Metodo Asd Lfdr (1).docx

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL CONSTRUCCIONES METÁLICAS INFORME

MÉTODOS DE DISEÑO ASD Y LRFD COMBINACIONES DE CARGA

NIVEL: 7mo

INTEGRANTES:  Bunces Javier  Gutiérrez Carlos  Mendoza Brítani  Chavez Erik

QUITO-ECUADOR 2019-2020

Contenido Introducción .................................................................................................................................... 3 Métodos propuestos por la norma unificada “Instituto americano de la construcción de acero” AISC 360-2010: ................................................................................................................................ 3 Diseño del pre esforzado basado en esfuerzos permisibles “ASD”: ........................................... 4 Diseño del pre esforzado basado en resistencia última “LRFD”: ................................................ 4 Ventajas del Método:...................................................................................................................... 5 COMBINACIONES DE CARGA PARA “LRFD” Y “ASD”....................................................................... 5 ASCE 7 – 2005-LRFD .................................................................................................................... 5 ASCE 7 – 2005-ASD ...................................................................................................................... 5 CONSIDERACIONES PARA AMBOS MÉTODOS: ............................................................................... 6 Deflexiones: .................................................................................................................................... 7 Ejercicios ......................................................................................................................................... 8

METODOS DE DISEÑO ASD Y LRFD

Introducción Los métodos ASD “Diseño por esfuerzos admisibles” y LRFD “Diseño por Resistencia última y estados límite”, son utilizados para el diseño de estructuras de acero basados en cargas de servicio mayoradas de acuerdo con las especificaciones de cada método, la resistencia de diseño de la estructura y factores de reducción correspondientes a cada caso. Ambos métodos se desarrollan con procedimientos semejantes, con la diferencia de que el ASD usa los esfuerzos admisibles o de trabajo de los elementos estructurales para compararlo con la resistencia requerida por las combinaciones de carga, mientras que el LRFD se basa en la resistencia última utilizando factores de seguridad menores para las cargas muertas y mayores para las cargas vivas disminuyendo los costos de la construcción. En la actualidad el método ASD no es muy utilizado, debido a que sus resultados aproximados pueden tener variación al momento de ejecutar la obra, ya que los factores de mayoración para la carga viva y muerta son correspondientes a 1, lo que significa que no se esta previniendo alguna carga extra en algún momento, otra razón por la que no es muy utilizado es la eficiencia, y economía que representan los resultados obtenidos del LRFD ya que garantizan la seguridad o la capacidad de carga de las estructuras y controlan el comportamiento de la edificación bajo cargas normales mayoradas. Estos métodos son analizados y aplicados por algunas normativas y especificaciones que se han ido adaptando a las preferencias de cada región o país, la más utilizada corresponde a las normas AISC 360-2010 “Instituto americano de la construcción de acero”, por esta razón basamos el informe en la especificación enunciada, además de la NEC-10 “Normas de la construcción ecuatoriana”, la misma que realiza una adaptación de la ASCE 7 para las combinaciones de carga. Se debe mencionar que existe una calibración para usar ambos métodos en el caso de estructuras antiguas que fueron analizadas por el método ASD y del cual se quiere realizar un nuevo análisis. El procedimiento de calibración será descrito en el desarrollo del informe.

Métodos propuestos por la norma unificada “Instituto americano de la construcción de acero” AISC 360-2010: La norma enunciada indica que para cualquier solicitación o combinación de solicitaciones se tiene una Resistencia nominal que será la misma para ambos casos, correspondiente a fuerzas o momentos nominales. A continuación, mostramos las fórmulas que diferencian a ambos métodos de Diseño del Acero:

LRFD

ASD

Diseño del pre esforzado basado en esfuerzos permisibles “ASD”: El Método de Diseño ASD “Diseño por esfuerzos admisibles”, corresponde a un procedimiento de aproximaciones sucesivas, basado en un acercamiento a los esfuerzos límites del elemento bajo los estados de carga del diseño o de servicio, para determinar si son satisfactorias las deflexiones y la resistencia requerida. El ASD se aplica hace 100 años aproximadamente, con el objetivo de conseguir que los esfuerzos unitarios actuantes reales en los miembros estructurales sean menores que los esfuerzos unitarios permisibles, sin embargo, en las últimas décadas se empezó a optar por un método más racional basado en un concepto de probabilidad, denominado como “LRFD” o estados límite, correspondiente al punto donde cesan las funciones de la estructura.

Diseño del pre esforzado basado en resistencia última “LRFD”: El “LRFD” es un método que otorga la resistencia necesaria para resistir cargas hipotéticas, aplicando factores de mayoración, dando como resultado cargas mayores que las previstas de servicio. Se puede definir también como un método probabilístico de estado límite, es decir que analiza el comportamiento de la resistencia y el servicio de la estructura. Los estados límites se dividen en dos categorías: Resistencia y Servicio. El primer estado tiene que ver con el comportamiento para máxima resistencia dúctil, pandeos, fatiga, fractura, volteo o deslizamiento. El segundo estado tiene que ver con la 15 funcionalidad de la estructura, en situaciones tales como deflexiones, vibraciones, deformación permanente y rajaduras. El método LRFD, se basa en los siguientes criterios: -Un modelo basado en probabilidades. - Calibración de los resultados con los que se obtiene en el método ASD, con el objeto de que las estructuras no sean muy diferentes entre ambos métodos.

Ventajas del Método: 1. Es una herramienta adicional para que el diseñador no difiera en su concepto de solución que emplea en diseño de concreto armado, por ejemplo. 2. 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. 3. El uso de varias combinaciones de cargas conduce a economía de la solución, porque se acerca con más exactitud a lo que ocurra. 4. Facilita el ingreso de las bases de diseño conforme más información esté disponible. 5. 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. (Apaza, 2015, pág. 9)

COMBINACIONES DE CARGA PARA “LRFD” Y “ASD” 

De acuerdo a la Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-10, parte 6, Estructuras de acero, las combinaciones de carga usadas para ambos métodos, LRFD Y ASD, corresponden a las ASCE 7 “Asociación de Ingenieros Civiles”

ASCE 7 – 2005-LRFD o o o o

1.4 D 1.2D +1.6 L 1.2D +1.6W+L+0.5Lr 0.9D+1.6 W

 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

De acuerdo a las normas AISC 360-10, LRFD: 1.4(D) 1.2(D) + 1.6(L) + 0.5(Lr or S or R) 1.2D + 1.6(Lr or S or R) + (L or 0.8W 1.2D + 1.6W + L + 0.5(Lr or S or R) 1.2D + 1.0E + L + 0.2S 0.9D + 1.6W + 1.6 0.9D + 1.0E + 1.6

ASCE 7 – 2005-ASD 1. 2. 3. 4. 5.

D D+L D+W D+0.75(L+W+Lr) 0.6D +w



Cargas de viento: El coeficiente que multiplica a las cargas de viento pasó de 1.6 a 1, porque en la ASCE 7-2010 se consideran velocidades de viento en el estado límite, correspondientes a un período de retorno mayor.



De acuerdo a las normas AISC 360-10, ASD: 1. D 2. D+ L 3. D + (Lr or S or R) 4. D + 0.75(L) + 0.75(Lr or S or R) 5. D + (W or 0.7E) 6. D + 0.75(W or 0.7E) + 0.75L + 0.75(Lr or S or R) 7. 0.6D + W 8. 0.6D + 0.7E

Glosario: D= Carga muerta Lr = Carga viva sobre el techo (30 kg/m2 según RNC). L= Carga viva de piso. S = Carga de nieve. R = Carga inicial de lluvia en techos planos cuando falla el desagüe. W= Carga de viento. E= Carga de sismo.

CONSIDERACIONES PARA AMBOS MÉTODOS: -Si se debe incluir el efecto de cargas por variación de temperatura, el factor corresponde a 1.5 para todas las combinaciones. -Escoger la mayor solicitación que resulte de las combinaciones de carga y generar la envolvente de los esfuerzos de falla. -Se debe aplicar Factores de reducción de Capacidad de Carga: La tabla mostrada a continuación es tomada del AISC:

Deflexiones: -El AISC-LRFD no presenta comparaciones entre deflexiones reales y las permitidas para diversos casos, sólo indica: “Los límites del servicio serán seleccionados con debida consideración a que se cumpla la función intencionada de la estructura”. (Apaza, 2015, pág. 4) -Sin embargo, el AISC-ASD, establece “Vigas y Trabes que soporten pisos o techos serán dimensionados con la consideración debida a las deflexiones producidas por las consideraciones de diseño” (Apaza, 2015, pág. 4), indicando adicionalmente que la deflexión máxima por la carga de servicio se limita a L/30, donde “L” corresponde a la luz libre. -Calibración de resultados: Se puede obtener el mismo dimensionado por ambos métodos LRDF y ASD solo en el caso en que la sobrecarga o carga viva triplica a la carga muerta o peso propio, L= 3D.

-Solicitaciones: Directa de tracción Esta solicitación esta presente en ambos métodos para los dos estados límites:  Fluencia en sección bruta:

 Fractura en sección neta:

Donde: Ag- área bruta de la sección Fu- tensión de rotura Pn- esfuerzo nominal de tracción

Ae – área efectiva Fy- tensión de fluencia

Ejercicios Seleccionar un perfil W que resista una carga de Tensión de 110 kips como carga Muerta y 160 Kips como carga viva, el miembro tiene una longitud de 30ft. Y se conectará con dos hileras de tornillos de ¾¨ en cada patín. Utilizar Acero A992.ercicio de aplicación.

Determinar Pu por los métodos LRFD Pu= 1.2 D + 1.6 L Pu= 1.2 (110 kips.) +1.6 (160 kips) Pu=388 kips ASD Pu= D + L Pu= (110 kips.) + (160 kips) Pu=270 kips Determinar barreno y Área necesaria ∅b =1/8” + ¾” ∅b= 7/8 Perfil que cumple con el Área requerida: W 14X 34

Revisando la Fuerza Admisible por fluencia: ASD 𝑃𝑛 =

𝑃𝑛 =

𝐹𝑦 ∗ 𝐴𝑔 Ὤ𝑡

50𝑘𝑠𝑖 ∗ 10 𝑖𝑛2 1.67

Pn= 299.4 kips > 270 kips

LRFD Pn=Ag*Øt*Fy Pn=10in² (.9)(50 ksi) Pn= 450 kips > 388 kips Despejando de la fórmula para revisar por Fluencia: 𝐴𝑔 =

𝐴𝑔 =

𝑃𝑛 Ὤ𝑡 ∗ 𝐹𝑦

388 𝑘𝑖𝑝𝑠 0.9 ∗ 50𝑘𝑠𝑖

𝐴𝑔 = 8.62 𝑖𝑛2

Revisando la Fuerza Admisible por fluencia ASD

𝑃𝑛 =

𝑃𝑛 =

𝐹𝑦 ∗ 𝐴𝑔 Ὤ𝑡

65𝑘𝑠𝑖 ∗ 11.5𝑖𝑛2 1.67

Pn= 447 kips > 270 kips

LRFD Pn=Ag*Øt*Fy Pn= 5.26 in² (.9)(50 ksi) Pn= 236.7 kips > 180 kips Formula 𝑈 =1−

𝑋 𝐿

Se corta el perfil y se busca en las tablas el valor de .y=0.846 L=10.5 in 𝑈 =1−

0.845 10.5

𝑈 = 0.916 Determinando Área Efectiva Ae=11.5 in²-(4(7/8))(0.530) Ae=9.64 in² Ae=AnU Ae=(9.64 in²)(.916)

Ae= 8.83 in² Revisar la Fuerza Admisible por Ruptura LRFD Pn=AgØtFy Pn= .75(65 kips)(8.83 in²) Pn= 430.6 kips430.6>388 kips. ASD 𝑃𝑛 =

𝑃𝑛 =

𝐹𝑦 ∗ 𝐴𝑒 Ὤ𝑡

65𝑘𝑠𝑖 ∗ 8.83𝑖𝑛2 2

Pn= 286.9 kips > 270 kips

Bibliografía:

-Apaza, L. Q. (20 de OCTUBRE de 2015). Diferencias métodos ASD y LRFD. Obtenido de https://es.slideshare.net/luis41977826/mtodo-lrfd-publicado-por-luis-quispe-apaza -Jorge Cruz, E. (Agosto de 2016). Comparación entre los métodos de Diseño ASD y LRFD. Obtenido de https://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/12108/2/T-ESPE-053440D.pdf -Rodrigo, T. (17 de octubre de 2017). Método LRFD y ASD. Obtenido de https://es.pdfcoke.com/document/361413138/LRFD-y-ASD -ASCE 7- 05 y ASCE 7 – 10 “Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures”, American Society of Civil Engineers (2006, 2010) -Norma Ecuatoriana de Construcción NEC-SE-AC Estructuras de Acero. 2015