El estado límite de agotamiento resistente

Diseño de Estructuras Metálicas
Introducción al diseño por factor de carga y resistencia L.R.F.D.
Prof. Akram Homsi H.
Marzo 2013
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
∑γi Qi ≤ Φ Rt
resumir en la fórmula:
Donde:
Φ : Factor de resistencia
Capacidad
Demanda
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)
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.
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
Norma COVENIN – MINDUR 1618-98 cap. 10
Acciones. Se consideran las siguientes acciones:
CP: acciones permanentes debidas al peso propio de la estructura de acero o de acero-
concreto 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.
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
Factores de minoración de resistencia
Situaciones
Factor ϕ
Aplastamiento en áreas proyectantes de pasadores, fluencia del alma
bajo cargas concentradas, cortante en pernos en juntas tipo fricción
1,0
Vigas sometidas a flexión y corte, filetes de soldadura con esfuerzos
paralelos al eje de la soldadura, soldadura de ranura en el metal base
0,90
Columnas, aplastamiento del alma, distancia al borde y capacidad de
aplastamiento en agujeros
0,85
Corte en el área efectiva de soldadura de ranura con penetración
completa, tensión normal al área efectiva de soldadura de ranura con
penetración parcial.
0.80
Pernos a tracción, soldadura de tapón o canal, fractura en la sección
neta de miembros a tracción
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