UNIVERSIDAD UNIVE RSIDAD TÉCNICA TÉCNIC A DE AMBAT AMBATO FACULT FACULTAD AD DE D E INGENIER INGE NIERÍA ÍA CIVIL CIVI L Y MECÁNICA MECÁN ICA CARRERA DE INGENIERÍA INGENIERÍ A CIVIL
DISEÑO DE PUENTES TEMA: MÉTODO ASD Y LFRD NOMBRE:
Pérez Jhonny CURSO:
Décimo “A” FECHA:
15/05/01!
AMBATO - ECUADOR ABRIL – SEPTIEMBRE 201
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 de manera tal que, cuando la estructura est sometida a todas las com!inaciones de cargas aplica!les, no se supere el estado l"mite aplica!le y emplea como criterios de anlisis y diseño los de la teor"a plstica o una com!inaci#n de anlisis y diseño plstico$
¿EN QUÉ ESTA BASADO? El método LRFD est !asado el criterio de estados l"mites, por esto que tam!ién se le conoce como método de diseño por estados l"mites, un estado de l"mite de%ne la condici#n ante la cual un elemento estructural !a&o carga se 'e efectuado a tal grado que de&a de ser seguro para los ocupantes de la estructura o dico elemento de&a de desarrollar la funci#n para la cual se diseñ#$ El método LRFD est !asado en
A. *n método pro!a!il"stico$ B. *na cali!raci#n del nue'o criterio con respecto al método +D$ C. La e'aluaci#n de los criterios resultantes mediante los anlisis de estudios comparati'os de estructuras representati'os
TEORÍA Este método de diseño denominado tam!ién diseño por estados l"mite o resistencia -ltima, consiste en determinar en primer termino, las acciones (cargas o momentos) que se presentan en las secciones cr"ticas de un miem!ro estructural o estructura !a&o el efecto de las acciones de diseño o cargas factorizadas$ En general, las cargas factorizadas se o!tienen multiplicando las cargas de ser'icio o de tra!a&o por un factor de carga, que suele ser mayor que la unidad$ De manera matemtica la relaci#n que descri!e el método es la siguiente El método LRFD puede ser e.presado mediante
Donde
Ru Es la carga factorizada, lo cual es la suma de todas las cargas de ser'icio que resistir los miem!ros, cada una de estas cargas es multiplicada por su propio factor de carga los cuales son 'alores mayores
que la unidad (a e.cepci#n de la com!inaci#n de carga seis donde relacionan la carga muerta con la s"smica o de 'iento$
Rn: Es la resistencia nominal de los materiales, las cuales son estandarizadas por sus pro'eedores y 'eri%cada por prue!as de materiales$
Φ: Es el factor de resistencia dado por las especi%caciones para cada estado l"mite, los cuales son generalmente 'alores inferiores a la unidad$ De manera general este método trata de que los miem!ros resistan como cargas m.imas cargas que no agan alcanzar sus estados l"mites de falla$ El o!&eti'o principal de este método es pro'eer una con%a!ilidad uniforme a la estructura !a&o 'arias consideraciones de carga$
Factore !e re!ucc"#n !e re"tenc"a $ara e% &'to!o !e (actore !e car)a * re"tenc"a
Car)a co&+"na!a ua!a en !"e,o LRFD En funci#n de la zona donde 'aya a construirse una estructura metlica para edi%cio, y seg-n las necesidades o caracter"sticas que se crean necesarias, las cargas totales pueden estar de%nidas por las ecuaciones mostradas$
Donde D / carga muerta de la estructura L / carga 'i'a de piso, incluyendo el impacto Lr / carga 'i'a de teco de la estructura + / cargas pro'enientes de gr-as y sistemas de mane&o de materiales / carga de teco de nie'e, granizo, ceniza R / carga de llu'ia 0 / cargas de 'iento E / carga s"smica 1 / cargas de restricci#n so!re la estructura
A-LCAC/N Esta %losof"a de diseño se la utiliza para
Diseño de elementos de acero Diseño de elementos de madera Diseño de elementos ormig#n
0ENTA1AS Es una erramienta adicional para que el diseñador no di%era en su concepto de soluci#n que emplea en diseño de concreto armado, por e&emplo$ LRFD aparece ms racional y por lo tanto se acerca ms a la realidad de lo que ocurre en la 'ida -til de la estructura$ El uso de 'arias com!inaciones de cargas conduce a econom"a de la soluci#n, porque se acerca con ms e.actitud a lo que ocurra$ Facilita el ingreso de las !ases de diseño conforme ms informaci#n esté disponi!le$ Es posi!le introducir algunos cam!ios en los factores 2i o 3 cuando se conoce con mayor e.actitud la naturaleza de las cargas$ Esto tiene importancia cuando e.isten cargas no usuales, o me&or conocimiento de la resistencia$ Futuros a&ustes y cali!raciones sern ms fciles de acer$ LRFD proporciona un margen de seguridad ms uniforme y con%a!le !a&o diferentes condiciones de carga$ Es decir, LRFD permite que el factor de seguridad sea ms preciso para diferentes tipos de carga y com!inaciones de las mismas$
Las resistencias nominales (Rn) se indican e.pl"citamente en las Especi%caciones LRFD$ El diseñador cuenta con mayor informaci#n so!re el comportamiento real de la estructura$ Cuando sea posi!le, las resistencias nominales se dan en términos de fuerzas en 'ez de esfuerzos$ Esto frecuentemente proporciona una me&or representaci#n del comportamiento estructural real$
DES0ENTA1AS •
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Requiere un cam!io en la %losof"a de diseño (de los anteriores métodos de la ++145)$ Requiere un conocimiento de los conceptos !sicos de la pro!a!ilidad y la estad"stica$ Requiere disponi!ilidad de su%cientes datos estad"sticos y algoritmos de diseño pro!a!il"stica para acer a&ustes en los factores de resistencia en situaciones particulares$
NORMAT0A +lgunas de las normas que incorporan este método son
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-uente: 6orma ++415 LRFD 7ridge Design peci%cations E!"2c"o !e acero etructura%: +merican 8nstitute of teel
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Construction (+8C) 9::; 3or&")#n etructura%: +merican Concrete 8nstitute (+C8 <=>)
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MÉTODO ASD ¿QUÉ ES? El +D (Diseño por 1ensiones +dmisi!les) es un método para calcular componentes estructurales de manera tal que, cuando la estructura est sometida a todas las com!inaciones de cargas nominales aplica!les, no se supere el 'alor de clculo admisi!le (tensi#n, fuerza o momento) permitido$
¿EN QUÉ ESTA BASADO? Este método a sido !asado en el anlisis elstico de las estructuras los miem!ros de!en ser diseñados para comportarse elsticamente$ Fue en principio desarrollado !asndose en la e.periencia pre'ia para determinar los factores de seguridad$
TEORÍA Este método de diseño denominado tam!ién diseño elstico, consiste en determinar, en primer término, los esfuerzos que se presentan en las secciones cr"ticas de un miem!ro estructural !a&o la acci#n de las cargas de ser'icio o de tra!a&o, considerando un comportamiento elstico del material$ e considera que un miem!ro est diseñado correctamente cuando los esfuerzos de tra!a&o, ocasionados por las cargas de ser'icio que o!ran en el miem!ro no e.ceden los esfuerzos permisi!les$ El método de esfuerzos admisi!les +D puede ser representado de manera matemtica como
Donde
Ra: Es la resistencia requerida determinado por medio del anlisis de una serie de com!inaciones de carga, las com!inaciones de cargas son propuestos por las especi%caciones +8C en el método +D, las cuales se detallaran mas adelante$
Rn: Es el esfuerzo nominal de los materiales, los cuales son estandarizados y propuestos por los pro'eedores y?o compro!ados en !ase a diferentes prue!as de materiales$
4: Es el factor de seguridad el cual ace que los materiales tra!a&en dentro de sus estados l"mites, estos factores de seguridad son estandarizados por el +8C, los cuales tiene diferentes 'alores dependiendo la acci#n interna al que este sometido el elemento$ El diseño en !ase a este método implica la selecci#n de una secci#n trans'ersal que cumpla los fundamentos !sicos del diseño (econom"a, seguridad y funcionalidad) y que esta secci#n seleccionada 'aya a estar e.puesta a esfuerzos cuyos 'alores m.imos no e.cedan los estados limites (rango elstico)$ La naturaleza fundamental del factor de seguridad es compensar las incertidum!res inerentes al diseño, fa!ricaci#n o armado de los componentes de un edi%cio y las incertidum!res en la estimaci#n de las cargas aplicadas$ + tra'és de la e.periencia se a esta!lecido que los actuales factores de seguridad proporcionan un diseño satisfactorio$ e de!e destacar que el método +D utiliza un solo factor de seguridad para una condici#n dada, independientemente del tipo de carga$
Factore !e re!ucc"#n !e re"tenc"a $ara e% &'to!o !e e(uer5o a!&""+%e
Car)a co&+"na!a ua!a en !"e,o ASD En funci#n de la zona donde 'aya a construirse una estructura metlica para edi%cio, y seg-n las necesidades o caracter"sticas que se crean necesarias, las cargas totales pueden estar de%nidas por las ecuaciones mostradas$
Donde D / carga muerta de la estructura L / carga 'i'a de piso, incluyendo el impacto Lr / carga 'i'a de teco de la estructura + / cargas pro'enientes de gr-as y sistemas de mane&o de materiales / carga de teco de nie'e, granizo, ceniza R / carga de llu'ia 0 / cargas de 'iento
E / carga s"smica 1 / cargas de restricci#n so!re la estructura
A-LCAC/N Esta %losof"a 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 est e'aluando la rea!ilitaci#n de estructuras antiguas
DESVENTAJAS •
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Es dif"cil introducir cam!ios a los factores de seguridad independientemente$ De!ido a sus factores de seguridad el diseño no resultar econ#micamente 'ia!le$ 6o permite compati!ilizar diseños con distintos materiales$ Considera un factor uniforme para las cargas, sin reconocer los diferentes grados de 'aria!ilidad que e.isten, por e&emplo entre las cargas permanentes y las cargas s"smicas$ 6o resulta posi!le mediante este método o!tener una con%a!ilidad uniforme para toda la estructura
NORMATIVA +lgunas de las normas que incorporan este método son •
-uente: 6orma @++415 1+6D+RD AEC8F8C+1856 F5R 48B40+ 7R8DBE
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E!"2c"o !e acero etructura%: +merican 8nstitute of teel Construction (+8C) 9::;
DIFERENCIAS ENTE LOS MÉTODOS LRFD Y ASD La primera diferencia ist#ricamente a sido que el antiguo Diseño por Esfuerzos Aermisi!les (+lloa!le tress Design), compara!a los esfuerzos reales y permisi!les, mientras que el LRFD (Load and Resistance Factor Design) compara la resistencia requerida con las fuerzas reales$ La segunda diferencia entre las dos %losof"as es la forma en que se mane&an las relaciones entre las cargas aplicadas y las capacidades de los miem!ros$ En LRFD los factores de carga se aplican por separado para la pre'isi!ilidad de las cargas aplicadas, esto del lado de la carga aplicada de las desigualdades de estado l"mite y considerando las 'aria!ilidades del material y construcci#n, se usan factores de reducci#n de resistencia en el lado de la fuerza nominal de la desigualdad de estado l"mite$ La metodolog"a +D com!ina los dos factores en un -nico factor de seguridad, con lo cual al di'idir el factor de seguridad aparte so!re los factores de carga y resistencia independientes, como se ace en el método anterior, se o!tiene un factor e%caz ms coerente, dando lugar a estructuras ms seguras, dependiendo de la capacidad de predicci#n de los tipos de carga que se utilizan$ De!ido a la gran 'aria!ilidad y por lo tanto a lo impredeci!le de las cargas 'i'as y de las cargas accidentales en comparaci#n con las cargas permanentes, sumado a los 'alores distintos de los coe%cientes de 'ariaci#n (que indican la dispersi#n de los resultados) que presentan las di'ersas resistencias nominales que corresponden a cada solicitaci#n, no resulta posi!le mediante el método +D o!tener una con%a!ilidad uniforme para toda la estructura$ Es e'idente que el método LRFD representa un a'ance nota!le so!re el +D, ya que permite tomar en cuenta en el diseño los di'ersos grados de incertidum!re y 'aria!ilidad en la estimaci#n de resistencias y cargas$ El método LRFD, permite el reconocimiento e.pl"cito en las ecuaciones de diseño del grado de incertidum!re y 'aria!ilidad en las cargas al prescri!ir factores de carga diferentes para cargas muertas, 'i'as, s"smicas y de 'iento$ 8nclusi'e prescri!e 'alores distintos para los factores de carga, dependiendo de la com!inaci#n de carga considerada, permitiendo esta!lecer un modelo de carga ms realista$ +s" mismo, el método LRFD puede considerar el grado de predicci#n de los di'ersos modelos anal"ticos usados para calcular la resistencia, al prescri!ir factores de resistencia menores a los modelos que e.i!en predicciones ms consistentes$ En el método de los esfuerzos admisi!les, estas cargas de ser'icio se usan directamente, mientras en el método de las resistencias se modi%can multiplicndolas por un factor de carga para producir una carga de diseño llamada carga factorizada$
5tro a'ance importante del método LRFD so!re el +D es la incorporaci#n de modelos pro!a!il"sticos que permiten o!tener una con%a!ilidad ms consistente en diseño$ Aor consiguiente, LRFD pro'ee una !ase ms racional y re%nada para el diseño que la que puede pro'eer el +D$
LINKOGRAFÍA:
(2013, 03). Reglamento ASD Vs LRFD. ClubEnsayos.com. Recue!a"o 03, 2013, "e #tts$%%&&&.clubensayos.com%'emas Va!a"os%ReglamentoASDVsLRFD%*+*--.#tml Sc!b", bloteca Dgtal/ "sonble en$ #tt$%%es.sl"es#a!e.net%lus-1++2%mto"ol!"ublca"oo!lus useaa4a 5E'6D6L678AS DE D8SE96/ "sonble en$ #tt$%%&&&.bbloteca.u"e.e"u.e%bb:!u"e%tess%"%1;1*2;1+;10 3;1-2+." #tt$%%tess.uson.m<%"gtal%tess%"ocs%11+2%catulo3." #tt$%%bb"gtal.en.e"u.ec%btst!eam%1*000%+%1%CD003." #tts$%%co!e.ac.u=%"o&nloa"%>les%3-2%1122+++." #tt$%%"sace.ua4uay.e"u.ec%btst!eam%"atos%*02%1%11*21." #tt$%%&&&.bgst!uctu!alengnee!ng.com%7Desgn%7Desgn0*.#tm
