UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ CAP. INGENIERIA CIVIL
TEMA: SELECCIÓN DE LAS CARGAS DE DISEÑO CURSO: ESTRUCTURAS METALICAS INTEGRANTES:
Carrillo Chávez, Favi Karina
Medina Quino, Juan Cristiam
Ventura Cabana, Emiliano Alex
Zamora Valeriano, Omar
SEMESTRE: VII - B DOCENTE: Ing José Antonio Pantigoso Arequipa-2017
1. SELECCIÓN DE CARGAS DE DISEÑO Los aceros estructurales son uno de los materiales de construcción de mayor importancia a nivel mundial. Por muchas características deseables, los aceros estructurales han llevado a que se utilicen en una gran variedad de aplicaciones. Están disponibles en muchas formas de productos y ofrecen una alta resistencia. Tienen un módulo de elasticidad muy alto, de manera que las deformaciones bajo cargas son muy pequeñas. Además, los aceros estructurales poseen una gran ductilidad (capacidad a deformarse); tienen una relación esfuerzo-deformación incluso para esfuerzos relativamente altos y su módulo de elasticidad es el mismo a tensión que a compresión. Los aceros estructurales incluyen un gran número de aceros que debido a su economía, resistencia, ductilidad y otras propiedades son apropiadas para miembros que se cargan en una gran variedad de estructuras. Los perfiles y láminas de acero que se destinan para su uso en puentes, edificios, equipos de transporte, etc., se sujetan en general a las especificaciones de la ASTM (American Society for Testing and Materials), que suministra “la calidad del acero” de acuerdo a los requerimientos de la ASTM A6., Factores de Carga y de Resistencia (LRFD).
FACTORES DE CARGA El propósito de los factores de carga es incrementar las cargas para tomar en cuenta las incertidumbres implicadas al estimar las magnitudes de las cargas vivas, muertas y accidentales durante la vida úti l de la estructura. El AISC-LRFD tiene las siguientes combinaciones de carga: U representa la carga última; D son las cargas muertas; L son las cargas vivas; Lr son las cargas vivas en techos; S son las cargas de nieve; R son las cargas por lluvia, granizo o hielo, sin incluir el encharcamiento; W son las cargas de viento y E son las cargas sísmicas.
FACTORES DE RESISTENCIA: La resistencia de los materiales: paso del tiempo debido al flujo plástico, a la corrosión y a la fatiga. Los métodos de análisis están sujetos con frecuencia a errores apreciables o no se tiene un criterio definido para la estructuración. Los fenómenos naturales como sismos, huracanes, tornados, etc., causan condiciones difíciles de predecir. Las incertidumbres durante el proceso constructivo así como el maltrato que puedan recibir las estructuras durante la fabricación y montaje.
Las cargas muertas de una estructura pueden estimarse con bastante exactitud, pero no así las cargas vivas. Otras incertidumbres son la presencia de esfuerzos residuales y concentraciones de esfuerzos, variaciones en las dimensiones de las secciones (no existe excentricidad entre columna y viga) CARGAS SOBRE ESTRUCTURAS: La estructura es aquella que da la resistencia y estabilidad para resistir la fuerza de la naturaleza y aquellas creadas por el hombre mismo. Las estructuras pueden consistir en una parte invisible o visible (descubierto) y son construidos para fines prácticos y a menudo deben resistir grandes y desconocidas cargas, todas las estructuras deben soportar su propio peso q es llamado carga muerta y además cargas vivas en el caso de edificios y puentes. Quizás la tarea más importante y difícil que debe enfrentar un diseñador de estructuras es la estimación precisa de las cargas que recibirá una estructura durante su vida útil. Las cargas de diseño serán provistas por el ASCE.
NORMALIZACION DEL DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO. *Código ASCE 7-10: Código ASCE 7-10, que contiene las acciones mínimas de diseño para edificaciones y otras estructuras. Este código es ampliamente utilizado en el diseño de edificaciones ya que contiene las características de diversos materiales que pueden estar presentes en nuestras estructuras, métodos para la estimación de acciones de viento, nieve, fluidos, entre otros; así como también información detallada sobre requisitos para estructuras sismo-resistentes. Diseño de fundaciones y mucho más. CARGAS: En general las cargas se clasifican de acuerdo con su naturaleza y duración de la aplicación, como tales, se les denominan cargas muertas, cargas vivas, cargas ambientales. Se calculan con la norma ASCE 7- «Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures», (Diseño mínimo Cargas para Edificios y Otras Estructuras), la cual define estados de carga para diseño en hormigón, madera y acero en edificios (no se aplica a puentes).
Define 4 categorías de edificios según la siguiente tabla:
CARGAS - ASCE 7 Uso u ocupación de la vida humana y estructuras 1.- Edificios y otras estructuras que representan un bajo riesgo para la vida humana en caso de fallo. 2.- Todos los edificios y otras estructuras, excepto los enumerados en las categorías de riesgo 1 3 y 4. 3.- Edificios y otras estructuras, cuyo fracaso podría suponer un riesgo sustancial para la vida humana: *Edificios y otras estructuras no incluidas en la categoría de riesgo 4 con potencial de causar un impacto económico sustancial y / o una perturbación masiva de la vida civil cotidiana en caso de fallo. *Edificios y otras estructuras no incluidas en la categoría de riesgo 4 (incluidas, entre otras, instalaciones que fabrican, residuos peligrosos o explosivos) que contengan sustancias tóxicas o explosivas cuando su cantidad exceda cuantitativamente una cantidad establecida por la autoridad competente y Suficiente para representar una amenaza para el público si se libera. 4.- Edificios y otras estructuras designadas como instalaciones esenciales: •
Edificios y otras estructuras, cuyo fracaso podría suponer un riesgo sustancial para la comunidad.
•
Edificios y otras estructuras (incluyendo pero no limitado a las instalaciones que fabrican, procesan, manejan, almacenan, usan o eliminan sustancias como combustibles peligrosos, productos químicos peligrosos o desechos peligrosos) que contienen cantidades suficientes de sustancias altamente tóxicas cuando la cantidad Excede de una cantidad umbral establecida por la autoridad competente para ser peligrosa para el público si es liberada y es suficiente para representar una amenaza para el público si se libera.
•
Construcción y estructuras necesarias para mantener funcionalidad de otras estructuras de riesgo de la categoría 4
la
2. GENERALIDADES DE DISEÑO
En la actualidad casi la totalidad de las estructuras están diseñadas mediante el método elástico, en las cuales se toma en cuenta la estimación de las cargas de servicio que va a soportar o va estar sometida una estructura.
Pero debido a la ductilidad que presenta el acero, nos proporciona una reserva de resistencia, y esta es la base para diseñar mediante el método plástico.
a. Método Elástico La teoría elástica se fundamenta en que nuestro elemento estructural deberá permanecer en el rango elástico. La elasticidad es l a capacidad de ciertos materiales de deformarse ante la aplicación de un esfuerzo exterior y volver a sus dimensiones originales pasado dicho esfuerzo. Básicamente se plantea una linealidad entre las deformaciones máximas a compresión y las máximas a tensión, y de aquí en adelante los libros utilizan leyes de triángulos básicas y varios artilugios matemáticos para obtener las fórmulas de análisis y diseño según la teoría elástica. En esta existe una relación lineal entre las deformaciones de los sólidos y los esfuerzos externos aplicados a ellos. Esto que acabo de decir conforma prácticamente la ley de Hooke cuya ecuación dice: Є*E=σ, es decir que los esfuerzos (σ) son directamente proporcionales a las deformaciones (Є), o decir también que los esfuerzos son iguales a las deformaciones por el módulo de elasticidad del material. Para esto hay que tener en cuenta que la deformación producida por un esfuerzo se manifiesta en el mismo sentido de este. Para la elasticidad existe un límite al cual se le llama límite elástico. Si un material sobrepasa este límite, su comportamiento dejará de ser elástico. Debido a esto se establece un rango elástico del material
b. Método Plástico El diseño según la teoría plástica se conoce como diseño a la rotura. La cual ocurre cuando se pierde el concepto de linealidad entre las deformaciones y esfuerzos. Cuando se somete un material a esfuerzos que los llevan a sobrepasar su límite elástico, ocurre que sus deformaciones se vuelven irreversibles o permanentes. Cuando esto ocurre las deformaciones dejan de ser proporcionales a los esfuerzos y por tanto la ley de Hooke no cumple como modelo explicativo para estos casos, por tanto se han desarrollado muchos otros modelos para explicar el comportamiento plástico de los materiales. La Ley de Hooke, originalmente formulada para casos de estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuer za aplicada sobre el mismo
3. DIFERENCIA ENTRE LOS METODOS DE DISEÑO DISEÑO ELASTICO
DISEÑO PLASTICO
Se estima las cargas de servicio o Las cargas de trabajo se estiman y se trabajo, que la estructura va a soportar multiplican por ciertos factores de carga o sobrecapacidad
Elementos estructurales se bajo esfuerzos permisibles
diseñan Los elementos estructurales se diseñan en base a la resistencia del colapso o o esfuerzo a fractura
4. CURVA ESFUERZO DEFORMACION
Límite de Proporcionalidad: El mayor esfuerzo en el que el éste es directamente proporcional a la deformación. Es el mayor esfuerzo en el cual la curva en un diagrama esfuerzo-deformación es una línea recta. El límite proporcional es igual al límite elástico para muchos metales Límite de elasticidad: El límite elástico, también denominado límite de elasticidad, es la tensión máxima que un material elastoplástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes Punto de fluencia: El límite de fluencia es el punto a partir del cual el material se deforma plásticamente. Hasta esa tensión el material se comporta elásticamente, siguiendo la ley de Hooke, y por tanto se puede definir el módulo de Young. Es donde el elemento ya presenta deformación visual ya no regresa a su forma original. Esfuerzo máximo: Es el punto aparente como lo dice el nombre que se delimita para determinar cuánto es el esfuerzo que se le puede aplicar al elemento antes de llegar a la ruptura Esfuerzo de rotura: Es el punto real donde el elemento se estira hasta un punto donde se separa y a diferencia del punto del punto de ruptura aparente al llegar hasta este límite aquí si se rompe.
2.5. SELECCIÓN DE CARGAS DE DISEÑO Los aceros estructurales son uno de los materiales de construcción de mayor importancia a nivel mundial. Por muchas características deseables, los aceros estructurales han llevado a que se utilicen en una gran variedad de aplicaciones. Están disponibles en muchas formas de productos y ofrecen una alta resistencia. Tienen un módulo de elasticidad muy alto, de manera que las deformaciones bajo cargas son muy pequeñas. Además, los aceros estructurales poseen una gran ductilidad (capacidad a deformarse); tienen una relación esfuerzo-deformación incluso para esfuerzos relativamente altos y su módulo de elasticidad es el mismo a tensión que a compresión. Los aceros estructurales incluyen un gran número de aceros que debido a su economía, resistencia, ductilidad y otras propiedades son apropiadas para miembros que se cargan en una gran variedad de estructuras. Los perfiles y láminas de acero que se destinan para su uso en puentes, edificios, equipos de transporte, etc., se sujetan en general a las especificaciones de la ASTM (American Society for Testing and Materials), que suministra “la calidad del acero” de acuerdo a los requerimientos de la ASTM A6.,
Factores de Carga El propósito de los factores de carga es incrementar las cargas para tomar en cuenta las incertidumbres implicadas al estimar las magnitudes de las cargas vivas, muertas y accidentales durante la vida útil de la estructura. El AISC-LRFD tiene las siguientes combinaciones de carga: U representa la carga última; D son las cargas muertas; L son las cargas vivas; Lr son las cargas vivas en techos; S son las cargas de nieve; R son las cargas por lluvia, granizo o hielo, sin incluir el encharcamiento; W son las cargas de viento y E son las cargas sísmicas. a) U = 1.4D b) U = 1.2D + 1.6L + 0.5(Lr o S o R) Si se consideran las fuerzas de viento o sismo: c) U = 1.2D + 1.6(Lr o s o R) + (0.5L o 0.8W) d) U = 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5(Lr o s o R) e) U = 1.2D + 1.5E + (0.5L o 0.2S) Para considerar el posible efecto de volteo: f) U = 0.9D – (1.3W o 1.5E)
Factores de Resistencia: a) La resistencia de los materiales: paso del tiempo debido al flujo plástico, a la corrosión y a la fatiga. b) Los métodos de análisis están sujetos con frecuencia a errores apreciables o no se tiene un criterio definido para la estructuración. c)
Los fenómenos naturales como sismos, huracanes, tornados, etc., causan condiciones difíciles de predecir.
d) Las incertidumbres durante el proceso constructivo así como el maltrato que puedan recibir las estructuras durante la fabricación y montaje. e) Las cargas muertas de una estructura pueden estimarse con bastante exactitud, pero no así las cargas vivas.
f) Otras incertidumbres son la presencia de esfuerzos residuales y concentraciones de esfuerzos, variaciones en las dimensiones de las secciones (no existe excentricidad entre columna y viga)
