Metodo Asd y LFRD

 

UNIVERSIDAD UNIVE RSIDAD TÉCNIC TÉCNICA A DE AMBAT AMBATO FACULT FA CULTAD AD DE D E INGE INGENIER NIERÍA ÍA CIVIL CIVI L Y MECÁNICA MECÁN ICA CARRERA DE INGENIERÍ INGENIERÍA A CIVIL

DISEÑO DE PUENTES TEMA: MÉTODO ASD Y LFRD NOMBRE:

Pérez Jhonny CURSO:

Décimo “A” FECHA:

15/05/2016

AMBATO - ECUADOR  ABRIL – SEPTIEMBRE 2016

 

MÉTODO LRFD ¿QUÉ ES? EL LRFD (Load and Resistance factor Design) Diseño por Factores de Carga y Resistencia es un método que se utiliza para el diseño de estructuras de acero acer o de manera manera tal que, cuando la estructur estructura a está sometida sometida a todas las combinaciones de cargas aplicables, no se supere el estado límite aplicable y emplea como criterios de análisis y diseño los de la teoría plástica o una combinación de análisis y diseño plástico.

¿EN QUÉ ESTA BASADO? El método LRFD está basado el criterio de estados límites, por esto que también se le conoce como método de diseño por estados límites, un estado de límite dene la condición ante la l a cual un elemento estructural bajo carga se ve efectuado a tal grado que deja de ser seguro para los ocupantes de la estructura o dicho elemento deja de desarrollar la función para la cual se diseñó. El método LRFD está basado en:

A. Un método probabilístico. B. Una calibración del nuevo criterio con respecto al método ASD. C. La evaluación de los criterios resultantes mediante los análisis de estudios comparativos de estructuras representativos

TEORÍA Este método de diseño denominado también diseño por estados límite o resistencia última, consiste en determinar en primer termino, las acciones (carg (ca rgas as o momen momento tos) s) que se pres present entan an en las seccio seccione nes s cr crític íticas as de un miembro estructural o estructura bajo el efecto de las acciones de diseño o carrgas ca gas fact factor oriz izad adas as.. En gene genera ral, l, las las car cargas gas fa fact ctor oriz izad adas as se obti obtien enen en multiplicando las cargas de servicio o de trabajo por un factor de carga, que suele sue le se serr mayor mayor que la unida unidad. d. De maner manera a matem matemát ática ica la re relac lación ión que describe el método es la siguiente El método LRFD puede ser expresado mediante

Donde:

Ru: Es la carga factorizada, lo cual es la suma de todas las cargas de serv se rvic icio io que que resis esisti tirá rá los los miem miembr bros os,, cada cada una una de esta estas s car cargas gas es multiplicada por su propio factor de carga los cuales son valores mayores

 

que la unid que unidad ad (a excepc cepció ión n de la comb combin ina ación ción de car carga seis seis dond donde e relacionan la carga muerta con la sísmica o de viento. esiste tenc ncia ia nomi nomina nall de los los mate materi ria ales, les, la las s cual cuales es son son   Rn:  Es la resis estandarizadas por sus proveedores y vericada por pruebas de materiales.

Φ: Es el factor de resistencia dado por las especicaciones para cada estado límite, los cuales son generalmente valores inferiores a la unidad. De manera general este método trata de que los miembros resistan como cargas máximas cargas que no hagan alcanzar sus estados límites de falla. El objetivo principal de este método es proveer una conabilidad uniforme a la estructura bajo varias consideraciones de carga.  

Fac acto tore res s de re redu ducc cció ión n de re resi sist sten enci cia a pa para ra el mé méto todo do de factores de carga y resistencia

 

Cargas combinadas usadas en diseño LRFD En función de la zona donde vaya a construirse una estructura metálica para pa ra edi edici cio, o, y segú según n las las nece necesi sida dade des s o cara caract cter erís ístic ticas as que que se cr crea ean n necesarias, las cargas totales pueden estar denidas por las ecuaciones mostradas.

 

Donde: D = carga muerta de la estructura L = carga viva de piso, incluyendo el impacto Lr = carga viva de techo de la estructura A = cargas provenientes de grúas y sistemas de manejo de materiales S = carga de techo de nieve, granizo, ceniza R = carga de lluvia W = cargas de viento E = carga sísmica  T = cargas cargas de restricción restricción sobre sobre la estructura estructura

APLICACIÓN Esta losofía de diseño se la utiliza para:   

Diseño de elementos de acero Diseño de elementos de madera Diseño de elementos hormigón

VENTAJAS  

   

Es una herramienta adicional para que el diseñador no diera en su concepto de solución que emplea en diseño de concreto armado, por ejemplo. LRFD aparece más racional y por lo tanto se acerca más a la realidad de lo que ocurre en la vida útil de la estructura. El uso de varias combinaciones de cargas conduce a economía de la solución, porque se acerca con más exactitud a lo que ocurra. Facilita el ingreso de las bases de diseño conforme más información esté disponible. Es posible introducir algunos cambios en los factores γi o φ cuando se conoce con mayor exactitud la naturaleza de las cargas. Esto tiene importancia cuando existen cargas no usuales, o mejor conocimiento de la resistencia. Futuros ajustes y calibraciones serán más fáciles de hacer. LRFD proporciona un margen de seguridad más uniforme y conable bajo diferentes condiciones de carga. Es decir, LRFD permite que el factor de seguridad más preciso para diferentes tipos de carga y combinaciones de lassea mismas.

 

 

 

Las re Las resis sisten tencia cias s nomina nominales les (Rn) (Rn) se indica indican n explí explícit citam ament ente e en las Especicaciones Especicacione s LRFD. El diseñador cuenta con mayor información sobre el comportamiento real de la estructura. Cuando sea posible, las resistencias nominales se dan en términos de fuerzas en vez de esfuerzos. Esto frecuentemente proporciona una mejor representación del comportamiento estructural real.

DESVENTAJAS •

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Requi equier ere e un camb cambio io en la l los osof ofía ía de dise diseño ño (de (de los los ante anteri rior ores es métodos de la AASTHO). Requiere Re quiere un conocimiento de los conceptos básicos de la probabilidad probabilidad y la estadística. Requiere disponibilidad de sucientes datos estadísticos y algoritmos de dise diseño ño pr prob obab abil ilís ísti tica ca para para hace hacerr aj ajus uste tes s en los los fa fact ctor ores es de resistencia en situaciones particulares.

NORMATIVA Algunas de las normas que incorporan este método son:

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Puentes:  Norma AASHTO LRFD Bridge Design Specications Edi Ed ici cios os de ac acer ero o es estr truc uctu tura ral: l:  Am Amer eric ican an Inst Instit itut ute e of Stee Steell

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Construction (AISC) 2005 Hormigón estructural: American Concrete Institute (ACI 318)

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MÉTODO ASD ¿QUÉ ES? El ASD ASD  (Di (Diseñ seño o por Tension ensiones es Admis Admisible ibles) s) es un métod método o para para calcu calcular lar componentes estructurales de manera tal que, cuando la estructura está sometida a todas las combinaciones de cargas nominales aplicables, no se supere el valor de cálculo admisible (tensión, fuerza o momento) permitido.

¿EN QUÉ ESTA BASADO? Este método ha sido basado en el análisis elástico de las estructuras: los miembro miem bros s deben deben ser diseñados diseñados para comportars comportarse e elásticam elásticamente ente.. Fue en principio desarrollado basándose en la experiencia previa para determinar los factores de seguridad.

TEORÍA Este método de diseño denominado también diseño elástico, consiste en deter det ermin minar ar,, en prime primerr térmi término, no, los esfuer esfuerzos zos que se pres present entan an en las secciones críticas de un miembro estructural bajo la acción de las cargas de serv se rvic icio io o de trab trabaj ajo, o, cons conside idera rand ndo o un comp compor orta tami mien ento to elás elásti tico co del del mater ma terial ial.. Se consi consider dera a que un miembr miembro o está está diseña diseñado do corre correcta ctame mente nte cuando los esfuerzos de trabajo, ocasionados por las cargas de servicio que obran obra n en el miembro miembro no excede exceden n los esfuerzos esfuerzos permisible permisibles. s. El método método de esfuerzos admisibles ASD puede ser representado de manera matemática como:

Donde:

 

Ra: Es la resistencia requerida determinado por medio del análisis de una serie seri e de comb combin inac acio ione nes s de carg carga, a, las las comb combin inac acio ione nes s de carg cargas as son son propuestos por las especicaciones AISC en el método ASD, las cuales se detallaran mas adelante.

Rn: Es el esfuerzo nominal de los materiales, los cuales son estandarizados y propuestos por los proveedores y/o comprobados en base a diferentes pruebas de materiales.

Ω: Es el factor de seguridad el cual hace que los materiales trabajen dentro de sus estados límites, estos factores de seguridad son estandarizados por el AISC, los cuales tiene diferentes valores dependiendo la acción interna al que este sometido el elemento. El diseño en base a este método implica la selección de una sección transversal que cumpla los fundamentos básicos dell dise de diseño ño (e (eco cono nomí mía, a, segu seguri rida dad d y fu func ncio iona nali lida dad) d) y que que esta esta secc secció ión n seleccionada vaya a estar expuesta a esfuerzos cuyos valores máximos no excedan los estados limites (rango elástico). La natu natura rale leza za fu fund ndam amen enta tall del del fact factor or de segu seguri rida dad d es comp compen ensa sarr la las s ince incert rtid idum umbr bres es inhe inherrente entes s al dise diseño ño,, fa fabr bric icac ació ión n o armado mado de los los componentes de un edicio y las incertidumbres en la estimación de las cargas aplica cargas aplicadas das.. A través través de la expe experie rienci ncia a se ha estab establec lecido ido que los actuales actua les factore factores s de seguridad seguridad propor proporciona cionan n un diseño diseño satisfac satisfactorio torio.. Se debe destacar que el método ASD utiliza un solo factor de seguridad para una condición dada, independientemente del tipo de carga.  

Fac acto tore res s de re redu ducc cció ión n de re resi sist sten enci cia a pa para ra el mé méto todo do de esfuerzos admisibles

 

 

Cargas combinadas usadas en diseño ASD

En función de la zona donde vaya a construirse una estructura metálica para pa ra edi edici cio, o, y segú según n las las nece necesi sida dade des s o cara caract cter erís ístic ticas as que que se cr crea ean n necesarias, las cargas totales pueden estar denidas por las ecuaciones mostradas.

Donde: D = carga muerta de la estructura L = carga viva de piso, incluyendo el impacto Lr = carga viva de techo de la estructura A = cargas provenientes de grúas y sistemas de manejo de materiales S = carga de techo de nieve, granizo, ceniza R = carga de lluvia W = cargas de viento

 

E = carga sísmica  T = cargas cargas de restricción restricción sobre sobre la estructura estructura

APLICACIÓN Esta losofía de diseño se la utiliza para:  

Diseño de elementos de acero Diseño de elementos de madera

VENTAJAS •

Es ampliamente utilizado y es necesario cuando se está evaluando la rehabilitación rehabilitac ión de estructuras antiguas

DESVENTAJAS •

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• •

•

Es

difícil ícil

introducir

cambios

a

los

factores

de

seguridad

independientemente. Debido a sus factores de seguridad el diseño no resultar económicamente económicam ente viable. No permite compatibilizar diseños con distintos materiales. Consi Co nsider dera a un fa facto ctorr unifo uniform rme e para para las cargas cargas,, sin re recon conoc ocer er los diferentes grados de variabilidad que existen, por ejemplo entre las cargas permanentes y las cargas sísmicas. No resulta posible mediante este método obtener una conabilidad uniforme para toda la estructura

NORMATIVA Algunas de las normas que incorporan este método son: •

Puentes:  Norma “AASHTO STANDARD SPECIFICATIONS FOR HIGHWAY BRIDGES”

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Amer eric ican an Inst Instit itut ute e of Stee Steell Edi Ed ici cios os de ac acer ero o es estr truc uctu tura ral: l:  Am Construction (AISC) 2005

 

DIFERENCIAS ENTE LOS MÉTODOS LRFD Y ASD La prime primera ra difer diferenc encia ia histór histórica icamen mente te ha sido sido que el antigu antiguo o Diseño Diseño por Esfuerzos Permisibles (Allowable Stress Design), comparaba los esfuerzos reales rea les y permisib permisibles, les, mientras que el LRFD LRFD (Load (Load and Resistanc esistance e Factor actor Design) compara la resistencia requerida con las fuerzas reales. La segunda diferencia entre las dos losofías es la forma en que se manejan las relaciones entre las cargas aplicadas y las capacidades de los miembros. En LRFD los factores de carga se aplican por separado para la previsibilidad de la las s car cargas gas apli aplica cada das, s, esto esto del del lado lado de la car carga apli aplica cada da de la las s desigua des igualda ldades des de estado estado límite límite y consi consider derand ando o las varia variabil bilida idades des del material y construcción, se usan factores de reducción de resistencia en el lad lado de la fue fuerza nom nomin ina al de la des desigua iguald lda ad de estado tado lím límite. ite. La metodología ASD combina los dos factores en un único factor de seguridad, con lo cual al dividir el factor de seguridad aparte sobre los factores de carga y resistencia independientes, como se hace en el método anterior, se obtien obt iene e un facto factorr ecaz ecaz más coher coherent ente, e, dando dando lugar lugar a estruc estructur turas as más más seguras, dependiendo de la capacidad de predicción de los tipos de carga que se utilizan. Debido a la gran variabilidad y por lo tanto a lo impredecible de las cargas viva vivas s y de las las car cargas gas acci accide dent ntal ales es en comp compar arac ació ión n con con la las s car cargas gas permanentes, permane ntes, sumado a los valores distintos de los coecientes de variación (que indican la dispersió dispersión n de los re resulta sultados) dos) que presenta presentan n las diversas diversas resiste res istencias ncias nominales nominales que corres corresponde ponden n a cada solicitació solicitación, n, no resulta resulta posible mediante el método ASD obtener una conabilidad uniforme para toda la estructura. Es evidente que el método LRFD representa un avance notable sobre el ASD, ya que permite tomar en cuenta en el diseño los diversos grados de incertidumbre y variabilidad en la estimación de resistencias y cargas. El método méto do LRFD, LRFD, permite permite el reconoc reconocimien imiento to explícito explícito en las ecuacione ecuaciones s de diseño del grado de incertidumbre y variabilidad en las cargas al prescribir factores factor es de carga carga difer diferent entes es para para cargas cargas muert muertas as,, vivas vivas,, sísmic sísmicas as y de viento vie nto.. Inclus Inclusive ive pr presc escrib ribe e valor valores es distin distinto tos s para para los fa facto ctore res s de carga carga,, dependiendo de la combinación de carga considerada, permitiendo establecer un modelo de carga más realista. Así mismo, el método LRFD puede considerar el grado de predicción de los diversos modelos analíticos usados para calcular la resistencia, al prescribir factores de resistencia menores a los modelos que exhiben predicciones más consistentes. En el método de los esfuerzos admisibles, estas cargas de servicio se usan direc dir ectam tament ente, e, mientr mientras as en el método método de las re resis sisten tencia cias s se modi modica can n multiplicándolas por un factor de carga carga para producir producir una carga de diseño llamada carga factorizada.

 

Otro avance importante del método LRFD sobre el ASD es la incorporación de modelos modelos probab probabilíst ilísticos icos que permite permiten n obtener obtener una conabilid conabilidad ad más consistente en diseño. Por consiguiente, LRFD provee una base más racional y renada para el diseño que la que puede proveer el ASD.

LINKOGRAFÍA:

  (2013, 03). Reglame Reglamento nto ASD Vs LRFD. ClubEnsayos.com. R Recuperado ecuperado 03, 2013, de https://www.clubensayos.com/TemasVariados/Reglamento-ASDariados/Reglamento-ASD-Vs-LRFD/578544.html Vs-LRFD/578544.html     Scribd, Biblioteca Digital; disponible en: http://es.slideshare.net/luis41977826/mtodo-lrfd-publicado-por-luisquispe-apaza METODOLOGIAS GIAS DE D DISEÑO; ISEÑO; disponible en:     METODOLO http://www.biblioteca.udep.edu.p .biblioteca.udep.edu.pe/bibvirudep/tesis/pdf/1_152_179_10 e/bibvirudep/tesis/pdf/1_152_179_10 http://www 3_1427.pdf      http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/11762/capitulo3.pdf      http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/67/1/CD-0038.pdf      https://core.ac.uk/download/les/342/11227797.pdf  http://dspace.uazuay.edu.ec/bitstream .edu.ec/bitstream/datos/5082/1/11521.pdf  /datos/5082/1/11521.pdf      http://dspace.uazuay http://www.bgstructuralengineering.c .bgstructuralengineering.com/BGDesign/BGDesign om/BGDesign/BGDesign05.htm 05.htm    http://www 