METODOS DE DISEÑO

METODOS DE DISEÑO:

En un principio, las estructuras se diseñaron empleando esfuerzos permisibles o de trabajo, que limitaban el esfuerzo normal o tangencial de una pieza o una fracción del esfuerzo de fluencia del material, razón por la cual se le denomina comúnmente "diseño elástico" aunque es más correcto el termino: "diseño por esfuerzos permisibles o de trabajo".

Cabe señalar que si se aprovecha la resistencia del material más allá de su punto de fluencia (como es el caso del acero) y se defina el esfuerzo permisible en función del esfuerzo de falla se estará diseñando plásticamente, por lo cual es impropio el término de diseño elástico.


DISEÑO PLASTICO:

Actualmente las estructura se diseñan teniendo en cuenta separadamente las cargas P que se multiplican por un factor de carga Fc > 1 que amplifica las cargas, y por otro lado la resistencia del elemento se obtiene nominalmente considerando su capacidad última de falla (Rn) para conseguir secciones económicas , se reduce con factores de resistencia Fr <>

FcP <>

De donde: F.S. a la falla = Fc > 1/ Fr <>> 1

Sin embargo, este diseño denominado comúnmente "plástico" debería llamarse "diseño por factores de carga y resistencia", pues si en lugar de elegir la resistencia a la ruptura (Fu) tomamos el esfuerzo de fluencia (Fy) obtenemos un diseño elástico

El método LRFD y el de las NTC-Metálicas siguen este método para el diseño por estados límites de falla; es decir, el diseño para elementos mecánicos y/o esfuerzos que aseguran la resistencia mecánica del elemento estructural ante el colapso.

Mientras que el diseño por estado límite de servicio incluye la revisión por deflexiones, vibraciones y demás efectos en las estructuras para que no afecten su buen funcionamiento.

FACTORES DE CARGA:

Los factores de carga incrementan sus magnitudes para tomar en cuenta las incertidumbres para estimar sus valores:

REGLAMENTO LRFD
COMBINACIONES MAS

FRECUENTES

Carga muerta = DU = 1.4 D
Carga viva = LU = 1.2 D + 1.6 L + 0.5 (Lr ó S ó R)
Carga viva en techo = LrU = 1.2 D +1.6 (Lr ó S ó R)
Carga viento = WU = 1.2 D +1.3 W + 0.5 L +0.5 (Lr ó S ó R)
Carga por sismo = EU = 1.2 D + 1.5 E + (0.5L ó 0.2S)
Carga de nieve = SU = 0.9 D – (1.3 W ó 1.5 E)
Carga de lluvia = R
Carga última total = U
Carga muerta = CM*1.4 CMmáx ó 1.5 CMmáx
Carga viva = CV*1.4 (CMmáx + CVmáx ) ó1.5(CMmáx + Cvmáx )
Carga por viento = V**1.1 (CMmed. + CVinst. + S en una dirección ó V)
Carga sísmica = S***0.9 (CMmin + CVmin) + 1.1 (S en una dirección o V

****1.0 (CMmed. + CVmed)

* Combinaciones comunes.
** Combinaciones accidentales.
*** Caso de volteo.
**** Revisión por estado límite de servicio

FACTORES DE RESISTENCIA:

Para estimar con precisión la resistencia última de un elemento estructural se deben tomar en cuenta la incertidumbre que se tiene en las hipótesis de diseño, resistencia de materiales, dimensiones de cada sección, mano de obra, aproximación de los análisis, etc.

REGLAMENTO LRFD

Factores de resistencia:

  • Aplastamiento en zonas de pernos, fluencia del alma bajo cargas
concentradas, cortante en tornillos o en juntas tipo fricción.
    • Vigas sometidas a flexión y cortante, soldaduras tipo filete con esfuerzos
permisibles paralelos a su eje.
    • Columnas, aplastamiento del alma, aplastamiento en agujeros.
0.80 Cortante en el área efectiva de soldaduras de penetración parcial.
    • Tornillos a tensión, soldaduras de tapón o muesca, fractura de la sección
neta de miembros a tensión
    • Aplastamiento en tornillos (diferentes al tipo A-307)
    • Aplastamiento en tornillos A-307.
Aplastamiento en cimentaciones de concreto.

REGLAMENTO NTC- DISEÑO DE ESTRUCTURAS METALICAS :

Fr
CASO
0.9Resistencia a tensión para estado límite de flujo plástico en la sección total, resistencia a flexión y cortante en vigas, determinación de cargas críticas, tensión o compresión paralela al eje de soldaduras tipo filete y de penetración parcial.
0.80Tensión normal al área efectiva en soldaduras de penetración parcial cortante en el área efectiva en soldaduras de penetración completa.
0.75Resistencia a tensión por estado límite de fractura en la sección neta, resistencia a compresión para estado límite de pandeo local en secciones tipo 4, cortante en el área efectiva en soldaduras de filete, cortante paralela al eje de la soldadura de penetración parcial, resistencia a tensión de tornillos.
0.70Resistencia a compresión de columnas de sección transversal circular hueca tipo 4.
0.60Resistencia al cortante en conexiones por aplastamiento.

REGLAMENTO NTC – METALICAS (MEXICO):

GENERALIDADES :

Tipos de estructura:

  • TIPO 1.- Comúnmente designados marcos rígidos o estructuras continuas, los miembros que las componen están unidas por conexiones rígidas (nodos rígidos). Tales conexiones deben ser capaces de transmitir cuando menos 1.25 veces el momento y fuerzas normales y cortantes de diseño de cada uno de los miembros que une la conexión.

  • TIPO 2.- Comúnmente designados armaduras, unidas con conexiones que permiten rotaciones relativas, siendo capaces de transmitir el 100% de las fuerzas normales y cortantes, así como momentos no mayores del 20% de los momentos resistentes de diseño de los miembros que une la conexión.
Las estructuras tipo 1, se pueden analizar por los métodos elásticos o plásticos paraeste último deberán cumplirse las siguientes condiciones:
  • Fy <>
  • La gráfica esfuerzo - deformacion debe presentar la siguiente características:



  • las secciones de los miembros que forman la estructura sean todas tipo 1 (secciones compactas).
  • Los miembros estén contraventeados lateralmente.
  • Se usa doble atiesador en almas donde se formen articulaciones plásticas en la sección donde hay cargas concentradas.



  • No se aplican cargas que produzcan falla por fatiga ni halla fallas de tipo frágil .

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