Elaboración de planos de fabricación y montaje utilizando Tekla Structures

RESUMEN

El presente estudio tiene como objetivo mostrar de cómo elaborar planos de fabricación y montaje haciendo uso del software TEKLA Estructures de una manera rápida y sencilla de la estructura para el soporte de un horno de regeneración de la planta concentradora Selene – Apurímac, para tal fin nos apoyaremos en el software Tekla Structures, que es un programa de diseño asistido por computadora y fabricación asistida por computadora en tres dimensiones, detallado, despiece, fabricación y montaje de todo tipo de estructuras para la construcción, que una vez modelada la estructura que soportar un horno de regeneración de la planta concentradora, el programa sera capaz de generar todo tipo de planos generales, de despiece y de fabricación, así como listados de materiales y de piezas. Toda esta información es en todo momento dependiente del modelo y por ello, ante cualquier modificación que se lleve a cabo en el modelo, todos los planos se actualizan para reflejar la realidad este software fue desarrollado por la empresa finlandesa TEKLA.

También se incluye en el informe un pequeño aporte de la utilización de Staad Pro que es un software estructural basado en la teoría de los Elementos Finitos con el cual se pueden realizar modelos de análisis, diseño, visualización y verificación de resultados, sin ser este objeto principal de este informe.

Este estudio también se refiere a la importancia que tiene el procedimiento del montaje, además la selección de vigas, columnas y otros que correspondan al diseño ya que se incluye de una manera somera la selección de perfiles según las cargas que soportara nuestra estructura.

INTRODUCCION

Para realizar los planos de fabricación y montaje con eficacia, se debe recurrir a algún software como soporte para esta tarea, y comprender la manera en que se ensamblan y apoyan las estructuras, y la forma en que sostienen; todo esto se logra modelando nuestra estructura en un software denominado Tekla Structures, Mediante Tekla es posible modelar por completo la estructura metálica, pudiendo crear cualquier tipo estructura, no importando su tamaño o dificultad, después de crear el modelo tridimensional en Tekla, es posible generar todo la información para llevar a cabo su fabricación y su construcción ( montaje de la estructura), la gran ventaja de esto es que si es necesario realizar algún cambio, esto se realiza en el modelo 3d y en seguida Tekla actualiza toda la información de manera automática.

De esta manera Tekla Structures se convierte en una increíble herramienta con el cual se pueden obtener excelentes resultados tanto en calidad como en eficacia.

Para proponer esta investigación es necesario desarrollar el trabajo en los siguientes capítulos:

Capítulo I, Se plantea los aspectos generales para nuestro estudio.

Capítulo II, Se plantea conceptos de estructuras, que nos servirá de base para nuestro estudio y nos permitan compararlos con la realidad.

Capítulo III, Descripción de comandos básicos del software Tekla Structures que se aplicara en nuestro estudio.

Capítulo IV, En esta parte de nuestro estudio se hace una breve descripción de los comandos del Staad.Pro, cuyas funciones nos ayudara a la selección de perfiles y conexiones adecuados en la estructura no siendo este prioridad de la investigación.

Capítulo V, Se aplica el software tekla Structures con la finalidad de modelar la estructura que soportara el horno de regeneración, posterior a ello elaborar planos de fabricación y montaje.

Apendice A, Realizamos una pequeña estructura con el fin de realizar dos análisis uno selección de perfiles aplicando tablas de la AISIC y el otro haciendo uso del software Staad Pro, todo esto con el fin de comparar los resultados de los dos análisis.

Apendice B, Se muestra los planos de diseño para la estructura que soportara el horno de regeneración.

Apendice C, Planos de fabricación de la estructura que soportara el horno de regeneración.

Apendice D, TABLAS AISC Manual of Steel Construction LRFD

CAPITULO I

ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIÓN

1.1 TEMA DE INVESTIGACIÓN

En este trabajo se presenta: el estudio del montaje de una estructura, para lo cual se está utilizando el Software TEKLA STRUCTURES, que nos permitirá optimizara el montaje y diseño de la estructura.

1.2 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Uno de los problemas que generan el estudio, es poder realizar todo tipo de planos generales, despiece, fabricación, listados de materiales de piezas, así como la gestión de toda la información de una estructura, pero que podemos remediar con la aplicación del Software TEKLA STRUCTURES cuyo proceso de conocimientos es muy amplio y practico en su aplicación, como es de unir columnas con vigas en forma práctica, además de adecuada simulación con diferentes cargas que resultan más óptimos su análisis.

La necesidad de realizar un montaje de estructuras en forma práctica, y que los análisis matemáticos que resulten engorrosos, nos lleva a la utilización de software que simplifiquen y optimicen el montaje y diseño de estructuras.

Estos soportes son los Software como el SolidWorks, Autocad y en nuestro caso el TEKLA STRUCTURES y el STAAD.Pro 2007 que nos permite realizar los estudios de estructuras que nos optimizara el diseño y además el Software nos permitirá diferentes modificaciones.

Si se opto por la utilización del TEKLA STRUCTURES es la versatilidad para estructuras cosa que otros Software como el SolidWorks, Autocad no son programas específicos para realizar planos de montajes, planos de partes, de conjuntos que conforman un montaje de una estructuras, toda vez que tienen limitaciones en sus aplicaciones especialmente como en este caso de estructuras de acero.

También es necesario conocer la utilización de los materiales, el factor ambiente, las diferentes cargas de la estructura para que al realizar el trabajo sea óptimo.

Se espera que el momento de culminar el estudio esta tesis pueda ser un documento de consulta, ya que la información que se entregara está basada en aspectos generales, específicos para el montaje y diseño de estructura de gran dimensión como es el estudio de este trabajo.

1.2.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cómo elaborar planos de fabricación y montaje utilizando TEKLA STRUCTURES para mejorar la instalación de la estructura de un horno de regeneración de la planta concentradora SELENE – APURIMAC?

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 OBJETIVO GENERAL

Elaboración de planos de fabricación y montaje de la Estructura que soportara a un Horno de Regeneración de la planta Concentradora SELENE – APURIMAC, Aplicando el Software TECKLA STRUCTURES para optimizar su montaje.

1.3.2 OBJETIVO ESPECÍFICOS

Recopilación Información para el planteamiento del cálculo de estructura. Optimizar el Diseño aplicando Software TEKLA STRUCTURES. Modelización de la Estructura. Optimizar su Diseño aplicando el Software.

1.4 JUSTIFICACIÓN

Nuestro estudio servirá a futuras investigaciones sobre estructuras ya sea en la elaboración de planos de fabricación montajes o en diseño, también se podrá utilizar en empresas que realicen la fabricación de estructuras. La tecnología y la ciencia de las estructuras han avanzado en forma artesanal y con tal rapidez en los últimos años que ha permitido la creación de muchos empresas en el diseño de estructuras así como en la ejecución, la intención del presente trabajo optimizar el montaje de una estructura, que nos permita realizar los análisis en forma optima y en menor tiempo.

Muchas empresas de metal mecánica realizan estudios y montaje de estructuras pero sin la debida seguridad en su comportamiento, además de que no utilizan en su estudio y montaje los elemento como es el caso del medio ambiente. Además que se encuentran con dificultades en su análisis técnico y matemático.

Otro elemento de justificación es que en nuestra región existen pequeñas empresas que se dedican a la fabricación de pequeñas estructuras metálicas que no realizan un estudio completo de toda la estructura y en algunos casos lo realizan forma empírica, por lo que me permite realizar un estudio que desarrolle los elementos técnicos y que hagan eficientes el montaje de una estructura.

1.5 FORMULACION DE LA HIPÓTESIS

HIPOTESIS GENERAL

Si elaboramos los planos de fabricación y montaje se podrá mejorar el ensamblaje de la estructura que soporte el Horno de regeneración en la Planta concentradora SELENE – APURIMAC, con aplicación del TEKLA STRUCTURES que optimizara su fabricación y montaje.

1.6 DISEÑO METODOLÓGICO

Para el acopio de información que sustenten el estudio se realizará mediante una investigación profunda, empleando la metodología de análisis y de síntesis a través de fichas de resumen textual, bibliográfico, hemerográficos, etc. Se busca que el presente trabajo incluye todos las alternativas que existen en el mercado, que responda las necesidades planeadas, que de resultados económicos satisfactorios y de explotación más alta que se puedan alcanzar en nuestro medio.

Por la naturaleza del estudio nos encontramos frente a una investigación tecnológica o aplicada apoyando en el método científico de nivel explicativo.

1.7 MATRIZ DE CONSISTENCIA

CAPITULO II

MARCO TEORICO

2.1 MARCO TEORICO

2.1.1 ESTRUCTURAS INDUSTRIALES

Jack C. McCormac señala que una estructura industrial es un "conjunto de elementos resistentes capaz de mantener sus formas y cualidades a lo largo del tiempo, bajo la acción de las cargas y agentes exteriores a que ha de estar sometido". Para resolver con acierto la estabilidad industrial de un edificio, es imprescindible entender el funcionamiento de su estructura, conocer la disposición estructural, las solicitaciones que le llegan y el material utilizado, con el fin de elegir los detalles y disposiciones constructivas más adecuados, así como resolver los puntos singulares de la misma.

Los materiales empleados en su construcción suelen ser metales y/u hormigón, pudiéndose recurrir al empleo de materiales compuestos para determinados elementos estructurales o para aplicaciones especiales.

Las construcciones ejecutadas con estructuras metálicas permiten luces mayores, especialmente interesantes para locales comerciales, industrias, donde se requieran edificios sin pilares intermedios, así como para edificios de grandes alturas, sin pilares excesivamente gruesos, evitando ocupar espacios importantes.

2.1.2 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ESTRUCTURA METALICA

El empleo del acero en las estructuras industriales tiene una serie de ventajas sobre otros materiales que hace que las estructuras metálicas monopolicen la construcción de naves industriales. A continuación se enumeran algunas de sus propiedades más destacadas:

– Las estructuras metálicas, al tomar grandes deformaciones, antes de producirse el fallo definitivo "avisan".- El material es homogéneo y la posibilidad de fallos humanos es mucho más reducida que en estructuras construidas con otros materiales. Lo que permite realizar diseños más ajustados, y por tanto más económicos.

– Ocupan poco espacio. Los soportes molestan muy poco, para efectos de la distribución interior, por lo que se obtiene buena rentabilidad a toda la superficie construida. Los cantos de las vigas son reducidos y los anchos aún son menores. En general las estructuras metálicas pesan poco y tienen elevada resistencia.

– Las estructuras metálicas no sufren fenómenos geológicos que, salvo deformaciones térmicas, deban tenerse en cuenta. Conservan indefinidamente sus excelentes propiedades.

– Estas estructuras admiten reformas, por lo que las necesidades y los usos pueden variar, adaptándose con facilidad a las nuevas circunstancias. Su refuerzo, en general, es sencillo.

– Las estructuras metálicas se construyen de forma rápida, ya que al ser elementos prefabricados, en parte, pueden montarse en taller. Asimismo tienen resistencia completa desde el instante de su colocación en obra.

– Al demolerlas todavía conserva el valor residual del material, ya que este es recuperable.

Si bien, también presentan algunas desventajas que obligan a tener ciertas precauciones al emplearlas. Las principales son:

– Son necesarios dispositivos adicionales para conseguir la rigidez (diagonales, nudos rígidos, pantallas, etc.)

– La elevada resistencia del material origina problemas de esbeltez.

– Es necesario proteger las estructuras metálicas de la corrosión y del fuego.

– El resultado de las uniones soldadas es dudoso, especialmente en piezas trabajando a tracción. (Defectos: falta de penetración, falta de fusión, poros y oclusiones, grietas, mordeduras, picaduras y desbordamientos)

– Excesiva flexibilidad, lo que produce un desaprovechamiento de la resistencia mecánica al limitar las flechas, y produce falta de confort al transmitir las vibraciones.

2.2 CONFIGURACIONES ESTRUCTURALES

Algunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes:

2.2.1 PLACAS DE ANCLAJE

Las placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metálicos a la cimentación y que tienen como objeto hacer que la transición del acero al hormigón se realice sin que en ningún punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material.

El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigón) es menos resistente que el acero, por lo que la base debe ampliar la sección del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigón, para que la transmisión de esfuerzos de uno a otro material sea lo más uniforme posible.

La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigón, y que al fraguar y endurecer éste trabajan por adherencia.

Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificación son:

– Placa de base o de reparto.

– Cartelas de rigidez.

– Pernos de anclaje.

Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado, los soportes se consideran empotrados en la cimentación, lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos: axil, momento flector cortante y momento torsor.

2.2.2 SOPORTES

Los soportes son elementos verticales sometidos principalmente a compresión y a flexión pequeña o nula. Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a través de los cimientos y las bases.

Para dimensionar un soporte se tendrá en cuenta: el tipo de acero, el tipo de carga que va a recibir el perfil, la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresión.

2.2.3 VIGAS

Las jácenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensión predomina sobre las otras dos. Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexión, por ello suelen adoptar forma de I, para tratar de obtener la máxima inercia y el mayor módulo resistente con el material disponible, tratando de mejorar el rendimiento.

Las vigas son los elementos sustentantes horizontales, o como en las cubiertas, ligeramente inclinados, que reciben las cargas verticales y las transmiten, trabajando a flexión, a los pilares o apoyos.

Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos: momento flector, esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces).

2.2.4 CORREAS

Las correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre, por lo que tienen que soportar su peso, así como el debido a posibles cargas de nieve y viento.

Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los pórticos, normalmente en un plano inclinado, lo que hace tender al flectar también en el sentido de la inclinación. Siendo variable su separación, dependiendo del material de cubierta, etc.

2.2.5 ARRIOSTRAMIENTO

Tienen la función de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el pórtico extremo a las paredes laterales, que a su vez los transmitirán al suelo.

El arriostramiento básico es la Cruz de San Andrés, en forma de aspa, que se coloca entre dos cerchas o pórticos y pueden abarcar varias correas para evitar ángulos pequeños y repartir bien los esfuerzos a las barras.

Este tipo de configuración presenta el inconveniente de ser estáticamente indeterminado, con lo que tenemos que hacer hipótesis para llegar a una que sea determinada. Estas hipótesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas, observando que, cuando una diagonal está en tensión, la contradiagonal está en compresión. Por lo general, se toman dos métodos de análisis:

Si las diagonales se diseñan esbeltas, es razonable suponer que no soportarán esfuerzos de compresión, pues en caso contrario podrían pandear con gran facilidad. Por lo tanto la fuerza cortante será absorbida íntegramente por la diagonal en tensión, mientras que la diagonal en compresión se supone que es un elemento que no trabaja, es decir, a todos los efectos es como si no existiese.

-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas, serán capaces de soportar fuerzas de tensión y de compresión. En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca.

2.3 TEKLA STRUCTURES

Tekla Structures es el primer software para la fabricación de estructuras que cubre enteramente el proceso del diseño estructural desde la primera idea del diseño conceptual hasta el detalle, fabricación y construcción. Sus innovadoras herramientas le proporcionan la posibilidad de diseñar y crear un modelo inteligente, sea cual sea su tamaño y complejidad, con facilidad y precisión. Tekla Structures permite la colaboración en tiempo real entre usuarios de diferentes empresas implicadas en las diferentes fases de un proyecto, proporcionando un flujo de información impensable hasta ahora.

El modelo 3D contiene toda la información requerida para el diseño, fabricación y construcción. Todos los planos, dibujos e informes provienen y están completamente integrados con el modelo, por lo que los cambios en el modelo se actualizan automáticamente en cualquiera de estas salidas. De este modo, Tekla Structures le proporciona con respecto a los otros sistemas, un rendimiento muy superior con mejor calidad y más económico.

Tekla Structures le permite controlar la totalidad del proceso del diseño de la estructura de forma óptima, la gestión de la información se refuerza gracias al interfaz 3D compartido. Tekla Structures es la solución ideal que responde a las necesidades de la oficina técnica, del taller, y de cualquiera de los responsables del proyecto, encargado de compras, jefe de obra, director de obra.

2.3.1 EDIFICIO Y CONSTRUCCION

Las estructuras de Tekla son 3D el modelar de la información del edificio (BIM) el software usado en industrias del edificio y de construcción para crear, se abre y combina los modelos estructurales dato-ricos y altamente constructable 3D especialmente para las estructuras grandes y complejas, para navegar alrededor de ellas en tiempo real, y para repasar el modelo usando las herramientas incluidas en el software, e.g. visualización programar 4D. Las estructuras de Tekla abarcan el diseño/ingeniería estructural especializada, el detallar de acero y fabricación, concreto prefabricado que detalla y que fabrica y gerencia de la construcción. Las estructuras de Tekla fueron creadas por el revelador Finlandia-basado Tekla Corporation. Tekla es un socio registrado Microsoft.

Los modelos de Tekla se pueden compartir simultáneamente entre los miembros del equipo en diversas localizaciones geográficas. La estructura de un edificio se puede modelar usando cualquier material de construcción, tal como concreto, de acero prefabricado, y madera. Las estructuras de Tekla permiten elegir un ambiente localizado para modelar en, incluyendo los ajustes región-específicos e información que define, por ejemplo, que perfila, los nombres materiales, y las plantillas se puede utilizar en que el área. Tekla trabaja en un ambiente multi- vendor junto con otras disciplinas de la construcción para proporcionar un solo modelo virtual donde toda la información del edificio puede ser considerada como si en una integrara el modelo.

2.3.2 CONFIGURACIONES

– Por completo detallando

– El detallar del acero

– El detallar del concreto prefabricado

– El detallar concreto reforzado

– Ingeniería

– Espectador

– Redactor

– Gerencia de la construcción.

2.4 METODO LRFD1

2.4.1 CARGAS

Quizá la tarea más importante y difícil que debe enfrentar un diseñador de estructuras, es la estimación precisa de las cargas que recibirá una estructura durante su vida útil. No debe omitirse la consideración de cualquier carga que pueda llegar a presentarse. Después de que se han estimado las cargas es necesario investigar las combinaciones más desfavorables que pueden ocurrir en un momento dado. Por ejemplo, ¿qué situación es más desfavorable en el diseño de un puente, que se encuentre cubierto totalmente de hielo y nieve y sujeto a las cargas móviles de camiones pesados y rápidos y a vientos laterales con velocidades de 90 mi/h, o bien, una combinación de algunas de estas cargas?

Las dos secciones siguientes dan una breve introducción a los tipos de cargas que el proyectista ya debe conocer. El propósito de esas secciones no es explicar las cargas en detalle sino dar al lector una idea general sobre el tema. Como veremos, las cargas se clasifican en muertas y vivas.

2.4.2 CARGAS MUERTAS

Las cargas muertas son cargas de magnitud constante que permanecen fijas en un mismo lugar. Éstas son el peso propio de la estructura y otras cargas permanentemente unidas a ella. Para un edificio con estructura de acero, algunas de las cargas muertas se deben a: la estructura en sí, los muros, los pisos, el techo, la plomería, etc.

Para diseñar una estructura es necesario estimar los pesos o cargas muertas de sus componentes. Las dimensiones y pesos exactos de las partes no se conocen hasta que se hace el análisis estructural y se seleccionan los miembros de la estructura. Los pesos, determinados de acuerdo con el diseño, deben compararse con los pesos estimados. Si se tienen grandes discrepancias, será necesario repetir el análisis y efectuar el diseño con una estimación más precisa de las cargas.

Una estimación razonable de las cargas en la estructura puede hacerse con base en otras similares o en fórmulas y tablas diversas disponibles en varias localidades. Los pesos de muchos materiales se presentan en la séptima parte del Manual LRFD. Información aún más detallada sobre las cargas muertas se proporciona en las tablas CI y C2 de la American Society of Civil Engineers (ASCE) Standard 7.1 Un ingeniero con experiencia en el diseño puede estimar aproximadamente los pesos de la mayoría de los materiales e invertirá poco tiempo repitiendo diseños debido a estimaciones incorrectas.

2.4.3 CARGAS VIVAS

Las cargas vivas son aquellas que pueden cambiar de lugar y magnitud. Dicho simplemente, todas las cargas que no son muertas, son vivas. Las cargas que se mueven bajo su propio impulso como camiones, gente, grúas, etcétera, se denominan cargas móviles y aquellas que pueden ser desplazadas, como muebles, materiales en un almacén, nieve, etcétera, se denominan cargas movibles. Otras cargas vivas son aquellas causadas al construir, viento, lluvia, sismo, voladuras, suelos y cambios de temperatura.

2.4.4 SELECCIÓN DE LAS CARGAS DE DISEÑO

Para ayudar al proyectista a estimar las magnitudes de las cargas vivas necesarias en el diseño de estructuras, se han elaborado, a lo largo de varios años, registros de esas cargas que se encuentran asentados en los reglamentos de construcción y también en las diversas especificaciones correspondientes. Estas publicaciones proporcionan estimaciones conservadoras de las magnitudes de las cargas vivas para diversas situaciones. Una de las especificaciones más usadas para cargas de diseño de edificios es la ASCE Standard 7.

2.5 DISEÑO CON FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA (LRFD)

2.5.1 DEFINICIÓN DE LOS MÉTODOS DE DISEÑO ELÁSTICO Y PLÁSTICO

Casi todas las estructuras de acero existentes se diseñaron con métodos elásticos. El proyectista estima las cargas de trabajo o servicio, o sea, las cargas que la estructura tiene que soportar y diseña los miembros estructurales con base en ciertos esfuerzos permisibles. Estos usualmente son cierta fracción del esfuerzo mínimo de fluencia especificado del acero. Aunque el término "diseño elástico" se usa comúnmente para describir este método, los términos diseño por esfuerzos permisibles o diseño por esfuerzos de trabajo son más apropiados. Muchas de las especificaciones para este método se basan en el comportamiento plástico o en la resistencia última y no en el comportamiento elástico.

Se ha visto que la ductilidad del acero proporciona una reserva de resistencia y esta circunstancia es la base del diseño plástico. En este método, las cargas de trabajo se estiman y se multiplican por ciertos factores de carga o de sobrecapacidad y los elementos estructurales se diseñan entonces con base en sus resistencias al colapso. Otro nombre que se da a este método es el de diseño al colapso.

Los proyectistas saben desde hace mucho tiempo que la mayor porción de la curva esfuerzo-deformación yace más allá del límite elástico del acero. Los estudios experimentales de muchos años han mostrado que los aceros pueden resistir esfuerzos considerablemente mayores que sus esfuerzos de fluencia y que en casos de sobrecargas las estructuras estáticamente indeterminadas tienen la capacidad de repartir esta sobrecarga, gracias a la ductilidad del acero. Con base en esta información se han hecho muchas propuestas de diseño plástico en las últimas décadas. Indudablemente, para cierto tipo de estructuras es verdad que con el diseño plástico se puede lograr un uso más económico del acero que con el diseño elástico.

2.5.2 DISEÑO CON FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA (LRFD)

En este estudio se aplica un método de diseño llamado diseño por factores de carga y resistencia (LRFD). Sin embargo, como casi todo el diseño estructural en acero en el país se lleva actualmente a cabo por medio del método de diseño por esfuerzos permisibles (ASD), se considera que se tiene algún conocimiento respecto a este método. Para no confundir al combinar un análisis del ASD con el LRFD. A pesar de la prevalencia del ASD, los ingenieros de diseño están adoptando gradualmente el método LRFD. Parece ser que esta tendencia será acelerada en los próximos años debido a las diversas ventajas del LRFD y debido al hecho de que casi todos nuestros cursos de diseño a nivel universitario están dedicados exclusivamente al LRFD. Este método incluye muchas de las características de los procedimientos de diseño comúnmente asociadas con el diseño último, el diseño plástico y el diseño al límite o el diseño por colapso.

El diseño con factores de carga y resistencia se basa en los conceptos de estados límite. El término estado límite se usa para describir una condición en la que una estructura o parte de ella deja de cumplir su pretendida función. Existen dos tipos de estados límite: los de resistencia y los de servicio.

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.

La estructura no sólo debe ser capaz de soportar las cargas de diseño o últimas, sino también las de servicio o trabajo en forma tal, que se cumplan los requisitos de los usuarios de ella. Por ejemplo, un edificio alto debe diseñarse de manera que las deflexiones laterales no sean excesivas durante tormentas ordinarias, para que sus ocupantes no se atemoricen o padezcan mareos debido a ellas. Respecto al estado límite de resistencia, la estructura se diseñará para resistir con seguridad la carga última asociada a la mayor tormenta de un periodo de 50 años, aunque se presenten daños menores en el edificio y los ocupantes sufran algunas molestias.

La especificación LRFD se concentra en requisitos muy específicos relativos a los estados límite de resistencia y le permiten al proyectista cierta libertad en el área de servicio. Esto no significa que el estado límite de servicio no sea significativo, sino que la consideración más importante (como en todas las especificaciones estructurales) es la seguridad y las propiedades de la gente. Por ello, la seguridad pública no se deja al juicio del proyectista.

En el método LRFD las cargas de trabajo o servicio (Q) se multiplican por ciertos factores de carga o seguridad (A,) que son casi siempre mayores que 1.0 y se obtienen 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 se considera igual a la resistencia teórica o nominal (Rn) del miembro estructural, multiplicada por un factor de resistencia Ø que es normalmente menor que 1.0; con este factor, el proyectista intenta tomar en cuenta las incertidumbres relativas a resistencias de los materiales, dimensiones y mano de obra. Además, esos factores se ajustaron un poco para lograr una mayor confiabilidad y uniformidad en el diseño.

2.5.3 FACTORES DE CARGA

El propósito de los factores de carga es incrementar las cargas para tomar en cuenta las incertidumbres implicadas al estimar las magnitudes de las cargas vivas y muertas. Por ejemplo: "¿con qué exactitud podríamos estimar las peores cargas de viento o nieve aplicadas al edificio que ahora ocupa?"

El valor del factor de carga usado para cargas muertas es menor que el usado para cargas vivas, ya que los proyectistas pueden estimar con más precisión las magnitudes de las cargas muertas que las de las cargas vivas. Respecto a esto el estudiante notará que las cargas que permanecen fijas durante largos periodos variarán menos en magnitud que aquéllas que se aplican por cortos periodos, tales como las cargas de viento. Se espera que con el método LRFD el proyectista esté más consciente de la variabilidad de las cargas que al usar el método de diseño por esfuerzos permisibles.

La especificación LRFD presenta factores de carga y combinaciones de carga que fueron seleccionados para usarse con las cargas mínimas recomendadas.

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