Diseño por el Método de la resistencia

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ANEXO CAPÍTULO II

Diseño por po r Resistencia Resisten cia o LRFD (Load and Resistan Res istance ce Factor Facto r Design ).-

El término LRFD (Load and Resistance Factor Design), que en español se traduce a: Diseño por Factores de Carga y Resistencia, en los cuales sobresalen los términos:  Resistencia, que se refiere a la capacidad de cada miembro estructural, como por ejemplo la

resistencia a los momentos, resistencia a la tensión, etc. Dichas resistencias están tabuladas y se encuentran en los anexos de la norma, junto con los factores de resistencia.  Esfuerzos, que se refiere a valores de la propiedades del material; los valores de resistencia

que maneja la norma LRFD son equivalentes a los valores de las tensiones admisibles. En ASD ASD los niveles de tensiones permisibles son muy bajos, y las magnitudes de las cargas están fijadas solo para niveles de servicio. Esta combinación produce diseños que se mantienen en niveles de seguridad altos y que permanecen económicamente factibles. Desde el punto de vista del ingeniero el proceso de diseño del LRFD es similar al ASD. La diferencia más obvia entre LRFD y ASD es que los valores de la la resistencia y los efectos  producidos por las cargas en LRFD son numéricamente más grandes que en ASD, ya que estos son muy próximos a magnitudes halladas en muchos ensayos, y no reducen de d e manera significativa el coeficiente de seguridad interno. Los efectos de las cargas son más grandes a causa de que ellas son multiplicadas multiplicadas por los  factores de carga que están en el rango de 1.2 a 1.6. En el método de los esfuerzos admisibles, estas cargas de servicio se usan directamente, mientras en el método de las resistencias se modifican multiplicándolas por un  factor de carga para producir una carga de diseño llamada carga factorizada.

El segundo paso en el proceso de diseño, es el de evaluar la respuesta en la estructura al tipo de carga, y, en especial, a la magnitud de carga requerida determinada. En el método de los esfuerzos admisibles, esta evaluación consiste en cierta forma de análisis de esfuerzos. En el método de la resistencia, la evaluación se hace para establecer la condición límite (resistencia última) para la estructura según el tipo de carga. Para responder a las diferentes condiciones esta resistencia limitante se multiplica por un factor de resistencia para usarse en el diseño. Cargas factorizadas.-

Las cargas que actúan sobre las estructuras provienen de diferentes

fuentes, las primarias son la gravedad, el viento y los sismos. Para usarse en el análisis o en el trabajo de diseño, las cargas deben, primero, identificarse, medirse y cuantificarse de

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ANEXO CAPÍTULO II

alguna manera y, luego, factorizarse (para el método de la resistencia). En la mayoría de las situ situac acio ione nes, s, tamb tambié iénn debe debenn comb combin inar arse se en toda todass las las mane manera rass posi posibl bles es que que sean sean estadísticamente probables, lo que a menudo produce más de una condición de carga para el diseño. El “Uniform Building Code” (Reglamento (Reglamento de Construccion Construcciones es Uniformiza Uniformizadas) das) requiere requiere la combinación de las siguientes combinaciones de condiciones mínimas para cualquier  estructura: 1. Carga Carga muerta muerta + carga carga viva de de piso + carga carga viva de techo(o techo(o nieve). nieve). 2. Carga Carga muerta muerta + carga carga viva de de piso + carga carga de viento viento (o sismo). sismo). 3. Carga Carga muerta muerta + carga carga viva de de piso + carga carga de viento viento + carga carga de nieve/2. nieve/2. 4. Carga Carga muerta muerta + carga carga viva de de piso + carga carga de nieve + carga carga de viento/2. viento/2. 5. Carga Carga muerta muerta + carga carga viva de de piso + carga carga de nieve + carga carga sísmica. sísmica. Esto no es todo para muchas estructuras, debido a problemas especiales. Por ejemplo, la estabilidad de un muro sometido a fuerza cortante es crítica crítica para una combinación de carga muerta y carga lateral (viento o sismo). Las condiciones de esfuerzo a largo plazo o los efectos de la deformación plástica por fatiga del concreto con solo carga muerta como una condición de carga permanente. Al final debe prevalecer un buen juicio de diseño del ingeniero para concebir las combinaciones realmente necesarias. Una sola combinación de carga prevalece para la consideración del efecto máximo sobre una estructura dada. Sin embargo, en estructuras complejas (armaduras, arcos de edificio resistentes a los momentos, etc.) los miembros individuales por separado se diseñan para diferentes combinaciones de carga crítica. Si bien la combinación crítica para estructuras simples algunas veces se percibe con facilidad, otras es necesario el realizar análisis completos para muchas combinaciones y luego comparar los resultados en detalle para evaluar las verdaderas condiciones de diseño. Los factores para el método de las resistencias se aplican individualmente a los diferentes tipos de carga (muerta, viva, viento, etc.). Esto contribuye a la complejidad, ya que también es posible hacerlos variar en combinaciones diferentes. En una estructura compleja e indeterminada, esto puede conducir a una montaña de cálculos para el análisis completo de todas las combinaciones.

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ANEXO CAPÍTULO II

Las combinaciones de carga para ser usadas en diseño LRFD 1996: 1.4 ⋅ D 1.2 ⋅ D + 1.6 ⋅ L + 0.5( L r  o S o R ) 1.2 ⋅ D + 1.6( L r  o S o R ) + 0.5( L o 0.8 ⋅ W )

1.2 ⋅ D + 1.3 ⋅ W + 0.5 ⋅ L + 0.5(L r  o S o R ) 1.2 ⋅ D + 1.0 ⋅ E + 0.5 ⋅ L + 0.2 ⋅ S

0.9 ⋅ D − (1.3 ⋅ W o 1.0 ⋅ E)

Donde: D : Carga muerta. L : Carga viva causada por almacenamiento, ocupación o impacto. Lr : Carga viva de techo. S

: Carga de nieve.

R : Carga causada por agua de lluvia o hielo. W : Carga de viento. E : Carga de Sismo. Los fact factor ores es de carga carga dadas dadas en las las anter anterio iore ress ecuac ecuacio ione ness inte intent ntan an prove proveer er un nivel nivel consistente de fiabilidad para un rango de valores de diferentes tipos de carga. Factores de resistencia.-

La factorización (modificación) de las cargas es una forma de

ajuste para el control de la seguridad en el diseño por resistencia. El segundo ajuste básico esta en modificar la resistencia cuantificada de la estructura. Esto conduce a determinar    primero su resistencia en algunos términos (resistencia a la compresión, capacidad de momento, límite de pandeo, etc.), y luego reducirla en algún porcentaje. La reducción (el   factor de resistencia)

se basa en diferentes consideraciones, incluyendo el interés por la

confiabilidad de las teorías, el control de la calidad de producción, la capacidad de predecir  comportamientos con precisión, etc.  Normalmente, el diseño por resistencia consiste en comparar la carga factorizada (la carga incrementada en cierto porcentaje) con la resistencia factorizada (la resistencia reducida en

cierto porcentaje) de la estructura sometida a cargas. Así, aunque los factores de carga

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ANEXO CAPÍTULO II

 puedan parecer bajos en algunos casos, la aplicación de los factores de resistencia conducen hasta un cierto punto a una magnificación del nivel de porcentaje de seguridad. Para proveer flexibilidad adicional y alcanzar una fiabilidad consistente a través de un rango para las aplicaciones de los productos, los factores de resistencias son aplicados a los valores referenciales de resistencias. Los factores de resistencia ( Φ) son siempre menores a la unidad. La magnitud de los factores de resistencia representa una reducción relativa requerida para lograr niveles de fiabilidad comparables. Según la norma LRFD los factores de resistencia para productos basados en madera y conexiones son: Compresión: Φc = 0.90 Flexión: Φt = 0.85 Estabilidad: Φs = 0.85 Tensión: Φt = 0.80 Corte / Torsión: Φv = 0.75 Conexiones: Φz = 0.65 Factores de efecto del tiempo.-

Los factores de efecto del tiempo (λ) de la norma LRFD es el equivalente al factor de duración de la carga en ASD. Los factores de efecto del tiempo están tabulados en la tabla 1.4-2 de la norma LRFD para cada ecuación de combinación de carga. Estos factores fueron hallados en base al análisis de fiabilidad que consideraban la variación de las  propiedades resistentes de esfuerzos, según procesos de modelación de cargas estocásticas y efectos de deterioro acumulado. Debido a que los esfuerzos referenciales están basados en ensayos con aplicación de cargas con duración corta, los factores de efecto del tiempo son iguales a la unidad para combinaciones de carga en los cuales no ocurre una acumulación de dete deteri rior oro. o. Los Los fact factor ores es de efec efecto to del del ti tiem empo po está estánn en el rang rangoo de 1.25 1.25 para para combinaciones de carga en las que predominan las cargas de impacto, hasta 0.6 para combinaciones de carga en las que predominan la carga muerta.

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ANEXO CAPÍTULO II

Limites de servicio.-

En adición del diseño de edificaciones por los estados límites de esfuerzos, los diseñadores deben de determinar los estados límites de servicio considerados para una aplicación dada. Los limites de servicio usados mas comúnmente en el típico diseño de edificaciones compues compuestas tas por barras barras de madera es la limitac limitación ión de la deflexión deflexión para miembr miembros os que componen la cobertura de cada piso o nivel. Los códigos de construcción han definido tradicionalmente estos límites como una fracción de la longitud del miembro a analizar. Por  ejemp ejemplo lo el lími límite te de L/360 L/360 para para una una soli solici cita taci ción ón de carg cargaa viva, viva, o L/240 L/240 para para una una solicitación de la carga total es común para analizar los pisos de un edificio. Mientras los límites tradicionales de deflexión estática fueron originalmente desarrollados  para limitar la rotura de los materiales de acabado con características quebradizas, estos valor valores es tamb tambié iénn sirv sirven en igual igualme ment ntee en aplic aplicaci acione oness de luces luces cort cortas as para para redu reduci cirr los los   problemas de vibración. Como el diseño de productos de madera también envuelven elementos de grandes luces con miembros de pesos ligeros, se ha puesto común para los fabricantes recomendar un criterio de deflexión más severo.

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