Gracias por el usuario de A2A Quora.
Antes de pasar a una respuesta detallada, me gustaría mencionar que el “Método de estado límite” o “LSM” en resumen es una filosofía de diseño. También hay otras filosofías de diseño como ‘Método de estrés de trabajo’, ‘Método de carga máxima’ que analizaré a continuación.
Breve historia del método de estrés laboral y el método de carga máxima:
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- Durante muchos años, varias filosofías de diseño relacionadas con el hormigón armado han evolucionado en diferentes partes del mundo.
- El ‘Método de estrés de trabajo’ o ‘WSM’ es la filosofía de diseño codificada más antigua.
- WSM tiene más de 100 años y se basa en la teoría elástica lineal .
- Más tarde, en la década de 1950, surgió la filosofía de diseño ‘Ultimate Load Method’ o ‘ULM’, se basa en la máxima resistencia del hormigón armado en las últimas cargas . Este método se introdujo como una alternativa al WSM en el código ACI en 1956, el código británico en 1957 y posteriormente en el código indio (IS456) en 1964.
Breve historia del método del estado límite:
- Los conceptos probabilísticos en diseño se desarrollaron a lo largo de los años y recibieron importantes contribuciones después de mediados de los años sesenta.
- Esta filosofía se basa en la teoría de que las diversas incertidumbres en el diseño pueden manejarse de manera más racional en el marco matemático de la teoría de la probabilidad. Dichos métodos más tarde fueron conocidos como métodos basados en confiabilidad.
- Inicialmente, estos métodos no fueron aceptados en la práctica profesional principalmente porque eran complicados e intratables.
- Para obtener la aceptación del código, el enfoque ‘basado en la fiabilidad’ tuvo que simplificarse y reducirse a un formato determinista que involucrara múltiples factores de seguridad parciales en lugar de la probabilidad de falla .
- El Comité Europeo para el Concreto (CEB) y la Federación Internacional de Pretensado (FIP) fueron los primeros en adoptar la filosofía de diseño LSM. Basado en las recomendaciones CEB-FIP, LSM se introdujo en el código británico CP 110 (1973) y en el código indio IS 456 (1978). En Estados Unidos, LSM se introdujo ligeramente en un formato diferente ( diseño de resistencia y diseño de servicio ) en ACI 318 (1995).
- En IS456: 2000, las disposiciones relacionadas con WSM se relegaron del texto principal del código al Anexo B. Esto se hace “para dar un mayor énfasis al diseño del estado límite” (como se indica en ‘Prólogo’).
Un estado límite es un estado de falla inminente más allá del cual la estructura deja de cumplir satisfactoriamente su función prevista, en términos de seguridad o de servicio ; es decir, se derrumba o se convierte inservible
Hay 2 tipos de estados límite:
- Últimos estados límite / estado límite de colapso , que se ocupa de la fuerza, vuelco, deslizamiento, pandeo, fatiga, fractura, etc.
- Estados límite de servicio , que se ocupan de la incomodidad de la ocupación y / o mal funcionamiento debido a la desviación excesiva, ancho de grietas, vibraciones, fugas, etc.
Ahora la gran pregunta, ¿por qué preferimos LSM sobre la filosofía WSM y ULM?
Resp. WSM se basa solo en cálculos en condiciones de carga de servicio, ULM se basa solo en cálculos en condiciones de carga máxima, mientras que LSM apunta a una solución integral y racional a un problema de diseño al considerar el formato de múltiples factores de seguridad que intenta proporcionar una seguridad adecuada en las cargas finales así como una capacidad de servicio adecuada en cargas de trabajo / servicio al considerar todos los posibles ‘estados límite’.
Explicaré un poco más sobre el estado límite de colapso en la flexión, ya que solicitó LSM relacionado con las vigas.
Ref. A IS 456: 2000 Cl. 38 ESTADO LÍMITE DE COLAPSO: FLEXIÓN
Suposiciones
Fuente: http://nptel.ac.in/courses/Webco… (Pg 11 de 21)
Fuente: IS456: 2000 (Pg 69)
Fuente: IS456: 2000 (Pg 70)
- Un plano de sección normal antes de doblar permanece plano después de doblar. La deformación longitudinal en cualquier punto de la sección es proporcional a la distancia ‘x’ desde el eje neutro. Gráficamente el diagrama de deformación es lineal.
- Se dice que el estado límite en el colapso se alcanzó cuando la tensión de compresión máxima en el concreto en la fibra más externa alcanza el valor final de 0.0035
- La variación de la tensión de compresión con la deformación en el concreto se conoce como bloque de tensión que es rectangular-parabólico. Consiste en una parábola que emerge del eje neutro con su vértice en el punto correspondiente a una deformación de 0.002 y termina rectangular en la cara de compresión donde máx. la tensión es 0.0035.
- El concreto no lleva ninguna tensión; La tensión de tracción se realiza solo con refuerzo de acero.
- Existe una unión perfecta entre el acero y el concreto hasta el colapso. es decir, la deformación en el concreto es igual a la deformación en el acero al nivel de refuerzo.
- La tensión máxima en el acero de tensión en la falla no debe ser inferior a 0.002+ (fy / 1.15Es);
fy = resistencia característica del acero en tensión
Es = Módulo de elasticidad del acero.
Dependiendo del área de acero suministrada, se deben considerar 3 tipos de casos, a saber, poco reforzado, equilibrado y sobrereforzado (consulte los libros de texto / nptel para obtener más información al respecto) . Teniendo en cuenta las etapas secuenciales de falla, preferimos la sección poco reforzada porque:
- Nivel 1
La deformación en el acero alcanza su límite primero cuando la deformación por compresión en fibra extrema bajo compresión es inferior a 0.0035 - Etapa 2
Los rendimientos de acero, alarga significativamente grietas de tracción más anchas y profundas se ven. La curvatura y la desviación del haz aumentan las tensiones de compresión en el concreto. - Etapa 3
La deformación máxima en el concreto alcanza la deformación por compresión máxima que conduce al aplastamiento del concreto.
La falla de la sección sub-reforzada también se llama falla dúctil / tensión, aunque en realidad ocurre debido al aplastamiento del concreto (falla de compresión secundaria) . La adopción de tales secciones ofrece una amplia advertencia previa antes de que ocurra la falla.
Referencias
- IS 456: 2000 – Código de prácticas de concreto liso y reforzado (cuarta revisión)
- Diseño de hormigón armado (2a edición) – S. Unnikrishna Pillai y Devdas Menon
- NPTEL
- Mis notas de clase de Nisha Amonkar Naik señora del 25/09/2009.
Consulte también mi respuesta en P. ¿Cuál es el mejor libro para prepararse para el conocimiento básico de ingeniería civil?
PD: También puede consultar ‘Diseño ilustrado de hormigón armado’ del Dr. VL Shah y el Dr. SR Karve. ‘Publicación de estructuras’.
