4.8, comenzando con elproyectista y diseador y terminando con el
constructor.
4 8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DE
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4.8 CONTROL Y ASEGURAMIENTO DECALIDAD
3. Llevadas a cabo de modo correcto y eficiente por
personal competente de acuerdo con planespreviamente determinados y dibujos de trabajobien supervisados durante la etapa de diseo.
4. Ejecutadas de manera sistemtica, de acuerdocon especificaciones detalladas que satisfacenlas normas y recomendaciones localesaplicables.
Para lograr estos objetivos se llama a los expertosmencionados por los otros componentes delpolgono en la fig. 4.8, comenzando con elproyectista y diseador y terminando con el