1 EXPOSICION DE ESTRUCTURAS METALICAS- GRUPO 3-1.pptx

presentacion

1. UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS, FÍSICAS Y QUÍMICAS. ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA ESTRUCTURAS METÁLICAS- GRUPO # 3 TEMA: BASE PROBABILÍSTICA DE LOS FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA. AUTORES: MÁRQUEZ CASTRO REYNALDO JONATHAN. ARTEAGA ZAMBRANO JONATHAN STEVEN MUÑOZ CHAVEZ JUNIOR DOCENTE: ING. ESPINOSA DELGADO LUIS FELIPE. PARALELO: A   PORTOVIEJO- MANABÍ-ECUADOR 2022.

2. BASE PROBABILÍSTICA DE LOS FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA. Los factores de carga y de resistencia especificados por el AISC ( Instituto Americano de Construcción de Acero) se basan en conceptos probabilísticos. Pues los factores de resistencia toman en cuenta las incertidumbres en las propiedades de los materiales, en la teoría del diseño y en los procedimientos de fabricación y construcción. Entonces se sabe que, si la ordenada es el porcentaje de valores en vez que el número real de los mismos, esta se denomina gráfica de distribución de frecuencia relativa. Por tanto, los datos experimentales se pueden representar en un histograma, ya sean valores únicos o intervalos de valor. Ejemplo: Fuente: Clases de la asignatura de estructura metálicas en el primer ciclo 2022. Elaborado por: Estudiante de la carrera de Ingeniería Mecánica del 9no semestre.

3. El Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD) es una metodología de diseño que comparte la mayor parte de los beneficios del RBD, pero es mucho más fácil de aplicar. Tradicionalmente el LRFD se ha utilizado para verificar los Estados Límites Últimos de las estructuras, pero recientemente los Estados Límites de Servicio se han incorporado al marco del LRFD (AASHTO 1998). Pues este es un método de diseño en el cual las cargas de diseño se mayoran y las resistencias de diseño se minoran multiplicando por factores mayores y menores que la unidad, respectivamente. Para que el LRFD logre ser aceptado en el campo de la ingeniería geotécnica se necesita un marco que permita evaluar los factores de resistencia de forma objetiva.

4. FÓRMULAS Y CONCEPTUALIZACIONES. MEDIDAS DE TENDENCIA CENTRAL. Media X̅ .- Es un conjunto de valores de muestra o población, es decir el promedio aritmético. Fórmula: X ̅ = 1/n ∑ N x i i= 1   Mediana: Es el valor medio de x. Moda: Es el valor que ocurre mas frecuentemente. MEDIDAS DE VARIABILIDAD. Varianza: Es una medida de variación global de los datos respecto a la media. Fórmula: v= 1/n ∑ N (x i - X ̅) 2 i= 1 Desviación estándar: Es la raíz cuadrada de la varianza. Fórmula: s= √1/n ∑ N (x i - X ̅) 2 i= 1 Coeficiente de variación: Es la desviación estándar dividida entre la media. Fórmula: V= S/ X̅

5. CONSIDERACIONES 1. Los efectos de carga Q y resistencia R son variables aleatorias y dependen de muchos factores. 2. Las cargas pueden estimarse de mediciones de estructuras reales, y las resistencias pueden determinarse experimentalmente . 4. Si Q>R es una falla, es decir R/ Q sea menor que 1. Si Q<R es sobrevivencia, es decir R/ Q es mayor que 1. En otro abarcado se destaca que la base probabilística de los factores de carga y resistencia usado por el AISC esta dada por la publicación del ASCE (Sociedad Estadounidenses de Ingenieros Civiles). 3. Los valores obtenidos de Q y R pueden graficarse mediante histogramas de distribución de frecuencias o por medio de funciones teóricas de densidad de probabilidad.

6. VARIABLE B. Esta variable puede interpretarse como el número de desviaciones estándar a la que esta, desde el origen y el valor medio ln ( R/Q). Por tanto, por seguridad el valor medio debe ser mayor que cero, y en consecuencia, B se llama índice de seguridad o confiabilidad. Entre mayor sea este valor mayor es el margen de seguridad. Los valores B, mostrados a continuación en la tabla, se encuentran basados en las recomendaciones Ravindra y Galambos (1978), usados para calcular los factores de carga y resistencia para las especificaciones AISC. Fuente: Valor B basados en recomendaciones Ravindra y Galambos (1978). Elaborado por: Estudiante de la carrera de Ingeniería Mecánica del 9no semestre. CONDICIÓN DE CARGA. Tipo de componente. D+ ( L+S) D+L+W D+L+E Miembros 3.0 2.5 1.75 Conexiones 4.5 4.5 4.5

7. MANUAL DE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO En los últimos años, la producción del acero a nivel mundial ha tenido cambios significativos. Actualmente existen en el mercado nacional e internacional una gran variedad de tipos de acero que se usan profusamente en la industria de la construcción, naval, mecánica, petrolera y en diversas estructuras especiales, y que evolucionaron debido a las necesidades derivadas de los avances tecnológicos acelerados en los diversos campos de la ingeniería. Para los efectos de este manual, el término “acero estructural” se refiere a los elementos de acero que componen la estructura, indispensable para soportar las cargas de diseño. El acero estructural consiste de los siguientes elementos: anclas, contraventeos y puntales, armaduras, bases, columnas, conectores de cortante, estructuras de soporte de tuberías, transportadores, largueros y polines, marquesinas, monorrieles, piezas de apoyo, tirantes, péndolas y colgantes, tornillos de alta resistencia de taller y de campo, vigas y trabes. Los aceros estructurales laminados en caliente, se producen en forma de placas, barras y perfiles de diversas formas.

8. MANUAL DE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO Parte 1.- Dimensiones y propiedades Parte 2.- Aspectos esenciales del LRFD Es importante que cualquier persona dedicada al diseño estructural de acero tenga acceso al manual of Steel construction del AISC(1994). Es una Introducción condensada a los aspectos básicos del diseño por factores de carga y resistencia de estructuras de acero. Contiene detalles sobre perfiles estándar laminados, tubos y perfiles tubulares, incluidas todas las dimensiones de sección transversal necesarias y propiedades como área y momento de inercia. Algunos aceros del AISC para la construcción de edificios son: ASTM A36: Acero estructural de carbono. ASTM A529: Acero estructural de carbono- manganeso, de alta resistencia. ASTM A588: Acero estructural de baja aleación, de alta resistencia a la corrosión., etc.

9. MANUAL DE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO Parte 4.- Diseño de Vigas y Trabes Parte 5.- Diseño Compuesto Contiene tablas para facilitar el diseño de miembros encargados en comprensión axial y de vigas. Contiene miembros compuestos, de vigas y columnas, que son componentes estructurales formados por: acero estructural y concreto reforzado. Contiene tablas y gráficos de requisitos de las especificaciones AISC. Parte 3.- Diseño de columnas Parte 6.- Especificaciones y reglamentos. Parte 7.- Datos diversos y tablas matemáticas. Contiene formulas matemáticas, factores de conversión y sistema de Unidades. Contiene las especificaciones AISC.

10. LAS NORMAS APROBADAS POR LA ASTM PARA PLACAS Y PERFILES LAMINADOS EN CALIENTE ASTM A7. ASTM A529 . Esta norma es aplicable a una gran variedad de perfiles estructurales laminados en caliente y a placas de la misma calidad que aún están disponibles en el mercado mexicano. Se usa con mucha frecuencia en la construcción de edificios de acero, también es un grado de acero común en barras y perfiles. Con la innovación de este tipo de acero, las conexiones soldadas empezaron a desplazar a las remachadas que pronto desaparecieron. ASTM A36 . ASTM A572. ASTM A992 . El A992 es la adición más reciente (1998) de la lista de aceros estructurales en Estados Unidos. Se produjo para usarse en construcción de edificios, y está disponible solamente en perfiles tipo W. Este es el grado de acero estructural más utilizado actualmente en el mercado estadounidense, aunque está siendo sustituido rápidamente por el acero A992 en perfiles tipo W.

11. LAS NORMAS DE ACERO ESTRUCTURAL APROBADAS POR LA ASTM PARA SECCIONES ESTRUCTURALES HUECAS ASTM A500. ASTM A501 . El acero A53 está disponible en tipos E y S, donde E denota secciones fabricadas con soldadura por resistencia y S indica soldadura sin costura. El A501 es similar al acero A36. Se usa para tubos HSS de sección circular, cuadrada y rectangular. Para el diseño de miembros estructurales de acero formados en frío, cuyos perfiles tienen esquinas redondeadas y elementos planos esbeltos. Este tipo de acero está disponible en tubos de sección circular hueca HSS formados en frío en tres grados, y también en los mismos grados de tubos HSS formados en frío, de sección cuadrada y rectangular. ASTM A53 .

12. CÁLCULOS DE DISEÑO Y PRECISIÓN. EJERCICIO Enunciado: Un miembro en tensión debe diseñarse para una carga muerta de servicio de 18 kips y una carga viva de servicio de 2 kips. Determine la carga máxima factorizada y la combinación AISC de cargas que gobierna. U= U= U= U= U= U=   (A4-1) (A4-2) (A4-3) (A4-4) (A4-5) (A4-6)   Para estas combinaciones de cargas, se usan las siguientes abreviaturas: Los cálculos de diseño y análisis estructural se llevan a cabo con una calculadora electrónica o computadora digital. Pues si estos se realizan manuales con ayuda de calculadora, los Ingenieros deben tomar decisión en cuanto a la precisión.

13. CÁLCULOS DE DISEÑO Y PRECISIÓN. EJERCICIO Los cálculos de diseño y análisis estructural se llevan a cabo con una calculadora electrónica o computadora digital. Pues si estos se realizan manuales con ayuda de calculadora, los Ingenieros deben tomar decisión en cuanto a la precisión. Enunciado: Un miembro en tensión debe diseñarse para una carga muerta de servicio de 18 kips y una carga viva de servicio de 2 kips. Determine la carga máxima factorizada y la combinación AISC de cargas que gobierna. Resolución: Datos del problema D= 18 kips L = 2 kips SEGUN AISC U1= 1.4 (18) = 25.20 kips …………………..(MAYOR) U2= 1.2 (18) + 16(2) = 24.8 kips U3= 1.2 (18) +0.5 (2) = 22.6 kips U4=1.2 (18) +0.5 (2) = 22.6 kips U5=1.2 (18) +0.5 (2) = 22.6 kips U6=0.9 (18) = 16.2 kips Carga Máxima: 25.20 kips

14. MIEMBROS EN TENSIÓN. Los medios de tensión son a menudo conectados en sus extremos con tornillos. Los miembros de tensión son a quellos elementos estructurales sometidos a fuerzas axiales de tensión. Se usan en varios tipos de estructuras que incluyen miembros de armaduras, cables en puentes colgantes, arriostramientos para edificios, etc. Si el área de la sección transversal de un miembro en tensión varía a lo largo de su longitud, el esfuerzo es una función de la sección particular bajo consideración. La presencia de agujeros en un miembro también influye en el esfuerzo de la sección transversal a través del agujero. Definición. Características.

15. MIEMBROS EN TENSIÓN. Las imperfecciones de los perfiles estructurales laminados utilizados como miembros en tensión, deben ser reconocidas por el diseñador y fabricante de estructuras Agujeros en placas y perfiles estructurales utilizados como miembros en tensión, ocasionan concentraciones de esfuerzo, de manera que estos no se distribuyen uniformemente en las secciones transversales. Bodegas y estructuras industriales. Edificios urbanos Armaduras de puentes Armaduras de techo en bodegas y fábricas Vigas de alma abierta en edificio urbanos Torres de transmisión de energía eléctrica Puentes colgantes y atirantados (cables) Cubiertos colgantes (Estructuras de grandes claros) Arcos Usos. Complicaciones.

16. POR TANTO 1. Para prevenir una deformación excesiva, iniciada por la fluencia, la carga sobre la sección total debe ser suficientemente pequeña para que el esfuerzo sobre la sección total sea menor que el esfuerzo de fluencia.. 2. Para prevenir la fractura sobre la sección neta debe ser menor que la resistencia por tensión. Un miembro en tensión puede fallar al alcanzarse en él uno de dos estados limite: deformación excesiva o fractura RESISTENCIA DE DISEÑO.

17. Enunciado: Una barra de 5 x ½ de acero A36 se usa como miembro en tensión. Ella esta conectada a una placa de nudo por medio de cuatro tornillos de 5/8 in de diámetro. Suponga que el área neta efectiva A, es igual al área neta real y calcule la resistencia de diseño. EJERCICIO. SOLUCIÓN : Por fluencia de la sección total; Ag= 5(1/2) = 2.5 in .2 La resistencia nominal es: Pn = FyAg = 36( 2.5)= 90 kips . Y la resistencia de diseño es: QtPn = 0.90(90)= 81 kips

18. Por fractura de la sección neta: An = Ag= Agujeros. = 2.5 – (1/2)(3/4) x 2 agujeros. = 2.5- 0.75= 1.75 in. 2 Ae = An = 1.75 in. 2 ( para este ejemplos Ae no es siempre igual a An )

19. La resistencia nominal es: Pn = FhRe = 58(1.75) = 101.5 kips Y la resistencia de diseño es: QrPn = 0.75( 101.5)= 76.1 kips . Gobierna el menor de los valores. Resistencia de diseño: 76. 1 kips .

20. CONCLUSIONES Todos los factores sujetados en carga y resistencia que se manejan por la AISC, constituyen bases probabilísticas. Se consideran formulas estadísticas de tendencia central y variabilidad para el correcto manejo de resoluciones de ejercicios de factores de carga y resistencia. Resulta indispensable llevar a cabo los epígrafes del manual de construcción de acero, para correcto funcionamiento de lo mismo, en edificios y demás. Se debe tener en consideración los factores para prevenir el exceso o fractura en la resistencia del diseño. Es importante que los cálculos sean desarrollados con la ayuda de una calculadora, para mejor eficiencia en su resolución.

21. BIBLIOGRAFÍA. Diseño Por Factores de Cargas y Resistencia (LRFD). Recuperado de: https://1library.co/document/zk752gpq-diseno-por-factores-de-cargas-y-resistencia-lrfd.html Información para transferencia de tecnología e implementación del proyecto (2004). Recuperado de: https://www.inti.gob.ar/publicaciones/descargac/190 Recuperado de: https://grupoazero.mx/docs/MANUAL_AHMSA_2013-2.pdf William T. Seguí (2005). Diseño de estructuras de acero con LRFD- Segunda edición/ Universidad de Memphis- International Thomson Editores: México. Recuperado de: https://drive.google.com/file/d/16kefZt5hleh1DWlVLjuJb81iTTyi1afo/view