Diseño po
Diseño por Resistenr Resistencia o LRFD (Load and Rescia o LRFD (Load and Resistanistance ce FactoFactor Design r Design ) ) .-
.-El término LRFD (Load and Resistance Factor Design), que en español se traduce a: El término LRFD (Load and Resistance Factor Design), que en español se traduce a: Diseño por Factores de Carga y Resistencia, en los cuales
Diseño por Factores de Carga y Resistencia, en los cuales sobresalen los términos:sobresalen los términos:
Resistencia
Resistencia, que se refiere a la capacidad de cada miembro estructural, como por ejemplo la, que se refiere a la capacidad de cada miembro estructural, como por ejemplo la
resistencia a los momentos, resistencia a la tensión, etc. Dichas resistencias están tabuladas resistencia a los momentos, resistencia a la tensión, etc. Dichas resistencias están tabuladas y se encuentran en los anexos de la norma, junto con los
y se encuentran en los anexos de la norma, junto con los factores de resistencia. factores de resistencia. Esfuerzos
Esfuerzos, que se refiere a valores de la propiedades del material; los valores de resistencia, que se refiere a valores de la propiedades del material; los valores de resistencia
que maneja la norma
que maneja la norma LRFD son equivalentes a los valores de las LRFD son equivalentes a los valores de las tensiones admisibles.tensiones admisibles. En AS
En ASD los niveles de D los niveles de tensiones permisibles son muy tensiones permisibles son muy bajos, y las magnitudes de las cargasbajos, y las magnitudes de las cargas están fijadas solo para niveles de servicio. Esta combinación produce diseños que se están fijadas solo para niveles de servicio. Esta combinación produce diseños que se mantienen en
mantienen enniveles de seguridad altosniveles de seguridad altosy que permanecen económicamente factibles.y que permanecen económicamente factibles.
Desde el punto de vista del ingeniero el proceso de diseño del LRFD es similar al ASD. La Desde el punto de vista del ingeniero el proceso de diseño del LRFD es similar al ASD. La diferencia
diferencia más obvia entre más obvia entre LRFD y LRFD y ASD ASD es que los es que los valores de lvalores de la resistencia a resistencia y los y los efectosefectos producidos por las cargas en LRFD son numéricamente más grandes que en ASD, ya que producidos por las cargas en LRFD son numéricamente más grandes que en ASD, ya que
estos son muy próximos a magnitudes halladas en
estos son muy próximos a magnitudes halladas en muchos ensayos, y no reducen dmuchos ensayos, y no reducen de manerae manera significativa el coeficiente de seguridad interno. Los efectos de las cargas son más grandes significativa el coeficiente de seguridad interno. Los efectos de las cargas son más grandes a causa de
a causa de que ellas son multiplique ellas son multiplicadas por loscadas por los factores de carga factores de carga que están en el rango deque están en el rango de
1.2 a 1.6. 1.2 a 1.6.
En el método de los esfuerzos admisibles, estas cargas de servicio se usan directamente, En el método de los esfuerzos admisibles, estas cargas de servicio se usan directamente, mientras en el método de las resistencias se modifican multiplicándolas por un
mientras en el método de las resistencias se modifican multiplicándolas por un factor de factor de carga
carga para producir una carga de diseño llamada para producir una carga de diseño llamadacarga factorizadacarga factorizada..
El segundo paso en el proceso de diseño, es el de evaluar la respuesta en la estructura al El segundo paso en el proceso de diseño, es el de evaluar la respuesta en la estructura al tipo de carga, y, en especial, a la magnitud de carga requerida
tipo de carga, y, en especial, a la magnitud de carga requerida determinada. En el método dedeterminada. En el método de los esfuerzos admisibles, esta evaluación consiste en cierta forma de análisis de esfuerzos. los esfuerzos admisibles, esta evaluación consiste en cierta forma de análisis de esfuerzos. En el método de la resistencia, la evaluación se hace para establecer la condición límite En el método de la resistencia, la evaluación se hace para establecer la condición límite ((resistencia últimaresistencia última) para la estructura según el tipo de carga. Para responder a las diferentes) para la estructura según el tipo de carga. Para responder a las diferentes
condiciones esta resistencia limitante se multiplica por un
condiciones esta resistencia limitante se multiplica por un factor de resistencia factor de resistencia para usarse para usarse
en el diseño. en el diseño.
Cargas
factorizadas.-Cargas factorizadas.- Las cargas que actúan sobre las estructuras provienen de diferentesLas cargas que actúan sobre las estructuras provienen de diferentes
fuentes, las primarias son la gravedad, el viento y los sismos. Para usarse en el análisis o en fuentes, las primarias son la gravedad, el viento y los sismos. Para usarse en el análisis o en el trabajo de diseño, las cargas deben, primero, identificarse, medirse y cuantificarse de el trabajo de diseño, las cargas deben, primero, identificarse, medirse y cuantificarse de
alguna manera y, luego, factorizarse (para el método de la resistencia). En la mayoría de las alguna manera y, luego, factorizarse (para el método de la resistencia). En la mayoría de las si
situtuacacioionenes, s, tatambmbiéién n dedebeben n cocombmbininararse se en en totodadas s lalas s mamaneneraras s poposisiblbles es quque e seseanan estadísticamente probables, lo que a menudo produce más de una condición de carga para estadísticamente probables, lo que a menudo produce más de una condición de carga para el diseño.
el diseño. El
El ““Uniform Building Code”Uniform Building Code” (Regl(Reglamento amento de de ConstConstruccionrucciones es UnifoUniformizarmizadas) das) requierequiere re lala
combinación de las siguientes combinaciones de condiciones mínimas para cualquier combinación de las siguientes combinaciones de condiciones mínimas para cualquier estructura:
estructura: 1.
1. CargCarga muerta muerta + cara + carga viva dga viva de piso + e piso + cargcarga viva de ta viva de techo(o echo(o nieve)nieve).. 2.
2. CargCarga muerta muerta + cara + carga viva dga viva de piso + e piso + cargcarga de vienta de viento (o sio (o sismo).smo). 3.
3. CargCarga muerta muerta + cara + carga viva dga viva de piso + e piso + cargcarga de vienta de viento + caro + carga de nievga de nieve/2.e/2. 4.
4. CargCarga muerta muerta + cara + carga viva dga viva de piso + e piso + cargcarga de nieve a de nieve + car+ carga de viega de viento/2.nto/2. 5.
5. CargCarga muerta muerta + cara + carga viva dga viva de piso + e piso + cargcarga de nieve a de nieve + car+ carga sísga sísmica.mica.
Esto no es todo para muchas estructuras, debido a problemas especiales. Por ejemplo, la Esto no es todo para muchas estructuras, debido a problemas especiales. Por ejemplo, la estabilidad de un
estabilidad de un muro sometido a fuerza cortante es crítmuro sometido a fuerza cortante es crítica para una combinación de cargaica para una combinación de carga muerta y carga lateral (viento o sismo). Las condiciones de esfuerzo a largo plazo o los muerta y carga lateral (viento o sismo). Las condiciones de esfuerzo a largo plazo o los efectos de la deformación plástica por fatiga del concreto con solo carga muerta como una efectos de la deformación plástica por fatiga del concreto con solo carga muerta como una condición de carga permanente. Al final debe prevalecer un buen juicio de diseño del condición de carga permanente. Al final debe prevalecer un buen juicio de diseño del ingeniero para concebir las combinaciones
ingeniero para concebir las combinaciones realmente necesarias.realmente necesarias.
Una sola combinación de carga prevalece para la consideración del efecto máximo sobre Una sola combinación de carga prevalece para la consideración del efecto máximo sobre una estructura dada. Sin embargo, en estructuras complejas (armaduras, arcos de edificio una estructura dada. Sin embargo, en estructuras complejas (armaduras, arcos de edificio resistentes a los momentos, etc.) los miembros individuales por separado se diseñan para resistentes a los momentos, etc.) los miembros individuales por separado se diseñan para diferentes combinaciones de carga crítica. Si bien la combinación crítica para estructuras diferentes combinaciones de carga crítica. Si bien la combinación crítica para estructuras simples algunas veces se percibe con facilidad, otras es necesario el realizar análisis simples algunas veces se percibe con facilidad, otras es necesario el realizar análisis completos para muchas combinaciones y luego comparar los resultados en detalle para completos para muchas combinaciones y luego comparar los resultados en detalle para evaluar las verdaderas condiciones de diseño.
evaluar las verdaderas condiciones de diseño.
Los factores para el método de las resistencias se aplican individualmente a los diferentes Los factores para el método de las resistencias se aplican individualmente a los diferentes tipos de carga (muerta, viva, viento, etc.). Esto contribuye a la complejidad, ya que también tipos de carga (muerta, viva, viento, etc.). Esto contribuye a la complejidad, ya que también es posible hacerlos variar en combinaciones diferentes. En una estructura compleja e es posible hacerlos variar en combinaciones diferentes. En una estructura compleja e indeterminada, esto puede conducir a una montaña de cálculos para el análisis completo de indeterminada, esto puede conducir a una montaña de cálculos para el análisis completo de todas las combinaciones.
Las combinaciones de carga para ser
Las combinaciones de carga para ser usadas en diseño LRFD 1996:usadas en diseño LRFD 1996:
D D 4 4 .. 1 1 ⋅⋅ )) R R o o S S o o L L (( 5 5 .. 0 0 L L 6 6 .. 1 1 D D 2 2 .. 1 1 ⋅⋅ ++ ⋅⋅ ++ r r )) W W 8 8 .. 0 0 o o L L (( 5 5 .. 0 0 )) R R o o S S o o L L (( 6 6 .. 1 1 D D 2 2 .. 1 1 ⋅⋅ ++ r r ++ ⋅⋅ )) R R o o S S o o L L (( 5 5 .. 0 0 L L 5 5 .. 0 0 W W 3 3 .. 1 1 D D 2 2 .. 1 1 ⋅⋅ ++ ⋅⋅ ++ ⋅⋅ ++ r r S S 2 2 .. 0 0 L L 5 5 .. 0 0 E E 0 0 .. 1 1 D D 2 2 .. 1 1 ⋅⋅ ++ ⋅⋅ ++ ⋅⋅ ++ ⋅⋅ )) E E 0 0 .. 1 1 o o W W 3 3 .. 1 1 (( D D 9 9 .. 0 0 ⋅⋅ −− ⋅⋅ ⋅⋅ Donde: Donde: D
D : : Carga Carga muerta.muerta. L
L : : Carga Carga viva viva causada causada por por almacenamiento, almacenamiento, ocupación o ocupación o impacto.impacto. Lr
Lr : : Carga Carga viva viva de de techo.techo. S
S : : Carga Carga de de nieve.nieve. R
R : : Carga Carga causada causada por por agua de agua de lluvia lluvia o o hielo.hielo. W
W : : Carga Carga de de viento.viento. E
E : : Carga Carga de de Sismo.Sismo. Los
Los fafactctorores es de de carcarga ga dadadas das en en lalas s antantererioioreres s ececuacuacioionenes s inintetentntan an prproveoveer er un un ninivelvel consistente de fiabilidad para un rango de valores de diferentes tipos de carga.
consistente de fiabilidad para un rango de valores de diferentes tipos de carga.
Factores de
resistencia.-Factores de resistencia.- La factorización (modificación) de las cargas es una forma deLa factorización (modificación) de las cargas es una forma de
ajuste para el control de la seguridad en el diseño por resistencia. El segundo ajuste básico ajuste para el control de la seguridad en el diseño por resistencia. El segundo ajuste básico esta en modificar la resistencia cuantificada de la estructura. Esto conduce a determinar esta en modificar la resistencia cuantificada de la estructura. Esto conduce a determinar primero su resistencia en algunos términos (resistencia a la compresión, capacidad de primero su resistencia en algunos términos (resistencia a la compresión, capacidad de
momento, límite de pandeo, etc.), y luego reducirla en algún porcentaje. La reducción ( momento, límite de pandeo, etc.), y luego reducirla en algún porcentaje. La reducción (el el factor de resistencia
factor de resistencia) se basa en diferentes consideraciones, incluyendo el interés por la) se basa en diferentes consideraciones, incluyendo el interés por la
confiabilidad de las teorías, el control de la calidad de producción, la capacidad de predecir confiabilidad de las teorías, el control de la calidad de producción, la capacidad de predecir comportamientos con precisión, etc.
comportamientos con precisión, etc.
Normalmente, el diseño por resistencia consiste en comparar la carga factorizada (la carga Normalmente, el diseño por resistencia consiste en comparar la carga factorizada (la carga
incrementada
incrementada en cierto porcentaje) con la resistencia factorizada (la resistenciaen cierto porcentaje) con la resistencia factorizada (la resistenciareducidareducida enen
cierto porcentaje) de la estructura sometida a cargas. Así, aunque los factores de carga cierto porcentaje) de la estructura sometida a cargas. Así, aunque los factores de carga
puedan parecer bajos en algunos casos, la aplicación de los factores de resistencia conducen puedan parecer bajos en algunos casos, la aplicación de los factores de resistencia conducen
hasta un cierto punto a una magnificación del nivel de porcentaje de seguridad. hasta un cierto punto a una magnificación del nivel de porcentaje de seguridad.
Para proveer flexibilidad adicional y alcanzar una fiabilidad consistente a través de un Para proveer flexibilidad adicional y alcanzar una fiabilidad consistente a través de un rango para las aplicaciones de los productos, los factores de resistencias son aplicados a los rango para las aplicaciones de los productos, los factores de resistencias son aplicados a los valores referenciales de resistencias. Los factores de resistencia (
valores referenciales de resistencias. Los factores de resistencia (ΦΦ) son siempre menores a) son siempre menores a
la unidad. La magnitud de los factores de resistencia representa una reducción relativa la unidad. La magnitud de los factores de resistencia representa una reducción relativa requerida para lograr niveles de fiabilidad comparables.
requerida para lograr niveles de fiabilidad comparables.
Según la norma LRFD los factores de resistencia para productos basados en madera y Según la norma LRFD los factores de resistencia para productos basados en madera y conexiones son: conexiones son: Compresión: Compresión:ΦΦc = 0.90c = 0.90 Flexión: Flexión:ΦΦt = 0.85t = 0.85 Estabilidad: Estabilidad:ΦΦs = 0.85s = 0.85 Tensión: Tensión:ΦΦt = 0.80t = 0.80 Corte / Torsión: Corte / Torsión:ΦΦv = 0.75v = 0.75 Conexiones: Conexiones:ΦΦz = 0.65z = 0.65
Factores de efecto del Factores de efecto del
tiempo.-Los factores de efecto del tiempo (
Los factores de efecto del tiempo (λλ) de la norma LRFD es el equivalente al factor de) de la norma LRFD es el equivalente al factor de
duración de la carga en ASD. Los factores de efecto del tiempo están tabulados en la tabla duración de la carga en ASD. Los factores de efecto del tiempo están tabulados en la tabla 1.4-2 de la norma LRFD para cada ecuación de combinación de carga. Estos factores 1.4-2 de la norma LRFD para cada ecuación de combinación de carga. Estos factores fueron hallados en base al análisis de fiabilidad que consideraban la variación de las fueron hallados en base al análisis de fiabilidad que consideraban la variación de las propiedades resistentes de esfuerzos, según procesos de modelación de cargas estocásticas propiedades resistentes de esfuerzos, según procesos de modelación de cargas estocásticas y efectos de deterioro acumulado. Debido a que los esfuerzos referenciales están basados en y efectos de deterioro acumulado. Debido a que los esfuerzos referenciales están basados en ensayos con aplicación de cargas con duración corta, los factores de efecto del tiempo son ensayos con aplicación de cargas con duración corta, los factores de efecto del tiempo son iguales a la unidad para combinaciones de carga en los cuales no ocurre una acumulación iguales a la unidad para combinaciones de carga en los cuales no ocurre una acumulación de
de dedeteteririororo. o. LoLos s fafactctorores es de de efefececto to dedel l titiemempo po esestátán n en en el el rarangngo o de de 1.1.25 25 paparara combinaciones de carga en las que predominan las cargas de impacto, hasta 0.6 para combinaciones de carga en las que predominan las cargas de impacto, hasta 0.6 para combinaciones de carga en las que predominan la carga muerta.
Limites de Limites de
servicio.-En adición del diseño de edificaciones por los
En adición del diseño de edificaciones por los estados límites de esfuerzosestados límites de esfuerzos, los diseñadores, los diseñadores
deben de determinar los estados límites de servicio considerados para una aplicación dada. deben de determinar los estados límites de servicio considerados para una aplicación dada. Los limites de servicio usados mas comúnmente en el típico diseño de edificaciones Los limites de servicio usados mas comúnmente en el típico diseño de edificaciones com
compuespuestas por barratas por barras s de madera es de madera es la limila limitactación de ión de la deflela deflexión para xión para miemiembrmbros queos que componen la cobertura de cada piso o nivel. Los códigos de construcción han definido componen la cobertura de cada piso o nivel. Los códigos de construcción han definido tradicionalmente estos límites como una fracción de la longitud del miembro a analizar. Por tradicionalmente estos límites como una fracción de la longitud del miembro a analizar. Por ej
ejempemplo lo el el lílímimite te de de L/L/360 360 papara ra ununa a sosolilicicitatacición ón de de cacargrga a viviva, va, o o L/L/240 240 papara ra ununaa solicitación de la carga total es común para
solicitación de la carga total es común para analizar los pisos de un edificio.analizar los pisos de un edificio.
Mientras los límites tradicionales de deflexión estática fueron originalmente desarrollados Mientras los límites tradicionales de deflexión estática fueron originalmente desarrollados para limitar la rotura de los materiales de acabado con características quebradizas, estos para limitar la rotura de los materiales de acabado con características quebradizas, estos
val
valorores es tatambmbiéién n sisirvrven en igigualualmementnte e en en aplaplicicaciacioneones s de de luluces ces cocortrtas as papara ra rereduducicir r loloss problemas de vibración. Como el diseño de productos de madera también envuelven problemas de vibración. Como el diseño de productos de madera también envuelven elementos de grandes luces con miembros de pesos ligeros, se ha puesto común para los elementos de grandes luces con miembros de pesos ligeros, se ha puesto común para los fabricantes recomendar un criterio de deflexión más severo.
