Diseño de Estructuras Metálicas. Introducción al diseño por factor de carga y resistencia L.R.F.D. Prof. Akram Homsi H. Marzo 2013

Transcripción

1 Diseño de Estructuras Metálicas Introducción al diseño por factor de carga y resistencia L.R.F.D. Prof. Akram Homsi H. Marzo 2013

2 Concepto de LRFD (Load and resistance factor disign) El diseño por factor de carga y resistencia, LRFD, es un método para diseñar estructuras que no permite que se exceda ningún estado límite, una vez que dicha estructura se diseña sometida a todas las combinaciones posibles de cargas factorizadas. Estado límite Es una condición en la cual una estructura o componente estructural se vuelve inadecuado, inseguro y perturbador para los usuarios. El método LRFD, como se aplica a cada estado a cada estado límite, se puede resumir en la fórmula: Donde: Demanda Φ : Factor de resistencia γi Qi Φ Rt γi : Factor de carga Rt : Resistencia nominal o teórica de la componente bajo consideración. Qi : Un efecto de carga ( que puede ser una fuerza o un momento) Capacidad

3 La resistencia factorizada, Φ Rt, se llama resistencia de diseño. La sumatoria en el lado izquierdo de la ecuación representa las solicitaciones de servicio, multiplicadas por sus respectivos factores de mayoración, γi. El lado derecho de la desigualdad representa la resistencia de diseño para el estado límite dado, y es el producto de la resistencia teórica Rt por su factor de minoración de la resistencia teórica Φ. Existen dos tipos de estados límites: los de resistencia y los de servicio. El estado límite de agotamiento resistente: relacionado con la seguridad y la capacidad. Comprende las verificaciones por resistencias, estabilidad, volcamiento, colapso y cualquier otra falla estructural que comprometa la seguridad y la vida. El estado límite de servicio: relacionado con la durabilidad y funcionamiento bajo condiciones normales de servicio y que puede afectar el confort de los usuarios, como flechas o deformaciones, contraflechas, vibraciones, fatiga, corrosión, deslizamiento de las juntas, efecto de temperatura, etc.

4 Tradicionalmente, en el pasado se utilizaba el método clásico para el diseño de estructuras de acero, el cual se denominaba ASD (Allowable Stress Design) Allowable: permisible Stress: tensiones o esfuerzo Design: diseño El principio del análisis y diseño por esfuerzos permisibles es el siguiente: el esfuerzo en el estado límite se divide entre un factor de seguridad para obtener un esfuerzo permisible y el esfuerzo máximo causado por las cargas de servicio no deben exceder este esfuerzo permisible. Por ejemplo: Donde: ft = esfuerzo de tensión calculado P = carga de tensión axial de servicio Ft = esfuerzo de tensión permisible

5 Norma COVENIN MINDUR cap. 10 Acciones. Se consideran las siguientes acciones: CP: acciones permanentes debidas al peso propio de la estructura de acero o de aceroconcreto y de todos los materiales que estén permanentemente unidos o soportados por ella. CV: acciones variables debidas al uso y ocupación de la edificación, incluyendo las cargas debidas a objetos móviles y el equipamiento que puede cambiar de sitio. CVt: acciones variables de techos y cubiertas. W: acciones accidentales debidas al viento. S: acciones accidentales debidas al sismo. Cuando sean importantes, también se considerarán las siguientes acciones: CE: acciones debidas a empujes de tierra, materiales granulares y agua presente en el suelo. CF: acciones debidas a fluidos de los cuales se conoce su peso unitario, presión y máxima variación de temperatura. CT: acciones geológicas o térmicas, asentamientos diferenciales o combinaciones de estos.

6 Factores de mayoración de las cargas Combinaciones de carga dadas por la norma 1,4 CP (1) 1,2CP+1,6CV+0,5CVt (2) 1,2CP+1,6CVt+(0,5CV o 0,8W) (3) 1,2CP+1,3W+0,5CV+0,5CVt (4) 0,9CP± 1,3W (5) 1,2CP + γ CV ± S (6) 0,9CP ± S (7) En las combinaciones (3), (4), (6) y (9) el factor de mayoración de la carga variable será de la carga variable será igual a uno (01) en garajes, áreas destinadas a concentraciones públicas y en todas aquellas áreas donde la carga variable sea mayor a 500 Kgf/m²

7 Factores de minoración de resistencia Situaciones Aplastamiento en áreas proyectantes de pasadores, fluencia del alma bajo cargas concentradas, cortante en pernos en juntas tipo fricción Vigas sometidas a flexión y corte, filetes de soldadura con esfuerzos paralelos al eje de la soldadura, soldadura de ranura en el metal base Columnas, aplastamiento del alma, distancia al borde y capacidad de aplastamiento en agujeros Corte en el área efectiva de soldadura de ranura con penetración completa, tensión normal al área efectiva de soldadura de ranura con penetración parcial. Pernos a tracción, soldadura de tapón o canal, fractura en la sección neta de miembros a tracción Factor ϕ 1,0 0,90 0, ,75 Aplastamiento de pernos (que no sean tipo A-307) 0,65 Aplastamiento de pernos A-307, aplastamiento en fundaciones de concreto 0,60