Método LRFD

 Ensayo del Método LRFD

Introducción:

EL LRFD (Load and Resistance factor design) es un método que se utiliza para el diseño de estructuras de acero, este nos permite hacer de una manera más eficaz nuestros proyectos. El acero es un material utilizado desde hace entre 2000 y 300 años, pero jamás en producción en masa ya que no se contaba con la tecnología ni con la suficiente  capacidad del ser humano, solamente lo utilizaban para ocasiones especiales, sino al siglo XIX se creó un método de producción económica. Se dice que descubrieron el acero mientras reforzaban hierro con más capas de acero y en una de tantas veces como este no era solamente hierro también tenía otros elementos que no se contaba con ellos al hacer reacción con las demás capas crearon acero.

Ya estando en el siglo XIX dos científicos uno Inglés y otro Estadounidense llegaron al mismo método para producir acero en grandes masas y a este proceso se le llamó Bessemmer.

Después de todo esto, el primer uso de acero en un edificio que estructuró William Lebaron  Jenny pero solo se utilizo en partes el acero no en todo este.

El primer Edificio hecho completamente por acero fue el segundo edificio Rand-McNally terminada en 1980 en chicago, y a su vez en 1989 la torre Eiffel de 985 pies de altura y como esta le introdujeron un elevador mecánico, la tecnología de los edificios se revolucionó para siempre utilizando elevadores en cualquier edificio de ese año en adelante hasta la fecha.

En 1890 se crearon muchas manufacturas de acero las cuales proponían sus ideales y teorías cuál sería la mejor forma de estructurar el acero y lo podían moldear de tal forma que se pudieron cambiar sus propiedades y mejorarlas, como lo son: Alta resistencia, uniformidad, elasticidad, durabilidad, ductilidad, tenacidad, todas están mejoran el rendimiento de las estructuras.

CC por Sigurd66

Desarrollo:   

Una persona puede viajar por todo el mundo  y puede apreciarse muchos  puentes y grandes edificios construidos con acero, y podrá concluir que  el acero es el material estructural perfecto al mirar sus características , de que tiene gran resistencia, poco peso comparado con el concreto reforzado, facilidad de fabricación, construcción, pero la realidad es  otra, el acero tiene ventajas y desventajas, y como ventajas el acero tiene:

Alta resistencia: A pesar de que el puente o edificio tenga grandes magnitudes el acero será resistente.

Uniformidad: El acero no cambia sus propiedades con el paso del tiempo.

Elasticidad: Las magnitudes del acero pueden ser calculadas con exactitud, a comparación del concreto reforzado que es relativamente incierto.

Durabilidad: El acero con los cuidados necesarios durará indefinidamente.

Ductilidad: Tiene la capacidad de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión.

Desventajas  que  tiene el acero como material de construcción:

Costo de mantenimiento: El acero es susceptible a la corrosión, por tanto debe pintarse periódicamente, lo cual implica un aumento de costos.

Susceptibilidad al pandeo: Cuanto más largos y esbeltos sea el acero y se someta a  presión, mayor es el peligro de pandeo.

Fractura frágil: Al momento de estar construyendo el peligro de que las columnas de acero se quiebre es constante  si  no se    realiza   el trabajo  con exactitud.

En este tipo de método el tipo de material empleado es de vital importancia, también la exactitud de los cálculos.

Exactitud de los cálculos: Muchos estudiantes  y profesionistas tiene dificultad de entender los resultados que marcan las calculadoras, el diseño estructural no es una ciencia exacta, y no tiene sentido tener un número de  ocho cifras después del punto, algunos de los métodos de análisis se basan en situaciones totalmente inciertas, las cargas máximas sólo pueden determinarse de forma aproximada.

Las especificaciones , se dice que rigen al ingeniero e impiden que realice con libertad sus trabajos pero la verdad es que grandes ingenieros en su tiempo construyeron grandes pirámides con pocas especificaciones, no importa cuantas especificaciones escriban, resulta imposible que cubran toda situación  posible, en resumen no importa que código o especificación de uso usen o no,  la responsabilidad al final del proyecto es del ingeniero estructurista,

Este  método se basa en   dos tipos de cargas en cargas  muertas y cargas    vivas.

Cargas muertas: Son cargas de magnitud constante que permanecen fijas en un mismo  lugar,

Cargas  vivas: Todas las   cargas que   estén en  movimiento, autos, grúas, personas, etc.

Ventajas del método  LRFD:

Es  probable que se ahorre mucho dinero con este método sobre todo cuando las cargas vivas son más pequeñas que las muertas, el  método de LRFD, se utiliza un factor de seguridad menor para las cargas muertas y  mayor para las cargas vivas, al utilizar otro métodos de construcción los costos se elevan cuando las cargas vivas son más grandes  que las muertas.

LRFD

Las cargas de trabajo o servicio (Qi) se multiplican por ciertos factores de carga o seguridad (λi–siempre mayores que 1.0)

Las cargas factorizadas usadas para el diseño de la estructura.

Las magnitudes de los factores de carga varían, dependiendo del tipo de combinación de las cargas.

La estructura se proporciona para que tenga una resistencia última de diseño suficiente para resistir las cargas factorizadas.

Esta resistencia es la resistencia teórica o nominal (Rn) del miembro estructural, multiplicada por un factor de resistencia (φ‐siempre menor que 1.0)

La expresión para el requisito de seguridad estructural es:

Σλi Qi≤φRn

(Suma de los productos de los efectos de las cargas y factores de carga) ≤(factor de resistencia)(resistencia nominal)

(Los efectos de las cargas) ≤(la resistencia o capacidad del elemento estructural)

Donde

U –la carga última

D –cargas muertas (Dead load)

L –cargas vivas (Live load)

Lr –cargas vivas en techos (Roof Live load)

S –cargas de nieve (Snow load)

R –carga inicial de agua de lluvia o hielo (Rain water or ice load)

W –fuerzas de viento (Wind load)

E –Fuerzas de Sismo (Earthquake load)

Se base en los conceptos de estados límite.

El estado límite es para describir una condición en la que una estructura o parte de ella deja de cumplir su pretendida función.

Estados de límite:

Los estados límite de resistencia: Se basan en la seguridad o capacidad de carga de las estructuras e incluyen las resistencias plásticas, de pandeo, de fractura, de fatiga, de volteo, etc.

Los estados límite de servicio: Se refieren al comportamiento de las estructuras bajo cargas normales de servicio y tienen que ver con aspectos asociados con el uso y ocupación, tales como deflexiones excesivas, deslizamientos, vibraciones y agrietamientos.

Factores de Resistencia

La resistencia última de una estructura depende en la resistencia de los materiales, las dimensiones, la mano de obra y no puede calcular exactamente

Que puede influir

      1.   Imperfecciones en las teorías de análisis

      2.   A variaciones en las propiedades de los materiales

      3.   A las imperfecciones en las dimensiones de los elementos estructurales

     para hacer esta estimación, se multiplica la resistencia última teórica (resistencia nominal) de cada elemento por un factor Q, de resistencia.

Magnitud de los factores de carga y resistencia

Las incertidumbres que afectan a los factores de carga y resistencia son:

Variación en la resistencia de los materiales.

Error en los métodos de análisis.

Los fenómenos naturales como huracanes, sismos, etcétera.

Descuidado durante el montaje

La presencia de esfuerzos residuales y concentraciones de esfuerzos, variaciones en las dimensiones de las secciones transversales, etc.

Confiabilidad y las especificaciones LRFD

Confiabilidad al porcentaje estimado de veces que la resistencia de una estructura será igual o excederá a la carga máxima aplicada a ella durante su vida estimada ( 50 años) Los investigadores del método LRFD desarrollaron un procedimiento para estimar l a confiabilidad de los diseños. Establecieron lo que les pareció razonable en cuanto a porcentajes de confiabilidad para diferentes situaciones. Lograron ajustar los factores φ de resistencia para que los proyectistas fuesen capaces de obtener los porcentajes de confiabilidad establecidos en el punto anterior.

Un proyectista afirma que sus diseños son 99.7% confiables.

100 % no es posible.

1000 estructuras diferentes ‐3 son sobrecargadas y en 50 años de vida se fallarán.

La resistencia de cada estructura, R ≥Q, la carga máxima.

Siempre habrá una pequeña posibilidad de que Q >R.

El propósito de los autores de las especificaciones LRFD fue mantener esta posibilidad tan baja y consistente como fuese posible.

Conclusión:

Hemos llegado a descubrir que el LRFD es el mejor método para hacer estructuras de acero en todos los aspectos desde seguridad, gastos hasta límites, confiabilidad, etc.

Creemos que jamás habrá un método en el cual se pueda tener un 100% de efectividad ya que nadie es perfecto, solo se pueden hacer aproximaciones a él pero siempre habrá un margen de error dado por la naturaleza ya que sus factores , nadie puede determinar sus magnitudes debido a que jamás sucede el mismo suceso por lo tanto siempre sus factores siempre son indeterminados. Otra de las cosas importante es el costo, esta el rendimiento del costo mínimo este lo disminuye comparado con otros métodos y aunque sea este de menor costo es de mayor calidad que otros métodos y optimiza todas sus características que tiene el acero, otra de las razones de costo es que es mucho más barato que otros materiales y ninguno tiene las características todos se quedan por debajo de este.

Como lo mencionamos esta no es una ciencia exacta el hacer cálculos estructurales porque hay un sin fin de factores, este problema se ve reflejado en que no hay variedad de Ingenieros especializados en estructuras ya que es muy complicado, aunque esto en parte también tiene una ventaja que los que se realizan como estructuristas no lo hacen solo por hacerlo si no que quieren entrar a este campo de trabajo con todo el ímpetu posible y podrán lograr sus metas a razón de que es muy complicado este campo de trabajo que otros métodos.

No podemos olvidarnos de cómo este material fue descubierto tratando de reforzar el hierro con más hierro y en una de tantas aleaciones este se descubrió y revolucionó la manera de utilizarlo siglos después. El siglo XIX fue en donde los métodos de hacer se optimizan, además de también crear la primera estructura de acero y utilizar elevadores mecánicos en esta, todo esto es gracias a personas como Bessemer, William Lebaron, Gustave Eiffel, que trabajaron arduamente para llegar a un resultado espléndido, dando el ejemplo de la Torres Eiffel lleva 123 años en pie claro con los cuidados necesarios para que este no pierda sus características.

Nos pareció muy interesante que haya gente tan apegada a todo esto en la construcción lo que es bueno ya que a nosotros nos facilita y podemos llegar a superarlos de una manera menos complicada ya estando las bases de estos, lo sorprendente son todos estos científicos que crearon los métodos sin tener nada en que apoyarse, ya que no había antecedentes al igual que la mayoría de todas las ciencias claro pero este campo es especialmente complicado y esto lo hace muy interesante.

Nos gustó como se desarrolla todo el método de LRFD, claro no entendimos todo es muy avanzado pero nos pudimos dar una idea de cómo funciona y porque gracias a todas nuestras indagaciones, esperamos pronto leer más sobre esto y conocer también sobre otras especialidades que podemos tener como Ingenieros Civiles.






CC por Hassan Mashi"09

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Un buen software para este método LRFD

Un poco mas de esto en Youtbe

Bibliografías:

Jack C. McCormac(2002). Diseño de Estructuras de Acero-Método de LRFD
ISBN:970-15-0637-5. Recuperado de
http://es.scribd.com/doc/29609276/Diseno-de-Estructuras-de-Acero-Lrfd


Scribd, Biblioteca Digital
Recuperado de  
http://es.scribd.com/doc/15272328/Diseno-por-el-Metodo-de-la-resistencia


Ing. Gabriel Troglia.(2007)Estructuras livianas de acero.
Recuperado de
http://www.inti.gob.ar/cirsoc/pdf/308/comentarios308.pdf