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ESTRUCTURAS LIVIANAS DE ACERO
Elementos individuales delgados y grandes relaciones ancho espesor.
Los elementos pueden abollar con tensiones menores a la fluencia
cuando están solicitados a compresioón debido a la flexión o carga
axil, corte o introducción de cargas.
En virtud de que existe una resistencia post-crítica considerable, los
elementos se calculan sobre la base de esa resistencia y no de la
tensión crítica de abolladura..
ESTRUCTURAS LIVIANAS DE ACERO
Definiciones:
Elemento Comprimido No
Rigidizado (uce o ECNR). Elemento
plano, comprimido y con un solo
rigidizador en un extremo paralelo a
la dirección de las tensiones.
Elemento Comprimido Rigidizado o
parcialmente Rigidizado (sce o
ECR).
Elemento plano, comprimido y
rigidizado en ambos extremos
paralelos a la dirección de las
tensiones mediante un alma, ala,
labio, rigidizador intermedio.
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Elemento con rigidización
múltiple:
Elemento con rigidización
intermedia (paralela a la dirección
de las tensiones) entre almas, o
entre un alma y un rigidizador de
borde. Se delimitan sub-emenetos.
Parte plana de un elemento w:
No incluye los pliegues.
Para una sección armada:
w de un elemento comprimido
rigidizado es la distancia entre los
centros de los medios de unión.
w de un elemento comprimido no
rigidizado es la porción entre los
centros de los medios de unión y el
borde libre.
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Limitaciones
Máximas relaciones entre el ancho plano y el espesor w/t, despreciando los
rigidizadores intermedios y considerando t como el espesor real del elemento,
deben ser las siguientes:
Elemento comprimido rigidizado que posee un borde longitudinal conectado
a un alma o ala, el otro rigidizado por:
1.- Labio rigidizador simple
60
2.- Cualquier otro tipo de rigidizador
en el cual Is ≥ Ia y D/w ≤ 0,8
de acuerdo con la Sección B 4.2
90
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3.-Elemento comprimido rigidizado
con ambos bordes longitudinales
conectados a otros elementos rigidizados
500
4.- Elemento comprimido no rigidizado
y elementos con un rigidizador de
borde en el cual Is < Ia y D/w ≤ 0,8
de acuerdo con la Sección B 4.2
60
ECNR con w/t > 30 y ECR con w/t > 250 desarrollan una deformación
considerable, sin que esto afecte la capacidad del miembro de desarrollar la
resistencia requerida.
ECR con w/t > 500 se pueden utilizar. Sin embargo, las importantes
deformaciones de estos elementos pueden invalidar las ecuaciones de cálculo
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La relación h/t de las almas de los miembros flexados no debe ser mayor
que los siguientes límites:
(a) Para almas no rigidizadas: (h/t)max = 200
(b) Para almas con rigidizadores transversales que satisfacen los requisitos
de la sección B6.1:
Cuando sólo se utilizan rigidizadores de apoyo
Cuando se utilizan rigidizadores de apoyo y
rigidizadores intermedios
(h/t)max = 260
(h/t)max = 300
Si un alma está compuesta por dos o más chapas, la relación h/t se debe
calcular para cada chapa individual.
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Ancho efectivo de
cálculo b es el ancho
para el cálculo de las
características de la
sección flexionada o
comprimida.
Barras Flexionadas
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Barras
Comprimidas
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Bases del Cálculo
Desde 1946 hasta 1990 AISI – ASD.
Desde 1991 hasta 1996 : Dos publicaciones separadas AISI-ASD y AISILRFD.
Desde 1996: una sola publicación incluyendo y combinando ASD
(allowable stress design) y LRFD (Load and Resistance Factor Design).
Ambos métodos son aceptables:
aunque pueden producir resultados no idénticos.
no deben ser mezclados en el cálculo de una estructura.
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Allowable Stress Design (ASD)
La resistencia requerida R no debe superar la resistencia de cálculo admisible Ra
R ≤ Ra
Ra = Rn / Ω
Rn es la Resistencia Nominal. Es la resistencia o capacidad del elemento o
miembro para un estado límite determinado o modo de falla. Se da en los
Capítulos B a E de la Especificación.
Ω es el coeficiente de seguridad correspondiente con Rn para tener en cuenta
incertidumbres relacionadas con el cálculo, fabricación, montaje de los
elementos estructurales y uniones, así como incertidumbres en la estimación de
las cargas.
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Combinaciones de carga (ASD)
D
D + L + ( Lr o S o Rr )
D+(WoE)
D + L + ( Lr o S o Rr ) + ( W o E )
D = carga muerta
E = carga de sismo
L = Carga viva o sobrecarga por ocupación y
uso.
Lr = Carga viva de techo.
Rr = acumulación de agua por fallas de drenaje.
S = nieve
W = viento
En las combinaciones en
que se incluye viento o
sismo con carga muerta o
viva, se permite incrementar
la resistencia de cálculo
admisible en un tercio
debido a que W y E tienen
efectos localizados y corta
duración.
Alternativamente se permite
en esas combinaciones
reducir en un 25 % los
efectos de las cargas
combinadas.
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Load and resistance Factor Design ( LRFD )
Ventajas del método:
1.- Las incertidumbres y la variabilidad de los distintos tipos de carga, y
resistencia se tienen en cuenta mediante múltiples factores.
2.- Se tiende a obtener, teóricamente, mediante un procedimiento semiprobabilístico, una confiabilidad uniforme de toda la estructura.
φ Rn ≥ Σ γi Qi
Rn
= resistencia nominal de un miembro para un estado límite.
Qi
= efectos de las cargas, esfuerzos normales, flexión, corte, etc.
= factor de resistencia correspondiente con Rn (incertidumbres en las
φ
resistencias).
= factor de carga correspondiente a Qi (incertidumbres en la
γi
determinación de las cargas)
= resistencia de cálculo.
φ Rn
Σ γi Qi = resistencia requerida.
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Combinaciones de carga (LRFD)
1.4D + L
( difiere de la utilizada por ASCE / ANSI y AISC )
1.2D + 1.6L + 0.5 ( Lr o S o Rr )
1.2D + 1.6 ( Lr o S o Rr ) + (0.5L o 0.8W)
1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5 ( Lr o S o Rr )
1.2D + 1.5E + 0.5L + 0.2 S
0.9D – ( 1.3W o 1.5E )
Elementos secundarios: correas de techo, paneles de cerramiento, y
cerramientos de techo se puede multiplicar el factor correspondiente a W por
0.9. No para vigas u columnas.
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Tablero de piso - Steel-Deck
(hormigón fresco)
1.2Ds + 1.6Cw + 1.4C
Ds = peso del tablero de piso.
Cw= peso del hormigón fresco.
C = carga de construcción, equipos, trabajadores, etc.
El factor de carga 1.6 reconoce el hecho de que una chapa individual
puede estar sometida a esa carga.
El factor de carga 1.4 para la construcción pretende tener en cuenta la
presencia de cargas concentradas.
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Resistencia de cálculo φ Rn :
Es la capacidad resistente de un elemento o unión a los efectos del
cálculo.
Resistencia nominal Rn :
Es la resistencia derivada de aceptar hipótesis estructurales o ensayos,
utilizando las características especificadas del material y las secciones
nominales. Se tiene en cuenta los efectos de los procesos de
fabricación y montaje. Se determinan la resistencia nominal a tracción,
compresión, flexión, uniones, etc.
Factor de resistencia φ :
Tiene en cuenta las inevitables desviaciones de la resistencia real
respecto de los valores dados en las especificaciones de cálculo.
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Estas desviaciones surgen de:
1.- las propiedades del material (tensión de fluencia, tensión de rotura,
módulo de elasticidad, etc.)
2.- geometría de la sección (altura, ancho, espesores, utilizadas en el cálculo
de las características geométricas).
3.- Procedimientos de cálculo (hipótesis, fórmulas aproximadas,
apartamiento de las condiciones reales).
El método LRFD está basado en:
a) un modelo probabilístico.
b) una calibración del nuevo criterio (LRFD) con respecto al método ASD.
c) la evaluación del criterio resultante, aplicando la experiencia pasada y
mediante estudios comparativos de cálculo de estructuras representativas.
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Para determinar los factores de resistencia φ se siguió el siguiente
procedimiento:
1.- Análisis de la información disponible de ensayos (valores medios y
desvios) de la resistencia.
2.- Calcular el índice de confiabilidad β implícito en las ASD.
3.- Calcular factores de resistencia adecuados para cada estado límite
analizado.
Mientras R > Q existirá un margen de seguridad para el estado límite
considerado.
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El índice de confiabilidad β está asociado a la probabilidad de falla.
Si se conociera la distribución real de ln (R/Q) y se estableciera un valor
razonable de la probabilidad de alcanzar un estado límite, se podría
establecer un criterio de cálculo con base totalmente probabilística.
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La forma de distribución de cada una de las variables (materiales, hipótesis de
cálculo, procesos constructivos, etc) tienen influencia en la forma de
distribución de ln (R/Q).
En general, sólo pueden ser estimados los valores medios y las desviaciones
estandar de las variables involucradas en la composición de la resistencia y en
los efectos de las cargas.
No obstante, está información es suficiente para desarrollar un criterio de
cálculo aproximado, independientemente de la exactitud con que se conoce la
distribución de ln (R/Q).
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Indice de confiabilidad o seguridad β :
Se adoptó
para barras β : 2.5
para uniones β : 3.5
Son valores algo menores que los de AISC.